CN101665111A - 机动车司机辅助方法 - Google Patents
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Abstract
一种辅助机动车司机的方法,包含下述步骤:a)基于检测的车辆侧向加速度,横摆速率,车辆纵向速度与方向盘转角中的一个或多个估计侧向加速度的最大安全量;b)计算产生等于所述最大安全量的侧向加速度的纵向车速;以及c)向司机显示推荐的纵向车速。
Description
技术领域
本发明涉及一种为了在潜在不利道路工况下改善驾驶安全性而辅助机动车司机的方法。
背景技术
近年来,机动车电子稳定性控制系统已经逐渐变得流行起来。传统上,这种系统监测与车辆稳定性相关的量,例如横摆速率偏差,即,基于车辆速度和方向盘转角的期望横摆速率与观测的横摆速率之间的偏差,并且为了辅助转向而分别对车辆一侧车轮施加制动,即,减小期望的和观测的横摆速率之间的偏差。
在传统ESC(电子稳定性控制)系统中的固有的两难选择是这样一个事实,司机期望它们在危急情况下变得积极主动,从而对于车辆的运动具有明显的作用,但是,另一方面,如果ESC系统在他能够,或者至少他相信能够自己处理的情况下进行干预,司机就容易变得厌烦。为了使ESC系统尽可能无打扰的工作,其激活的阈值将不得不设置的相当高,因而导致司机进入一个有问题的状况,在该状况中ESC系统的苛刻测量是必要的,这种情况本来可能采用更低的激活阈值而容易的被防止。本发明的目的就是帮助解决这一两难问题。
发明内容
为此,本发明提供了一种辅助机动车司机的方法,包括以下步骤:
a)基于检测的车辆侧向加速度,横摆速率(yaw rate),车辆纵向速度与方向盘转角中的一个或多个来估计侧向加速度的最大安全量;
b)计算产生等于所述最大安全量的侧向加速度的推荐纵向车速;以及
c)向司机显示推荐的纵向车速。
通过该方法的使用,司机连续的保持对他驾驶状况的相关安全水平的了解,以及通过将车速减小到推荐值而自由的提高安全水平。如果该方法用于具有ESC系统的车辆,如果司机注意本发明的方法所提供的速度建议,ESC系统的大多数干预能够被避免。
当估计侧向加速度的最大安全量时,车辆在其上行驶的道路摩擦系数应该被考虑。
根据优选实施例,估计步骤a)包括如下子步骤:
a1)基于检测的侧向加速度或横摆速率与期望的侧向加速度或横摆速率之间的偏差,判断车辆是处于线性状态还是非线性状态,所述期望的侧向加速度或横摆速率基于车辆纵向速度和方向盘转角计算的。
a2)如果车辆被判断处于线性状态,在预先存储的最大安全量与当前检测的车辆侧向加速度中选择最大值,存储所选的值作为所述的最大安全量;以及
a3)如果车辆被判断处于非线性状态,设置当前检测的侧向加速度作为所述的最大安全量。
在线性状态,轮胎刚度,即,车辆轮胎的侧偏角与作用在车辆上并引起侧偏的侧向力的比值基本上是常数。因此,基于例如车辆纵向速度,方向盘转角或道路角度等车辆运动参数,车辆轨迹的期望曲率半径能被计算,以及基于该半径和车速,直接计算出车辆侧向加速度或横摆速率。如果在通过该方式计算的侧向加速度或横摆速率与实际的侧向加速度或横摆速率之间存在实质差异,则可以得出结论,独立于侧向力的量的轮胎刚度近似值是不准确的。相反能得出结论,车辆处于非线性状态,在该状态中侧偏角随侧向力的变化比线性状态内更加剧烈。对于该状态为非线性的原因可能是路面摩擦系数的减少,例如,因为车辆已经离开干路面,开始在湿的,或者甚至是冰路面行驶。显然,在非线性状态内,存在车辆失去控制的更紧迫的危险。如果车辆被判断处于线性状态,可以假定车辆在当前没有打滑,在之前的瞬时也没有打滑,当前路面保持车辆在其路径上的能力与其之前的瞬时一样良好。因此,可以假定,当前检测的车辆侧向加速度是安全的,过去的值也是安全的,以及先前存储的最大安全量和当前检测的车辆侧向加速度中的最大值被选择,并作为最大安全量被存储。
另一方面,如果车辆被判断处于非线性状态,可以假设地面摩擦特性已经恶化,以致于先前存储的最大安全量不再可靠。因此,在非线性状态当前检测的侧向加速度被用作所述最大安全量,但是没有指出要将它存储用于之后的使用。
仅仅在车辆沿曲线行驶并且车辆非零的侧向力被检测到时,上述a1)-a3)的子步骤才能更新最大安全量。在曲线路径之间,车辆可能长时间直行,使得在直道部分之前在第一曲线路径中实施的最大安全量的估计与在所述直道部分之后在第二曲线路径中的最大安全量基本上不相同。因此,该方法进一步优选的包括子步骤:
a4)判断车辆是否直线行驶预定的时间,如果是,设置预定的值作为所述最大安全量。
换句话说,如果没有新近的侧向加速度测量值可用于作为步骤a)的估计的基础,则最大安全量被重置为默认值。
子步骤a4)的预定时间优选在50到500ms之间。它不需要更短,因为司机对被显示的推荐速度的反应速度最少需要100ms,它不应该更大,因为如果这样的话最大安全量的重置将很少发生,过时估计的风险将很高。
如果任何,即一个或多个以下的条件被满足,车辆优选地被判断为没有直行:
-横摆速率增长到超过预定的第一极限;
-方向盘转角增长到超过预定的第二极限。
另一方面,判断车辆为直行的条件可能多少有些不同:优选的,对于判断车辆为直行,下列条件一定被满足:
-横摆速率下降到低于预定的第三极限,该第三极限低于第一极限;
-方向盘转角下降到低于预定的第四极限,该第四极限低于第二极限。
在横摆速率处于第一极限和第三极限之间,或者方向盘转角处于第二和第四极限之间的情况下,先前的判断被无变化的保留。
在步骤b)中计算推荐纵向车速的过程可以被划分为:步骤b1)将当前侧向加速度除以最大安全量,并获得该比值的平方根;以及步骤b2)用所述的平方根去乘当前速度,得到第一推荐速度。只要当前侧向加速度超过最大安全量,该比值将小于1,第一推荐速度将小于当前速度。
进一步,第二推荐速度可以被估计,其与方向盘转角的平方根成反比。这考虑了方向盘转角越大,侧向力就越高,失控的风险也就越大的事实。换句话说,失控的风险随方向盘转角的增加而增加,为了避免失控,方向盘转角越大,第二推荐速度应该更低。
优选的,第二推荐速度也与式Kμ+L/Vx 2的平方根成比例,Kμ为车辆的不足转向量,L是车辆前后轴之间的距离,以及Vx为车速。
另一个有用手段是基于不同标准,尤其是基于路面摩擦系数与车辆不足转向量至少确定第一和第二推荐速度,从所述第一和第二推荐速度中选择更高的一个作为推荐速度被显示。
该推荐速度优选为采用依赖于当前和推荐速度之间偏差的亮度的方式被显示给司机。即,如果当前速度小于推荐速度,则它不必产生警告,推荐速度被显示的亮度可能为0。另一方面,如果当前速度高于推荐速度,速度偏差阈值可以被定义,当其被超过时,将引起推荐速度的显示器在不同的亮度水平之间切换,例如,在连续和闪烁之间切换。
而且,本发明的方法可能被集成到ESC系统的操作中,例如,如果推荐速度超过当前速度已经大于预定的时间,则降低ESC系统的干预阈值。在这种方式中,如果发现司机自愿冒险,其可以通过ESC系统更自由的干预来进行补偿。
附图说明
本发明进一步的特征和优点将从参考附图中的实施例的依次描述中变得显而易见。
图1为用于实施本发明的方法的装置的结构图;
图2估计路面摩擦系数的程序的流程图;以及
图3为确定推荐速度和控制显示装置的方法的流程图。
具体实施方式
为了正确理解以下叙述,应该牢记本发明将最可能以适当编程的微控制器系统的形式被实施,但是在这样一种微控制器系统中作为软件运行的功能可能同样通过布线电路来实现。因此,本发明依据电路模块或依据方法步骤的单独特征的描述不是通过技术必要性而是仅仅的通过这样的事实规定,在程序同时执行或程序的时间关系不影响本发明的情况下,通过结构图的描述比流程图更清楚,反之通过流程图的方法步骤的描述更清楚,如果该步骤能以时间顺序被简明的组织。
图1是用于实施本发明的设备的结构图。该设备包含多个传感器,所有的传感器都传统的设置于机动车中,例如
制动传感器1,提供制动踏板信号BP,指示制动踏板是否被压下;以及,最终,它被下压到某种程度的数量测量值;
加速踏板传感器2,提供代表加速踏板位置的信号AP;
方向盘转角传感器3,输出方向盘转角信号δ,代表车辆方向盘相对于一个参考方向被转动的角度;
速度传感器5,提供车辆纵向速度信号vx,
侧向加速度传感器6,提供车辆侧向加速度信号ay,以及其它传感器。
所有这些传感器与通用数据总线10连接。
如图1的数据总线10的右侧所示的所有元件可以是一个同样的微处理器系统中的元件或者同样适当的,可以通过独立的硬件元件执行。
图1的装置包含速度极限检测单元11,其与输入装置12连接。该输入装置例如可以包含一个地理位置信号的无线电接收器,例如一个GPS接收器,以及包含传统导航系统。GPS接收器能够使速度极限检测单元11找出车辆准确的地理位置,基于导航系统的地图数据识别当前车辆行驶的路面,以及从导航系统中得到道路上关于最终速度极限的数据。可替换的,输入装置12可能是照相机,提供车辆前方道路图象,以及速度极限检测单元11包含图象处理装置,用于根据图象识别速度极限标记,并从中提取速度极限信息。
为了基于来自不同传感器1至6的数据确定车辆是否处于线性模式,线性模式检测单元13与总线10连接。为这个作用,线性模式检测器13评估以下三个条件。
该第一条件(1)将测量的无符号侧向加速度|ay|与期望的无符号侧向加速度之间的差与第一阈值ay_Thr1相比较。期望侧向加速度是期望的横摆速率与通过速度传感器5测量的车辆纵向速度VX的乘积。期望横摆速率能依次通过不同方式被计算。在一个简单方式中车辆轨迹的期望曲率半径能从转向前轮的道路角中导出,或者,同样的,忽略所有离心力的影响,从方向盘转角δ和转向系统横摆增益ψgain的乘积导出。在那种情况下,车辆沿曲线行驶时所经历的任何侧偏都促成了期望与测量的侧向加速度之间的偏差。在一个更实际的特定情形下,定常有限的轮胎刚度被考虑进来,即,假设轮胎具有非零的侧偏角,侧偏角与车辆受到的侧向力成正比,基于此假设车辆路径的期望曲率半径被计算。在该情形下,测量与期望的侧向加速度之间的偏差是由于侧向力和侧偏角之间假定的线性关系不能准确的成立造成的。事实上,侧向力和侧偏角之间的直接比例关系只有在侧向力适度的情况下才是良好的近似。当它们超过特定的阈值-该阈值水平依赖于路面摩擦特性,其被预先不准确的获知-侧偏角会更剧烈的增加,如果侧向力过大,则车辆将失去控制。因此,观测的和期望的侧向加速度之间的显著偏差是临界驾驶状况的标志,应当被加以避免。
第二条件将有符号的期望和测量的侧向加速度ay的乘积与一个小负数-ay_Thr2相比较。实际上,由于车辆惯性,测量的侧向加速度ay的变化将总滞后于期望侧向加速度以至于存在这两个量的乘积变成负数的可能。所述乘积的过度的负值标志着车辆的运动状态不能足够准确的跟随方向盘转角δ的变化,这应该被避免。
第三条件将期望和测量的横摆速率之间的偏差与上、下限阈值相比较。显然,如果此偏差在上限阈值之上,车辆的控制不准确。另一方面,如果它在下限阈值之下,有可能车辆是直线行驶的,没有路面摩擦特性相关的信息能从各种传感器数据中推导出来。
以上公式(1),(2)都基于车辆纵向速度VX基本上为常数的假设。通过对应上述公式(1),(2)替换以下公式该模型能进一步精确化:
如果所有上述三个条件都满足,线性模式检测单元13设定线性标志符LF 14为“真”。如果条件(1),(2)中的任意一个不满足,则线性标志符LF14被设为“假”。在条件(3)的情形,如果上限阈值被超过,线性标志符LF 14也被设为“假”;如果该偏差下降到比下限阈值还要小,则线性标志符LF 14被保留不变。
与总线10连接的直行模式检测单元15监测来自传感器3的方向盘转角δ与来自传感器4测量的横摆速率导出直行标志符SF 16。如果方向盘转角δ或横摆速率超过了预定的阈值,则如果直行标志符SF为“假”,单元15就将它切换为“真”。
|δ|≥δth max (7)
|δ|≤δth min (9)
如果横摆速率与方向盘转角δ下降到它们各自的上、下限阈值之间,直行标志符SF 16保持不变。
摩擦系数估计单元17基于从传感器和标志符14,16中输入的数据而工作。摩擦系数估计单元16的操作参考附图2的流程图被描述。在初始步骤S1中,估计的路面摩擦系数μ被设为预定的默认值μ0,其可以为典型的干实路面的摩擦系数。侧向加速度ay在步骤S2从侧向加速度传感器6中被读取。步骤S3校验直行标志符SF。如果它是“假”,即,如果车辆沿曲线行驶,受到大的侧向加速度作用,则一个定时器在步骤S4中被重置为0。接下来,所述单元17在步骤S5中确定线性标志符LF是否为“真”。如果它为“真”,即,如果车辆具有良好的路面附着性能,可以得出结论,路面摩擦系数μ一定至少等于ay/g,其中g代表重力加速度。估计的摩擦系数μ因此在步骤S6中被更新为ay/g与在步骤S6先前的迭代程序中获得的估计值中的最大值。通过此方式,如果步骤S6在图2程序的依次迭代中重复的被执行,μ将增长并向真实的路面摩擦系数收敛。
另一方面,如果线性标志在步骤S5中被发现为“假”,这可能是以下事实造成的,或者是由于路面质量恶化,其摩擦系数下降,或者是由于车辆在稳定性极限下行驶。在此情形下,ay/g在步骤S7中被设置作为摩擦系数μ的新的估计值。
如果直行标志符SF在步骤S3被发现为“真”,可能没有表面摩擦系数的估计值。在此情况下,步骤S4提及的定时器在步骤S8中启动,即,如果直行标志符已经切换到“真“,定时器开始运行,或者如果直行标志符在先前的迭代程序中已经为真,则它仅仅继续运行。定时器中的值因而代表了车辆已经直行的时间。步骤S9检查该时间是否已经超过了预定极限。如果没有,本方法新的迭代在步骤S2中开始;如果是,它通过在步骤S1中重设摩擦系数到μ0而开始启动。在该方式中,如果车辆已经直行了这么长的时间,预先获取的摩擦系数估计值就不再可靠,该估计值被重设为μ0,当直行标志符再次变成“假”时逼近其真实值的迭代程序被重启。
再参照图1,推荐速度估计单元18依赖于传感器,速度检测单元11与摩擦系数估计单元17的输出来确定推荐速度,并基于推荐速度驱动显示器19,例如,头顶显示器或集成到车辆仪表板的显示器。
根据第一实施例的单元18的操作参照图3的流程被描述。在步骤S11里,第一推荐速度根据下式计算:
步骤S12根据下式计算第二推荐速度Vrec2
步骤S13选取推荐速度Vrec1和Vrec2中较高的一个。如果速度极限检测单元11指示,存在对于车辆正在行驶的道路的官方限速,程序就从步骤S14分支到步骤S15,在这里确定在步骤S13选择的推荐速度Vrec是否高于速度限制VS1。如果是,则速度限制VS1在步骤16被显示;如果不是,推荐速度Vrec在步骤S17中被显示。如果没有速度限制存在,步骤S18将推荐速度Vrec与当前速度VX相比较。如果推荐速度比当前速度VX高,则显示器在步骤S19关闭;否则,推荐速度在步骤S17中被显示。
在可替换的实施例中,估计单元18根据下式计算推荐速度
其中Kμact通过下式给出
以及
附图标记列表
1制动传感器
2加速踏板传感器
3方向盘转角传感器
4横摆速率传感器
5速度传感器
6侧向加速度传感器
10数据总线
11速度极限检测单元
12输入装置
13线性模式检测单元
14线性标志符
15直线行驶模式检测单元
16直行标志符
17摩擦系数估计单元
18推荐速度估计单元
19显示器
Claims (15)
1.一种辅助机动车司机的方法,包含下述步骤:
a)基于检测的车辆侧向加速度、横摆速率、车辆纵向速度与方向盘转角中的一个或多个来估计侧向加速度的最大安全量(S2-S7);
b)计算纵向车速(S11-S13),该纵向车速产生等于所述最大安全量的侧向加速度;以及
c)向司机显示推荐的纵向车速(S17)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤a)包括估计路面的摩擦系数(S6,S7)。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中步骤a)包括如下子步骤:
a1)基于检测的侧向加速度或横摆速率与期望的侧向加速度或横摆速率之间的偏差,判断车辆是处于线性状态还是非线性状态(S5),所述期望的侧向加速度或横摆速率基于车辆纵向速度和方向盘转角计算出;
a2)如果车辆被判断处于线性状态,在预先存储的最大安全量与当前检测的车辆侧向加速度中选择最大值,存储所选的值作为所述的最大安全量(S6);以及
a3)如果车辆被判断处于非线性状态,设置当前检测的侧向加速度作为所述的最大安全量(S7)。
4、根据权利要求1或2所述的方法,其中步骤a)包括如下子步骤:
a4)判断车辆是否已经直线行驶预定的时间(S9),如果是,设置预定的值作为所述最大安全量(S1)。
5、根据权利要求1或2所述的方法,其中步骤a)包括如下子步骤:
a4)判断车辆是否已经直线行驶预定的时间(S9),如果是,设置预定的值作为所述最大安全量(S1),其中所述预定的时间在50到500ms之间。
6、根据权利要求1或2所述的方法,其中步骤a)包括如下子步骤:
a4)判断车辆是否已经直线行驶预定的时间(S9),如果是,设置预定的值作为所述最大安全量(S1),其中如果以下任意一个条件被满足,则车辆被判断为没有直线行驶:
-横摆速率增长到超过预定的第一极限;
-方向盘转角增长到超过预定的第二极限。
7、根据权利要求1或2所述的方法,其中步骤a)包括如下子步骤:
a4)判断车辆是否已经直线行驶预定的时间(S9),如果是,设置预定的值作为所述最大安全量(S1),其中如果以下条件被满足,则车辆被判断为直线行驶:
-横摆速率下降到低于预定的第三极限,该第三极限低于第一极限;
-方向盘转角下降到低于预定的第四极限,该第四极限低于第二极限。
8、根据权利要求1所述的方法,其中步骤b)包含如下的子步骤:
b1)将当前侧向加速度除以最大安全量,并获得该比值的平方根(S11);
b2)用所述的平方根去乘当前速度,得到第一推荐速度(S11)。
9、根据权利要求1或8所述的方法,其中步骤b)包含以下子步骤:
b3)估计与方向盘转角的平方根成反比的第二推荐速度(S12)。
10、根据权利要求9所述的方法,其中第二推荐速度与式Kμ+L/Vx 2的平方根成比例,Kμ为车辆的不足转向量,L是车辆前后轴之间的距离,以及Vx为车速。
11、根据权利要求1所述的方法,其中步骤b)包含以下子步骤:
b4)根据表面摩擦系数确定第一推荐速度(S11);
b5)根据车辆不足转向量确定第二推荐速度(S12);以及
b6)在所述第一和第二推荐速度中选择较高的一个作为所述的推荐速度(S13)。
12、根据权利要求11所述的方法,其中步骤b)包括以下子步骤:
b4/5)确定依赖于路面摩擦系数的第一推荐速度与依赖于车辆不足转向量的第二推荐速度中的至少一个(S11-S13);以及
b7)检测官方速度限制,以及
b8)至多从所述推荐速度和所述官方速度限制中选择较小的一个作为所述推荐速度。
13、根据权利要求1所述的方法,其中推荐速度在步骤c)中采用依赖于当前和推荐速度之间偏差的亮度而被显示。
14、根据权利要求1或13所述的方法,其中推荐速度在步骤c)中仅仅在它小于当前速度时才被显示。
15、根据权利要求1所述的方法,进一步包含以下步骤:
d)如果推荐速度在大于预定的时间中超过当前速度,则降低ESC系统干预的阈值。
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Application publication date: 20100310 |