CN101165509A

CN101165509A - 辅助倒车运动的防撞系统及方法

Info

Publication number: CN101165509A
Application number: CNA2007101816229A
Authority: CN
Inventors: D·K·格林
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-04-23
Also published as: DE102007049603B4; DE102007049603A1; US20080097700A1; US7797108B2

Abstract

本发明公开了一种辅助倒车运动的防撞系统及方法。一种适于倒行主车辆和驾驶员使用的防撞系统在一个优选实施例中包括：物体定位器子系统，其被配置成检测多个物体的至少一种状态，其中所述物体包括基础设施、附属物和远方行驶的被装备的车辆、以及行人；车内状态传感器；以及控制单元，其被配置成基于物体和主车辆的状态数据来估计碰撞威胁，并且当碰撞被确定时警告驾驶员或者自主地促使刹车机构被致动。

Description

辅助倒车运动的防撞系统及方法

技术领域

本发明涉及适于车辆使用的防撞系统，更特别地涉及一种被配置成精确检测与各种类型的物体的潜在碰撞的多模块系统。

背景技术

防撞系统可以被归类为多种类别之一，并且可以是基于传感器的、全球定位系统的或车辆对车辆通信的。基于传感器的系统利用外部传感器检测物体。一旦检测到物体，系统通常就通过视觉或音频方式向驾驶员报警。然而，这些系统通常仅提供近程检测，并且局限于视线应用。其次，GPS技术通常被用来根据道路管理车辆交通。然而，该技术需要被检测的车辆也包含GPS技术并把它的位置数据传送给主车辆或者传送给第三方中介，因此不检测未被装备的车辆。最后，在车辆对车辆(V2V)使能的环境中还开发了车辆之间的直接车辆间通信系统。类似于GPS，它们需要复杂的实施。

尽管所有这些系统就它们的预期目的而言是有效的，但是它们通常并不提供宽范围的物体检测。此外，这些系统被典型地配置用于前向实施，而不适于在后向操纵期间检测物体。

发明内容

本文描述了一种由主车辆检测物体的防撞系统和方法。本发明特别可用于提供一种能够检测多种类型的物体的综合系统，因此特别可用于提高驾驶员的信心、安全性以及整体驾驶体验。此外，本发明可用于提供一种通过自主地致动刹车机构来实现防撞的方法。

本发明的第一方面涉及一种适于供倒行主车辆和驾驶员使用的防撞系统。该系统包括物体检测子系统，该物体检测子系统被配置成检测多个车后(arrear)物体中每一个的至少一种状态，并且当车辆正在向后的方向上行驶并检测到物体时，生成输入信号。该系统还包括车内状态传感器和至少一个电子控制单元，所述车内状态传感器被配置成确定主车辆的至少一种状态，所述电子控制单元被可通信地耦合到该子系统和传感器。该单元被配置成当所述多个车后物体之一的至少一种状态和主车辆的至少一种状态共同确定潜在碰撞时，促使生成警报，其中该警报可被驾驶员感觉到。

本发明的第二方面涉及一种防止倒行主车辆和物体碰撞的方法。该方法包括自主地确定主车辆数据和多个物体的状态信息的步骤，所述主车辆数据包括主车辆的当前位置、行驶方向(heading)、速度和档位，所述多个物体的状态信息包括多个物体的当前位置坐标，此时换档装置处于倒档位置。所述多个物体包括基础设施、附属物(appurtenance)、以及装备有位置数据发射机的车辆和行人。该方法还包括以下步骤：基于状态信息和主车辆数据，自主地估计主车辆与所述多个物体中每一个之间碰撞的威胁；并且当碰撞的威胁被确定时，自主地使主车辆刹车机构致动。

本发明提供了优于现有技术的大量改进，其中包括例如提供一种能够检测更宽物体范围的更全面的防撞系统以及一种更有效的威胁估计方法。此外，本发明扩展了基于V2V和基础设施到车辆(I2V)通信的防撞系统，该系统迄今为止主要被演示在车辆的前向上。

根据下面对(多个)优选实施例的详细描述以及附图，本发明的其它方面和优点将是显而易见的。

附图说明

以下参考附图详细地描述本发明的各优选实施例，其中：

图1是根据本发明一个优选实施例的主车辆和至少一个物体的平面图，其特别说明了优选的主车辆物体检测子系统的范围和方位；

图1a是根据本发明一个优选实施例的主车辆和至少一个物体的正视图，其特别说明了基于GPS的物体检测子系统以及在通信区域内广播的物体；

图1b是主车辆和多个物体的平面图，其特别说明了用于每一个的投影路径及其交点；以及

图2是仪表板监视器和物体地图的正视和放大图，其特别说明了基础设施和附属物表示。

具体实施方式

最佳如图1所示，本发明涉及一种适于供主车辆12和驾驶员14使用的倒车报警系统10。该系统10被配置成标识并向驾驶员14警告邻近车辆12的移动的或静止的物体16，优选只有当车辆12正在进行向后操纵(比如在对汽车进行平行停车时所遇到的)时才这样。该优选系统10被配置成检测各种各样的物体16，其中包括其它车辆、行人、动物、基础设施、以及附属物，因此该系统优选由多个模块组成，其中每个模块适用于一种特定类型的物体。

为了理解这些模块中的任何一个可以被分裂成更多数量的模块或者被组合成更少数量的模块，在此进一步描述这些模块。应当认识到，这些模块打算由至少一个电子控制单元(ECU)或控制单元18来操纵，所述控制单元根据其而被可编程地配置。因此，主车辆12包括合适的软件和存储功能，这足以实现本发明的预期目的。

一般来说，防撞系统10包括物体检测子系统20，该物体检测子系统20被配置成在它的范围或通信区域内检测多个车后物体16中每一个的至少一种状态，并且当车辆12正在向后的方向上行驶并检测到物体16时生成输入信号。该系统10还包括车内状态传感器22，该车内状态传感器22被配置成确定目标车辆的至少一种状态，比如车辆12的位置、速度、偏驶速度(yaw rate)、行驶方向、和/或档位。

该系统10可以是独立的V2V，或者是通过V2V增强的自主传感器系统。ECU 18被可通信地耦合到该子系统20和传感器22，并且被配置成当所述多个车后物体16之一的至少一种状态和主车辆12的至少一种状态共同确定潜在碰撞时，促使生成可被驾驶员14感觉到的警报。在一个优选实施例中，传感器22和子系统20共同包括主车辆位置坐标定位器，比如常规的GPS接收机。作为典型，定位器和通信装置被配置成从物体16接收位置坐标数据，以及向单元18发射数据。当物体16包含远方行驶车辆时，主车辆12还包括V2V通信装置24。最后，在一个优选实施例中，ECU 18被可通信地耦合并且被配置成致动主车辆12的刹车机构26，所以，当潜在碰撞被确定时使得车辆12改变速度和/或停止。

1、车辆对车辆/物体的交叉路径倒车警报

更特别地，当存在一个其路径可能与主车辆12交叉的接近物体16(比如行驶的远方车辆)时，交叉路径倒车警报(CPBW)模块向驾驶员14报警。该应用将基于邻近物体16的位置和行驶方向(h_o)对该邻近物体16进行分类，并且将把相交的物体标识为相对于主车辆的行驶方向(h_hv)具有大于最小阈值度数Heading_min并小于最大阈值度数Heading_max的行驶方向的那些物体。在所示的实施例中，Heading_min和Heading_max的优选值分别是30度和150度，并且更优选地分别是45度和120度，尽管应当认识到，可以按照需要向上或向下调整这些值。

如图1所示并且适用于所有模块，利用包括向后定向检测或传感装置的物体检测子系统20来检测物体。该子系统20优选地包括至少一个近程传感器20a以及一个远程传感器20b。对于交叉路径倒车警报，传感装置应当被安装在后饰板上，并且应当从车辆12的各侧向外观看。应当认识到，在倒车中通常遇到的较慢的速度中，近程和远程可以不同于它们的典型定义。例如，近程传感器优选可操作用来检测3米内的物体，而远程传感器优选可操作用来检测10米半径内的物体。子系统20可以利用各种技术之一或组合来提供冗余和令人称赞的能力，比如基于雷达、激光雷达、红外或视觉/照相机的技术。

更优选地，在该模块中，通过利用GPS 20c和V2V(或V2-物体)通信装置24，子系统20还提供长得多的操作范围；如图1a所示，为了跟踪即将来临的威胁车辆，GPS/V2V通信不需要视线。来自传感装置的信息可以与来自车辆对车辆通信的信息相组合，以便提高特征性能，即传感装置可以利用超前信息，这将缩短对威胁物体进行采集和分类所花费的时间。来自V2V的某些信息具有比可从传感装置获得的信息(比如目标车辆速度、加速度)更高的质量。由于来自传感装置的到目标距离的信息最有可能更精确，因此该更高质量的数据直接使传感装置受益。在该配置中，主车辆12和物体16包括GPS天线/装置26和V2V通信装置24，并且能够获得它们的位置坐标。物体16被配置成向主车辆12发射该数据以及其它有关信息，其中优选地对其进行临时地存储和操纵。可选择地，还可以由物体检测子系统20来确定主车辆12和物体16的相对定位和行驶方向。

如前所述，相关主车辆和目标车辆的状态(比如绝对定位、速度和行驶方向)可由车内状态传感器22和V2V通信装置24来确定。例如，车载数字罗盘(未示出)、速度计或GPS可以被用来获得状态数据。可选择地，在ECU 18处利用每一个的当前和过去的位置坐标以及参考点的位置坐标可以计算主车辆和物体的行驶方向。

如果主车辆12当前正在向后的方向上行驶，则CPBW模块将对已经被标识为相交的任何车辆或物体16执行威胁估计功能。威胁估计算法基于到相交的时间(TTI)等式，该等式考虑了主车辆12和物体16的预测路径。主车辆12的预测倒车轨迹是例如由GPS位置坐标和/或传感信息所确定的投影直线路径。例如，可由速度计确定的速度、可由方向盘角度传感器确定的方向盘角度、可由偏驶陀螺仪和其它相关传感器确定的偏驶速度和/或轮距可以被用来精确预测主车辆12的路径。

如图1b所示，一旦用于车辆12和物体16的投影路径被确定，路径交点p就被确定。接着，根据下列算法，对于车辆12和每个物体16，使用它们的瞬时速度以及车辆12和物体16为了到达交点而所需行进的距离，计算TTI值：

TTI_A＝DTI_A/VSpeed_A

TTI_B＝DTI_B/VSpeed_B

if(TTI_A＜Gap并且TTI_B＜Gap)

发出警报

因此，如果TTI_A和TTI_B小于预定的最大周期(Gap)，则驾驶员14将接收到警报。换言之，在计算出主车辆12和物体16在小于最大容许反应时间(由Gap定义)内横穿交点的情况下将发出警报。

优选地，2秒的Gap设置适合于典型的民用应用，其中提供基于驾驶员偏好对该设置进行向上或向下的手动调整。然而，也可以基于其它车辆状态来调整Gap设置，或者从其它车辆状态来导出Gap设置。例如，如果车辆具有自适应巡航控制(ACC)系统，则可以从ACC参数导出Gap设置。

更优选地，如果在TTI_A与TTI_B之间的差不小于最小阈值窗口，则不促使生成警报，其中物体16和车辆12被视为通常同时在点p相遇。一个合适的窗口优选地由系统10自主地确定，并且是基于车辆12和被检测物体16的速度和尺寸。然而，对于大多数典型尺寸的汽车以及相遇速度，该窗口可以被永久地设置为10秒，更优选地被设置为5秒。

2、车辆到车辆的停车辅助

如果它们处在以低速碰撞到另一个无线装备的物体或目标车辆16的危险中，则基于GPS的车辆到车辆的停车辅助(V2VPA)模块向驾驶员报警。在该配置中，主车辆12收听停泊的或缓慢行驶的车辆16的广播，该车辆16至少正在广播它们的当前位置坐标，并且优选地还广播它们的档位。如果倒行的主车辆12相距另一车辆16太近，则驾驶员14接收到警报和/或该车辆自动地刹车。优选地，使用由车辆14、16检测或确定的并且在车辆14、16之间传送的位置、范围、方位角和尺寸信息来计算车辆14、16之间的距离。类似于交叉路径倒车警报，来自V2V的高质量信息更优选地被用来增强应用性能(例如目标车辆速度、方向盘角度)。当利用基于激光雷达的传感器时，还传送车辆颜色，以便帮助确定物体的预期反射率。

尺寸信息优选地由从GPS天线26分别到前后保险杠D₁和D₂的距离(参见图1a)来组成。利用该信息，在威胁估计计算中考虑到车辆的前后保险杠的位置。因为应当认识到在通常行驶的道路上的车辆宽度变化不大，因此可以利用一个假设的车辆宽度。如果想得到实际的车辆宽度，则还可以传送从GPS天线到车辆的左右边界的距离。

因此，在该模块中，威胁估计算法在警报计算中使用了范围、行驶方向和尺寸信息。首先根据车辆的相应位置以及基于它们的位置的方位、行驶方向和它们的换档机构28的档位来对这些车辆进行分类，从而可以确定正确的距离补偿值(D-Value)。例如，如图1a所示，该模块还被配置成自主地确定D₁或D₂是否应当成为真实距离确定的因素。下列算法可以被用来确定正确的D-Value：

If(主齿轮＝向前)

主D-Value＝前面

Else

主D-Value＝后面

If(相对行驶方向＝相同){

If(主齿轮＝向前)

目标D-Value＝后面

Else

目标D-Value＝前面

}

Else

If(相对行驶方向＝相对){

If(目标齿轮＝向后)

目标D-Value＝后面

Else

目标D-Value＝前面

}

Else{

目标D-Value＝侧面

}

在上面的算法中，“相同”的相对行驶方向指示在行驶的主车辆12与目标车辆16之间的相对行驶方向小于Heading_min度，并且“相交”的相对行驶方向指示在主车辆与目标车辆之间的相对行驶方向大于Heading_min度并小于Heading_max度。下表概括了所有可能的行驶方向的相对行驶方向、齿轮位置和D-Value。

主/目标相对行驶方向	主齿轮	目标齿轮	主D-Value	目标D-Value
主/目标相对行驶方向	主齿轮	目标齿轮	主D-Value	目标D-Value	相同	向前	向前	前面	后面(即D₂)
相同	向前	向后	前面	后面	相同	向前	向前	前面	后面(即D₂)
相同	向前	向后	前面	后面	相同	向后	向前	后面	前面(即D₂)
相同	向后	向后	后面	前面	相同	向后	向前	后面	前面(即D₂)
相同	向后	向后	后面	前面	相对	向前	向后	前面	后面
相对	向前	向前	前面	前面	相对	向前	向后	前面	后面
相对	向前	向前	前面	前面	相对	向后	向前	后面	前面
相对	向后	向后	后面	后面	相对	向后	向前	后面	前面
相对	向后	向后	后面	后面	相交	向前	向前/向后	前面	侧面(假设宽度，W/2)
相交	向后	向前/向后	后面	侧面	相交	向前	向前/向后	前面	侧面(假设宽度，W/2)

一旦应用合适的D-Value，则如果到目标车辆的真实距离变得小于规定阈值，就将生成警报，以及/或者，更优选地将使得车辆自动地刹车以避免碰撞。

3、行人/动物检测

当在附近存在被装备的行人或动物时，并且优选地还当处于与被装备的行人或动物碰撞的危险中时，行人检测无线通信(PDWC)模块向驾驶员14报警。类似于V2VPA模块，该模块收听从至少周期地广播物体16的位置坐标的应答器或其他装置发出的广播。例如，可以相应地配置蜂窝电话、音乐播放器、动物项圈或皮下植入。可选择地，可以利用边界信息对应答器进行编程，从而如果被装备的动物离开边界，则应答器将向附近的车辆广播在附近存在未受限制的动物的警报信息。

如果主车辆12正在低速行驶并且被装备的行人16出现在车辆12的规定半径内，则驾驶员14接收到指示附近有行人的警告消息。如果车辆12过于接近被装备的行人，则警报将被发出和/或车辆将自动地刹车。如图1b所示，如果车辆正在向前移动，并且前面存在被检测的行人，则优选地根据前保险杠来计算警报半径32；否则，如果被后面存在被检测的行人，则根据后保险杠来计算警报半径。警报半径的应用范围优选为3米，尽管该值可以根据本地、车辆状态或驾驶员偏好向上或向下调整。与半径的内部区域(如图1b中区域32a和32b所示)相关的不同警戒级也在本发明的范围内。

4、基础设施到车辆的本地物体地图

最后如图2所示，基础设施/附属物到车辆的模块从更新的服务中收听和/或获得区域中静止物体的本地地图。由于传统上与GPS一起使用，因此物体地图34更优选地形成可检索地图数据库(未示出)的一部分，其可以被显示在仪表板监视器上。驾驶员14可以人工请求地图34，或者可以根据车辆12的当前位置坐标来自动检索地图34。应当认识到，小区域的本地物体地图可以被分布在CD或DVD ROM介质上。

物体地图34优选地包括基础设施和/或附属物36的位置的精确边界表示，比如灯杆、消防栓、购物车栅栏、气泵、护栏、建筑物结构、树等等。更优选地，所述表示可以包括安全因素，这通过扩展该表示边界以使其超出实际边界10cm(作为一个实例)来实现。这些物体16可以通过指示车辆不可通行的区域的多边形来描绘，并且在仪表板监视器等等上显示给驾驶员14。如果主车辆12变得相距地图34上已经记录的物体16太近(例如由从车辆12到多边形的边缘最近的距离来确定)，则驾驶员14将接收到警报指示。

优选的本地地图还被设计成包括停车场的布局图。在该配置中，每当主车辆12倒车出了被限定用于停车的区域，或者倒车进入另一个停车位(假设在该区域内部可能有一个已停车的汽车)，模块就向驾驶员14报警。

该威胁估计算法至少周期地、并且更优选地连续地监视主车辆12在本地地图中的位置，并由此计算相对距离或范围。在该算法从距离改变的趋势中确定与地图所限定的边界的相交将发生的情况下，则将向驾驶员14发出警报，和/或车辆12将自动地刹车以避免与静止物体碰撞。

上述的本发明的优选形式将仅仅用作说明，并且在解释本发明的范围时不应在限制的意义上对其进行使用。在不背离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以容易地对如在此所述的示例性实施例和操作模式作出明显的修改。本发明人由此声明他的意图依赖于等同原则，以便把本发明的公平合理的范围确定和评价为与任何这样的系统相关，所述系统实质上不背离本发明，但是在如在后面的权利要求书中所述的本发明的字面范围之外。

Claims

1.一种适于倒行主车辆和驾驶员使用的防撞系统，所述系统包括：

物体检测子系统，其被配置成检测多个车后物体中每一个的至少一种状态，并且当车辆正在向后的方向上行驶并检测到物体时，生成输入信号；

车内状态传感器，其被配置成确定主车辆的至少一种状态；以及

至少一个电子控制单元，其被可通信地耦合到该子系统和传感器，并且被配置成当所述多个车后物体之一的所述至少一种状态和主车辆的至少一种状态共同确定其间有潜在碰撞时，促使生成警报，其中该警报可被驾驶员感觉到。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述车辆包括可由驾驶员在倒档与前行位置之间手动换档的换档机构，并且该系统通过把该机构换档到倒档位置来致动。

3.如权利要求1所述的系统，所述子系统包括近程和远程检测装置。

4.如权利要求3所述的系统，所述子系统包括基于雷达、激光雷达、红外或视觉的装置。

5.如权利要求3所述的系统，所述物体包括远方行驶车辆、基础设施、附属物、以及行人。

6.如权利要求3所述的系统，

所述传感器和子系统共同包括主车辆位置坐标定位器和通信装置，

所述定位器和通信装置被共同配置成检索包括当前主车辆位置的本地地图，

所述地图包括在地图区域内的基础设施和附属物的表示，

所述单元还被配置成检测何时主车辆在相距一个表示的最小阈值距离之内，并且当主车辆在相距一个表示的最小阈值距离之内时促使警报被生成。

7.一种适于倒行主车辆和驾驶员使用的防撞系统，所述系统包括：

至少一个电子控制单元，其被可通信地耦合到该子系统和传感器，并且被配置成当所述多个车后物体之一的所述至少一种状态和主车辆的至少一种状态共同确定潜在碰撞时，促使生成警报，其中该警报可被驾驶员感觉到，

所述传感器和子系统共同包括主车辆位置坐标定位器和通信装置，其中所述定位器和通信装置被配置成从所述各物体接收位置坐标数据，并且把该数据发送给该单元。

8.如权利要求7所述的系统，

所述通信装置被可通信地耦合到至少一部分物体以及单元，

所述单元还被配置成确定主车辆的行驶方向和所述至少一部分物体的行驶方向，将物体的行驶方向(h_o)与由主车辆的行驶方向(h_hv)所限定的行驶方向范围进行比较，并且当h_o在该范围内时确定相交的物体。

9.如权利要求8所述的系统，所述范围由大于h_hv+30度并小于h_hv+150度的行驶方向来限定。

10.如权利要求8所述的系统，

所述单元还被配置成：确定所述主车辆和至少一部分物体中的每个的速度，基于其速度和行驶方向来确定所述车辆和至少一部分物体中的每个的投影路径，确定在该范围内主车辆与每一个所述物体之间的单独的路径相交点，计算所述主车辆和物体到达相交点的行驶时间(TTI)，其中每个TTI基于车辆或物体的瞬时速度以及在相交点与车辆或物体的当前位置之间的距离。

11.如权利要求10所述的系统，所述单元还被配置成当用于主车辆和物体的TTI之间的差处在碰撞威胁窗口之内时促使警报生成。

12.如权利要求10所述的系统，所述单元还被配置成当用于主车辆和物体的TTI处在碰撞威胁Gap之内时促使警报生成。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述Gap可根据驾驶员偏好或者根据另一个车辆状态来调整。

14.如权利要求7所述的系统，其中至少一部分物体周期性地广播状态信息，并且所述通信装置被可通信地耦合到所述至少一部分物体以及单元。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述各物体包括装备有坐标位置数据发射机的行人，并且所述单元还被配置成当一个被装备的行人处在距离主车辆的预定半径之内时生成警报。

16.如权利要求15所述的系统，其中可选择地根据主车辆的前保险杠或后保险杠来测量所述半径。

17.如权利要求15所述的系统，所述单元还被配置成生成多种不同的警报，其中每种警报与由该半径限定的圆之内的一个区域相关。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述各物体包括远方停泊的和行驶的车辆，并且广播的状态信息包括坐标位置数据、范围、行驶方向、方位角、尺寸信息以及档位。

19.如权利要求18所述的系统，

所述车内传感器和单元还被配置成部分地基于其尺寸信息，确定主车辆与远方车辆之间的相对定位、主车辆与远方车辆的档位、以及其间的真实距离，

所述单元还被配置成当主车辆与远方车辆之间的距离变得小于预定警报阈值时生成警报。

20.一种防止倒行主车辆和物体碰撞的方法，所述方法包括以下步骤：

a.在控制单元处自主地接收或确定主车辆数据，所述主车辆数据包括主车辆的当前位置、行驶方向、速度和档位；

b.当换档装置处于倒档位置时，在控制单元处自主地接收或确定多个物体的状态信息，所述多个物体的状态信息包括多个物体的当前位置坐标，其中所述各物体包括基础设施、附属物、以及装备有位置数据发射机的车辆和行人；

c.在控制单元处基于状态信息和主车辆数据，自主地估计在主车辆与每个所述物体之间碰撞的威胁；并且

d.当碰撞的威胁被确定时，在控制单元处自主地促使主车辆刹车机构致动。