CN102275579A - 车辆驾驶辅助设备 - Google Patents

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Abstract

一种车辆驾驶辅助设备，包括：判断作为车辆路径中目标障碍物的障碍物并提供该目标障碍物的信息，响应于所确定的控制量来调节输入到驾驶者的反作用力(F)、施加到车辆的驱动力和施加到车辆的制动力中的至少一个；测量目标障碍物的宽度；根据测量到的宽度(w)校正控制量。

Description

车辆驾驶辅助设备
本申请为申请日为2005年3月2日，申请号为200580006701.5(其国际申请号为：PCT/JP2005/004026)，发明名称为“对路径中障碍物的检测作出反应的方法和车辆”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请要求于2004年3月3日提交的日本专利申请No.2004-59021的优先权，该申请整体引用于此以供参考。
本发明涉及用于将检测到的路径中目标障碍物发送给车辆驾驶者的方法和系统。
背景技术
传统的技术说明了各种用于辅助车辆驾驶者的方法和系统。在2003年3月27日出版的美国2003/0060936 A1中说明了这种系统的一个例子。该系统包括：数据获取系统，其获取包括车辆状况信息和车辆周围场地环境信息等数据；控制器；以及至少一个促动器。该控制器使用获取到的数据判断车辆周围场地的未来环境，以响应判断出的未来环境制定操作者响应计划，该计划提示操作者对判断出的未来环境以期望方式操作车辆。促动器与驾驶者控制的输入设备耦接，以通过来自驾驶者控制的输入设备的接触式(haptic)输入促使驾驶者以期望方式操作车辆的方式，机械地(mechanically)影响该输入设备的操作。
在JP05-024519中说明该系统的另一例子。如果车辆与该车辆前方障碍物相接触的可能性很大，则该系统会通过自动应用车轮制动器来辅助车辆驾驶者。自动应用车轮制动器在驾驶者决定改变车道后会很快地解除。
该系统所引起的一个关注点(concern)是自动应用的车轮制动器的快速解除可能会向驾驶者提供不能完全接受的输入。
仍然需要改进用于将检测到的路径中目标障碍物发送给车辆驾驶者而不向任何驾驶者提供无法接受的输入的方法和系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种车辆驾驶辅助系统，该系统包括：障碍物识别装置，探测车辆前方的障碍物并提供障碍物的信息；判断装置，在多个障碍物中判断属于车辆路径中目标障碍物的障碍物并输入包括目标障碍物的宽度在内的目标障碍物的信息；车辆状态检测装置；风险确定装置，根据该目标障碍物的信息和检测出的车辆状态来确定车辆与该目标障碍物相接触的风险；以及控制装置，其根据所确定的风险和该目标障碍物的宽度来调节输入到驾驶者的反作用力和施加到车辆的制动力/驱动力中的至少一个。
附图说明
图1是安装有根据本发明实施例的系统的机动车的方框图。
图2是示出由雷达检测障碍物的示意图。
图3是车辆前方扫描区域的示意图。
图4是具有以相加点表示的校正装置的驱动力控制器的方框图。
图5示出了由驱动力控制器的驱动力请求产生装置提供的驱动力请求(Fda)与驾驶者功率需求(SA，加速器踏板位置)的关系特性。
图6是具有以相加点表示的校正装置的制动力控制器的方框图。
图7示出了由制动力控制器的制动力请求产生装置提供的制动力请求(Fdb)与驾驶者制动需求(SB，制动器踏板位置)的关系特性。
图8是示出执行图1所示实施例的操作的主控制程序流程图。
图9是判断车辆路径中心线的示意图。
图10是车辆路径的示意图。
图11是示出如何测量路径中障碍物的横向距离的示意图。
图12是重叠率增益(Gla)与重叠率(La)的关系特性。
图13是具有在其前方的在先车辆的、在路上行驶的车辆的状态图，示出了用来计算来自在先车辆的风险(RP)和斥力(Fc)的假想的弹性体的概念。
图14是当风险增加时已靠近在先车辆的车辆的状态图。
图15是“校正量计算”子程序的流程图。
图16分别以实线示出校正过的正常驱动力请求(Fda)与加速器踏板位置(SA)的关系特性曲线和以点划线示出正常制动力请求(Fdb)与制动器踏板位置(SB)的关系特性。
图17与图8相似，是经修改的主控制程序的流程图。
图18与图1相似，是根据本发明的系统的另一实施例的方框图。
图19与图8相似，是示出图18所示的实施例的操作的主控制程序的流程图。
图20以斥力(Fc)的不同值示出加速器踏板反作用力值(FA)的变化。
图21以斥力(Fc)的不同值示出制动器踏板反作用力值(FB)的变化。
图22是示出根据本发明的方法的操作的控制程序的流程图。
图23以时距(time headway，THW)的不同值示出转向反作用力减少量(T1)的变化。
图24以重叠率(La)的不同值示出校正系数(α1)的变化。
图25是重叠率增益(Gla)与重叠率(La)的关系特性的另一种形式。
图26是重叠率增益(Gla)与重叠率(La)的关系特性的另一种形式。
图27是重叠率增益(Gla)与重叠率(La)的关系特性的另一种形式。
具体实施方式
附图示出了根据本发明的方法和系统的各种典型实施例。各图用相同附图标记表示相同的部件或部分。
参考图1，雷达10位于车辆1的前通气栅(front grill)或前保险杆的中央，用于向车辆1前方发射脉冲束或者雷达波以探测雷达10的视界内的障碍物。虽然可能是传统的毫米波，即频率调制连续波(FMCW)雷达，但在本实施例中，雷达10是传统的红外激光雷达。作为发射束(transmitted beam)的红外脉冲束朝向测量区域传播。光接收装置接收从测量区域内的障碍物返回的发射束。由于使用转动的多面镜，可进行前向的二维扫描，从而脉冲束能由多面镜的转动被水平地转动(swivel)，且能由于以不同角度倾斜的多面镜的多个镜面而被垂直地转动。在本实施例中，脉冲束能向经过车辆1中心的纵线的各侧水平地且横向地转动6度。
基于来自雷达10的发射束和接收到的反射束之间的时延和相差，控制逻辑能确定每个被检测的障碍物与车辆1之间的距离和方位角。
通过参考图2的示意图能更好地理解。雷达10沿水平方向发射红外激光束，扫描车辆1前方区域，从而检测车辆1前方障碍物。雷达10包括发射激光束的光发射部10a和检测反射光的光接收部10b。光发射部10a与扫描机构结合，构造成如图2箭头所示地摆动。光发射部10a在预定的角度范围内顺次发射光。雷达10根据光发射部10a发射的激光束和光接收部10b接收到的反射束(reflected beam)之间的时间差来测量从车辆1到障碍物的距离。
在扫描车辆1前方区域的同时，雷达10对于接收到反射光时的每个扫描位置或者扫描角度测量到障碍物的距离。雷达10还根据当检测到障碍物时的扫描角度和到障碍物的距离来测量障碍物相对于车辆1的横向位置。换句话说，雷达10检测障碍物的存在和每个障碍物相对于车辆1的位置。
图3是示出由雷达10探测障碍物的示意图。障碍物相对于车辆1的位置在每个扫描角度被精确测定，因此得到在雷达10的扫描范围内的障碍物存在的平面图。
障碍物识别装置40从雷达10和车辆速度传感器20接收关于车辆1前方的障碍物的信息。具体地，障碍物识别装置40根据在每个扫描周期或者在每个扫描角度由雷达10提供的探测结果判别探测到的障碍物的运动。同时，障碍物识别装置40根据障碍物之间的接近性、障碍物运动的相似性等判断探测到的障碍物是同一障碍物还是不同的障碍物。
根据来自雷达10和车辆速度传感器20的信号，障碍物识别装置40识别车辆1和车辆1前方的障碍物之间的间距和相对速度、从车辆1到前方障碍物的横向距离、以及前方障碍物的宽度。如果多个障碍物在车辆1的前方，则障碍物识别装置40获得关于每个障碍物的信息。障碍物识别装置40将关于障碍物的信息作为输出提供给控制器50。
为方向盘设置转向角传感器30。转向角传感器30检测转向轴的角运动作为转向角，并将该转向角作为输出信号提供给控制器50。
设置有加速器踏板61。设置有加速器踏板行程(stroke)传感器以检测加速器踏板61的位置。该加速器踏板行程传感器的传感器信号表示检测到的位置、以及因此通过加速器踏板61表达的驾驶者功率需求(driver power demand)SA。表示驾驶者功率需求SA的传感器信号被反馈到控制器50，并且还被反馈到驱动力控制器60。
设置有制动器踏板91。设置有制动器踏板行程传感器以检测制动器踏板91的位置。制动器踏板行程传感器的传感器信号指示检测到的位置、以及因此通过制动器踏板91表达的驾驶者制动需求SB。表示驾驶者制动需求SB的传感器信号以传统方式提供给制动力控制器90，以用于液压制动系统的制动控制信号的计算。该液压制动系统包括车轮制动器95(参见图1)。
控制器50可以包括：微处理器，其通常包括中央处理单元(CPU)；计算机可读存储介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等。
继续参考图1，控制器50对驱动力控制器60提供驱动力校正量ΔDa，对制动力控制器90提供制动力校正量ΔDb。
图4中的方框图示出了具有由相加点(summation point)表示的校正装置60b的驱动力控制器60。该驱动力控制器60包括驱动力请求产生装置60a和发动机控制器60c。驱动力请求产生装置60a接收驾驶者功率需求SA，通过数据处理提供驱动力请求Fda，以实现图5所示的示意性的驱动力请求(Fda)与驾驶者功率需求(SA)的关系特性。驱动力请求Fda提供给校正装置60b。在校正装置60b，驱动力请求Fda被驱动力校正量ΔDa校正，以提供校正结果作为目标驱动力tFda。响应目标驱动力tFda，发动机控制器60c提供应用到发动机上的发动机控制信号以实现图16中以实线显示的校正特性。
图6的方框图示出了具有由相加点表示的校正装置90b的制动力控制器90。制动力控制器90包括制动力请求产生装置90a和制动液压控制器90c。制动力请求产生装置90a接收驾驶者制动需求SB，通过数据处理提供制动力请求Fdb，以实现图7所示的示意性的制动力请求(Fdb)与驾驶者制动需求(SB)的关系特性。制动力请求Fdb被提供给校正装置90b。在校正装置90b，制动力请求Fdb被制动力校正量ΔDb校正，以提供校正结果作为目标制动力tFdb。响应目标制动力tFdb，制动液压控制器90c判定制动液压，提供应用到液压制动系统的制动控制信号，以实现图16中以实线显示的校正特性。
图8是示出根据本发明的系统的实施例的操作的主控制程序流程图。在本实施例中，控制器50以例如50毫秒的规则间隔重复执行主控制程序。
在图8中，在步骤S110，控制器50执行车辆速度传感器20和转向角传感器30的输出的读操作，以接收车辆速度Vh和转向角δ作为输入。
在步骤S120，控制器50执行用于加速器踏板61的加速器踏板行程传感器的输出的读操作，用来接收以加速器踏板61的位置的形式表示的驾驶者功率需求SA作为输入。
在步骤S130，控制器50执行障碍物识别装置40的输出的读操作，以接收车辆1前方的每个障碍物的横向位置x、纵向位置y和宽度W作为输入。障碍物识别装置40根据雷达10和车辆速度传感器20的输出确定上述数据(x，y，W)。
在步骤140，控制器50根据车辆速度Vh和转向角δ确定车辆1的行驶路径。控制器50根据车辆速度Vh和转向角δ确定车辆1的行驶路径的曲率ρ(1/m)。曲率ρ可表示如下：
ρ＝1/{L(1+A·Vh2)}×δ/N                 …(式1)
其中：L是车辆1的轴距的长度；A(正的常数)是车辆1的稳定系数；N是车辆1的转向齿轮比。
曲率半径R可表示如下：
R＝1/ρ                                   …(式2)
控制器50确定如图9所示的曲率半径R，并以如图10所示的车辆1前方的估计行驶路径的中心线来识别它。由控制器50识别的估计行驶路径在图10中以阴影区域示出。该估计行驶路径具有宽度Tw。基于车辆1的宽度确定宽度Tw。宽度Tw可以是预定值，也可以随着车辆速度Vh的变化而变化。
在步骤S150，控制器50判断是否有一个检测到的障碍物位于在步骤S140确定的车辆1的路径中。通过使用x位置、y位置和宽度w，控制器50判断检测到的障碍物是否是车辆1的路径中的障碍物。
在步骤S160，控制器50选择车辆1的路径中最接近的障碍物作为在路径中的目标障碍物，即路径中目标障碍物。
在步骤S170，控制器50计算路径中目标障碍物的重叠率La。重叠率La表示路径中目标障碍物与路径相互重叠的程度。
控制器50测量路径中目标障碍物的纵向中心线和车辆1的路径的中心线之间的横向偏移Δd。如图11所示，横向偏移Δd包括点A，该点A定义成与路径中目标障碍物的纵向中心线垂直的线和估计路径的中心线的交点。
可通过使用传统的CCD照相机测量横向偏移Δd。
一旦确定了横向偏移Δd，控制器50接着计算重叠率La，其表示如下：
La＝1-Δd/W                          …(式3)
在相同的宽度W下，重叠率La越大，路径中目标障碍物和估计路径的重叠程度越大。重叠率La与路径中目标障碍物的宽度W有关。对于相同的横向偏移Δd，重叠率La越大，路径中目标障碍物的宽度越大。
确定重叠率La之后，控制程序执行到步骤S180。在步骤S180，控制器50根据重叠率La确定增益，即重叠率增益Gla。在图12示出重叠率增益Gla和重叠率La之间关系的一个例子。当重叠率La为零时，重叠率增益Gla是小于1大于0的预定值G1。当重叠率La为1时，重叠率增益Gla为1。随着重叠率La从0向1变化，重叠率增益Gla从预定值G1逐渐增加到最大值1。
确定重叠率增益Gla之后，控制程序执行到步骤S190。在步骤S190，控制器50计算路径中目标障碍物和车辆1之间的时距(time headway)THW。如本领域技术人员所熟知的，时距THW表示从当前时刻到车辆1到达路径中目标障碍物的当前位置的未来时刻所经过的时间。时距THW可表示如下：
THW＝D/Vh                               …(式4)
时距THW越短，车辆1与路径中目标障碍物相接触的可能性越大。也可以说，时距THW表示车辆1可能与路径中目标障碍物相接触的风险。风险主要指驾驶者所受的精神负荷。
确定时距THW之后，该程序执行到步骤S200。在步骤S200，控制器50判断时距THW是否大于或等于阈值T1。如果时距THW比阈值T1小，则车辆1与路径中目标障碍物相接触的可能性高，程序从步骤S200执行到S210，在S210，控制器50确定用来计算驱动力校正ΔDa和制动力校正ΔDb所需的斥力Fc。如果时距THW不比阈值T1小，则程序从S200执行到S220，在S220，控制器50将斥力Fc设置为0(零)。
参考图13和图14，说明确定斥力Fc的方式。可以考虑假定在车辆1的前方设置了假想的弹性体的模型。在车辆1和路径中目标障碍物相接触之后，假想的弹性体在二者之间压缩。当弹性体被压缩时，弹力(spring force)C施加到车辆1上。可认为该弹力C是车辆1的行驶阻力。在图13中，假想的弹力体被示出为具有未压缩长度l(el)和弹簧常数k。继续讨论，未压缩长度l(el)由可随着车辆速度Vh的不同值以及时距THW用阈值Th1的不同值而变化的阈值Th给出。
如图13所示，如果车辆1和路径中目标障碍物(以前面的车辆的形式)之间的距离D比未压缩长度Th(或者l，el)长，则假想的弹性体与路径中目标障碍物分离，没有弹力施加到车辆1上。随后，如图14所示，假想的弹性体在车辆1和路径中目标障碍物之间被压缩，此时距离D比未压缩长度Th短。对假想的弹性体的压缩导致施加到车辆1的弹力C的产生。该弹力C可表示如下：
C＝k×(Th-D)                             …(式5)
其中，k是假想的弹性体的弹簧常数；Th是假想的弹性体的未压缩长度(l，el)；D是车辆1和路径中目标障碍物之间的距离。
可以适当设置未压缩长度Th。例如，未压缩长度Th可以等于Vh和Th1(Vh：车辆速度，Th1：THW的阈值)的乘积。
校正弹力C以给出斥力Fc，该校正适用于驱动力校正量ΔDa和制动力校正量ΔDb的计算。斥力Fc可表示如下：
Fc＝k×(Th-D)×Gla                         …(式6)
其中：Gla是重叠率增益。
重叠率La越小，斥力Fc越小。当横向偏离Δd变小时，重叠率La变小。
在步骤S210或S220确定斥力Fc之后，程序执行到步骤S230。在步骤S230，控制器50通过执行图15所示的校正量计算子程序，来计算驱动力校正量ΔDa和制动力校正量ΔDb。
在图15中，在步骤S2301，控制器50根据来自加速器踏板行程传感器的驾驶者功率需求SA判断加速器踏板61是否被压。如果加速器踏板61没有被压，则程序执行到步骤S2302。在步骤S2302，控制器50判断加速器踏板61是否已经被快速地释放。通过将加速器踏板61的操作速度与预定值比较作出该判断。可从驾驶者功率需求SA的时间变化率计算该操作速度。在步骤S2302，如果控制器50判断为加速器踏板61已被缓慢地释放，则程序执行到S2303。在步骤S2303，控制器50将驱动力校正量ΔDa设置为0(ΔDa＝0)。在下一步骤S2304，控制器50将制动力校正量ΔDb设置为斥力Fc。
在步骤S2302，如果控制器50判断为加速器踏板61已被快速释放，则程序执行到步骤S2305。在步骤S2305，控制器50执行驱动力校正量ΔDa的递减，用于将驱动力校正量ΔDa向0逐渐减少。在接下来的步骤S2306，控制器50执行制动力校正量ΔDb的递增，用于将制动力校正量ΔDb向斥力Fc逐渐增加。
在步骤S2301，如果控制器50判断为加速器踏板61被压，则程序执行到步骤S2307。在步骤S2307，控制器50通过使用图5所示的关系确定驱动力请求Fda与驾驶者功率需求SA之间的关系，并产生所确定的驱动力请求Fda。
在下一步骤S2308，控制器50判断驱动力请求Fda是否大于或等于斥力Fc。如果是，程序执行到步骤S2309。在步骤S2309，控制器50将驱动力校正量ΔDa设置为-Fc(ΔDa＝-Fc)。在下一步骤S2310，控制器50将制动力校正量ΔDb设置为0(ΔDb＝0)。在该情况下，驾驶者感觉到小于预期的加速度，这是因为驱动力请求Fda在被减少Fc后依然有剩余。
在步骤S2308，如果控制器50判断为驱动力请求Fda小于斥力Fc，则程序执行到步骤S2311。在步骤S2311，控制器50将驱动力校正量ΔDa设置为-Fda(ΔDa＝-Fda)。在下一步骤S2312，控制器50将制动力校正量ΔDb设置为驱动力校正量短缺的补偿(Fc-Fda)。在该情况下，驾驶者感觉减速。
图16示出了校正驱动力和制动力的方式。在图16中，水平轴代表加速器踏板位置或驾驶者功率需求SA，以及制动器踏板位置或驾驶者制动需求SB。驾驶者功率需求SA沿右手方向从原点0开始增加。驾驶者制动需求SB沿左手方向从原点0开始增加。垂直轴代表驱动力和制动力。驱动力沿向上方向从原点0开始增加。制动力沿向下方向从原点0开始增加。
在图16中，点划线表示随加速器踏板位置SA的不同值而变化的驱动力请求Fda，以及随制动器踏板位置SB的不同值而变化的制动力请求Fdb。实线表示由校正量ΔDa和ΔDb校正的驱动和制动力请求的变化。
当驱动力请求Fda大于表示最终变化的斥力Fc时，驱动力请求Fda简单地减少驱动力校正量ΔDa(＝-Fc)。
当驱动力请求Fda小于最终变化Fc时，驱动力请求Fda减少驱动力校正量ΔDa(＝-Fda)，不剩下驱动力请求。制动力校正量ΔDb设置为最终变化Fc和驱动力请求Fda之间的差值。在该情况下，驾驶者感觉对应于受限的驾驶者功率需求SA的较慢减速。
返回到图8，在步骤S230计算驱动力校正量ΔDa和制动力校正量ΔDb之后，程序执行到步骤S240。
在步骤S240，控制器50分别将驱动力校正量ΔDa提供给驱动力控制器60，和将制动力校正量ΔDb提供给制动力控制器90。驱动力控制器60根据驱动力校正量ΔDa和驱动力请求Fda计算目标驱动力，并且控制发动机产生目标驱动力。制动力控制器90根据制动力校正量ΔDb和制动力请求Fdb计算目标制动力，并且控制液压制动的液压以产生目标制动力。
该实施例可以从以下几部分产生效果。
(1)控制器50判断关于车辆1与路径中目标障碍物相接触的可能性的风险。控制器50响应该风险调节施加到车辆1上的驱动力和制动力。控制器50根据路径中目标障碍物的宽度确定增益Gla。控制器50通过将该增益乘以力C来确定斥力Fc，该力C由车辆1和路径中目标障碍物之间被压缩的假想的弹性体施加到车辆1。根据斥力Fc，控制器50确定驱动力校正量ΔDa和制动力校正量ΔDb。通过使用校正量ΔDa和ΔDb，驱动力和制动力得到控制。例如，如果车辆1为了超过路径中目标障碍物而靠近该路径中目标障碍物，驱动力和制动力考虑到路径中目标障碍物的宽度而改变。该改变不产生驾驶者无法接受的输入。
(2)路径中目标障碍物的宽度W越小，斥力Fc越小。对于相同的横向偏移Δd，路径中目标障碍物的宽度W越小，重叠率La(见式3)越小。因此，路径中目标障碍物的宽度W越小，重叠率增益Gla越小。结果，当宽度W变小时，斥力Fc变小。因此，在靠近具有较小的宽度W的路径中目标障碍物期间，驱动力受到较小的限制，这就允许超越路径中目标障碍物时对加速的快速操作。可通过使车辆1减速来防止车辆1过分接近具有大宽度W的路径中目标障碍物。
(3)控制器50确定随着横向偏移Δd和路径中目标障碍物的宽度W变化的重叠率La，并根据重叠率La确定斥力Fc。驱动力和制动力依照重叠率La而变化，不产生驾驶者无法接受的输入。
(4)如图12所示，当重叠率La从0(零)增加时，重叠率增益(控制增益)Gla从预定值逐渐增加。因为即使重叠率La接近或等于0，重叠率增益Gla也不会低于预定值，因此保持基于与车辆1和路径中目标障碍物相接触的可能性有关的风险的驱动力和/或制动力的改变，使得可向驾驶者传达该风险。
现在参考图17，说明根据本发明的另一实施例。
该实施例与图1至16示出的前述实施例基本上相同。然而，该实施例与前述实施例的不同之处在于，响应重叠率La的驱动力和/或制动力的改变仅在车辆1超过或者经过路径中目标障碍物时发生。
图17的流程图示出了该实施例的操作。该流程图与图8的流程图基本相同，因此，在图8和图17中，使用相同的附图标记来表示相同的步骤。然而，图17的流程图与图8的流程图的不同之处在于，在步骤S160和步骤S170之间设置询问步骤S370，在步骤S170和步骤S180的旁路流程设置新的步骤S400。
在图17中，在步骤S370，控制器50通过监视包括加速器踏板61、转弯指示器(turn indicator)和方向盘的驾驶者控制的输入设备中至少一个的状态，来判断车辆1是否正在执行超过或者经过路径中目标障碍物的操作。具体地，在检测到路径中目标障碍物的情况下，当驾驶者已经踩上加速器踏板61，或者驾驶者已经操作转弯指示器，或者驾驶者已经将方向盘转动得超过预定角度时，可以判断为车辆1正在执行超过或者经过路径中目标障碍物的操作。一旦控制器50已判断为车辆1正在执行超过或者经过路径中目标障碍物的操作，程序执行到步骤S170，然后到步骤S180。
在步骤S170，控制器50确定由式3表达的重叠率La。在下一步骤S180，控制器50使用图12中示出的关系确定重叠率增益Gla。
如果控制器50判断为车辆1不在执行超过路径中目标障碍物的操作，则程序从步骤S370执行到步骤S400。在步骤S400，控制器50将重叠率增益Gla设置为1(一)。
在步骤S180或者S400确定重叠率增益Gla之后，程序执行到步骤S190。
该实施例的优点在于，当车辆超过或者经过路径中目标障碍物时，斥力Fc由路径中目标障碍物的宽度W校正，但当车辆只是跟随路径中目标障碍物时，不校正斥力Fc。当车辆1超过或者经过路径中目标障碍物时，依赖于宽度W的驱动力和/或制动力的改变对驾驶者来说是可以接受的。由于不会出现驱动力和/或制动力随着路径中目标障碍物的宽度W的不同值而变化，所以当车辆1跟随路径中目标障碍物时，驾驶更加舒适。
现在参考图18至21，说明根据本发明的另一实施例。该实施例与图1至16中示出的前述实施例基本上相同，在图1、8、18和19中，使用相同的附图标记表示相同的部件或部分。然而，该实施例与前述实施例的不同之处在于，斥力Fc以来自驾驶者所控制的输入设备例如加速器踏板61和制动器踏板91的反作用力的形式通过接触式输入传送给车辆3的驾驶者。
如图18所示，额外设置了加速器踏板反作用力产生装置62和制动器踏板反作用力产生装置92。根据该实施例，来自加速器踏板61的反作用力和来自制动器踏板91的反作用力依照随着重叠率增益Gla而变化的斥力Fc进行调节。
加速器踏板反作用力产生装置62包括包含在加速器踏板61的连接机构中的伺服电动机。加速器踏板反作用力产生装置62接收来自控制器50A的命令FA。命令FA表示由控制器50A决定的加速器踏板反作用力的值。响应命令FA，加速器踏板反作用力产生装置62控制(regulate)伺服电动机的操作，以调整由伺服电动机产生的转矩。因此，当驾驶者踩上加速器踏板61时，加速器踏板反作用力产生装置62能任意地控制反作用力。当没有执行反作用力控制时，加速器踏板反作用力与驾驶者功率需求SA成比例。
为了理解上面那种加速器踏板，应参考US 2003/0236608A1(2003年12月25日出版)，也可参考US 2003/0233902 A1(2003年12月25日出版)，二者全部引用在此以供参考。
制动器踏板反作用力产生装置92包括包含在制动器踏板91的连接机构中的伺服电动机。该制动器踏板反作用力产生装置92接收来自控制器50A的命令FB。命令FB表示由控制器50A确定的制动器踏板反作用力的值。响应命令FB，制动器踏板反作用力产生装置92控制伺服电动机的操作，以调整由伺服电动机产生的转矩。因此，当驾驶者踩上制动器踏板91时，制动器踏板反作用力产生装置92能任意地控制反作用力。当没有执行反作用力控制时，制动器踏板反作用力与驾驶者制动需求SB成比例。
图19的流程图示出了该实施例的操作。该流程图与图8的流程图基本上相同，在图8和19中，使用相同的附图标记表示相同的步骤。然而，图19的流程图与图8的流程图的不同之处在于，额外设置了新步骤S650和S660。
在图19中，在步骤S650，控制器50A计算加速器踏板反作用力值FA和制动器踏板反作用力值FB。在本实施例中，在步骤S210或S220确定的斥力Fc用于该计算。控制器50A确定加速器踏板反作用力值FA与斥力Fc的关系，以实现图20中的实线所示关系。控制器50A确定制动器踏板反作用力值FB与斥力Fc的关系以实现图21中的实线所示关系。
在图20中，实线示出当驾驶者功率需求SA(加速器踏板位置)保持恒定时，加速器踏板反作用力值FA随着斥力Fc的不同值的变化。虚线示出当加速器踏板反作用力未被控制时，加速器踏板反作用力的正常值。正常值不随斥力Fc的不同值而变化。当斥力Fc为0(Fc＝0)时，加速器踏板反作用力值FA等于正常值。随着斥力Fc从0开始增加，加速器踏板反作用力值FA以渐进速度增加，向上偏离正常值。引入新的增加速度。斥力Fc刚超过预定值Fc1之后即斥力Fc一旦超过Fc1，加速器踏板反作用力值FA以新的增加速度增加。这意味着，来自加速器踏板61的反作用力随着驱动力校正量(ΔDa)的增加而增加。
在图21中，实线示出当驾驶者制动需求SB(制动器踏板位置)保持恒定时，制动器踏板反作用力值FB随着斥力Fc的不同值的变化。虚线示出当制动器踏板反作用力未被控制时，制动器踏板反作用力的正常值。正常值不随斥力Fc的不同值而变化。随着斥力Fc从0开始增加，制动器踏板反作用力值FB保持为正常值。斥力Fc刚超过预定值Fc1之后即斥力Fc一旦超过Fc1，制动器踏板反作用力值FB下降。这意味着，来自制动器踏板91的反作用力随着制动力校正量(ΔDb)的增加而变小，允许对制动操作的辅助增加，使驾驶者踩制动器踏板91变得容易。
在步骤S650确定加速器踏板反作用力值FA和制动器踏板反作用力值FB之后，程序执行到步骤S660。
在步骤S660，控制器50A分别向加速器踏板反作用力产生装置62提供加速器踏板反作用力值FA，向制动器踏板反作用力产生装置92提供制动器踏板反作用力值FB(见图18)。加速器踏板反作用力产生装置62依照反作用力值FA调节来自加速器踏板61的反作用力。制动器踏板反作用力产生装置92依照反作用力值FB调节来自制动器踏板91的反作用力。
该实施例的优点在于，驱动力校正量和制动力校正量通过来自加速器踏板61的反作用力输入和来自制动器踏板91的反作用力输入传送给驾驶者。如果路径中目标障碍物的宽度W小，则来自加速器踏板91的反作用力变小，这使得迅速转换到随后的超过路径中目标障碍物的加速。在该实施例中，选择加速器踏板61和制动器踏板91作为用于对车辆长度方向进行控制的驾驶者所控制的输入设备。
现在参考图22至24，说明根据本发明的又一实施例。该实施例与图18至21中示出的上述实施例基本上相同，从而在图19和22中，使用相同的附图标记表示相同的部件或部分。然而，该实施例与上述实施例的不同之处在于，在该实施例中，来自用于对车辆宽度方向进行控制的驾驶者所控制的输入设备的反作用力得到调节，而在上述实施例中，来自用于对车辆长度方向进行控制的驾驶者所控制的输入设备(多个装置)的反作用力得到调节。
图22的流程图示出了根据本发明的方法。该流程图和图19的的流程图基本上相同，都有步骤S110、S120、S130、S140、S150和S160。为了简化，这里省略关于这些步骤的说明。
在图22中，该方法从步骤S160执行到步骤S770，以计算或确定由式4表示的时距THW。
在确定时距THW之后，该方法执行到步骤S780，以计算或确定由式3表示的重叠率La。
在步骤S780确定重叠率La之后，该方法执行到步骤S790，以计算或确定转向反作用力值SA*。具体地，该方法利用图23所示的转向反作用力减小量T1和时距THW之间的关系，确定转向反作用力减小量T1与时距THW的关系。如图示的关系所示，转向反作用力减小量T1随着表示车辆已靠近路径中目标障碍物的时距THW变短而增加。对转向反作用力减小量T1的增加促进驾驶者开始换道(lane-change)操作。
在确定转向反作用力减小量T1之后，该方法依照重叠率La对转向反作用力减小量T1进行校正。具体地，该方法使用图24中示出的校正系数α1与重叠率La之间的关系来确定校正系数α1与重叠率La之间的关系。如图示的关系所示，随着重叠率La从0增加到1，校正系数α1逐渐从0增加到1。
在确定校正系数α1之后，该方法确定转向反作用力值SA*，表示如下：
SA*＝Si-α1×T1                               …(式7)
其中：Si表示初始的转向反作用力值。
在确定转向反作用力值SA*之后，该方法执行到步骤S800，以提供所确定的SA*作为输出。响应转向反作用力值SA*，转向反作用力产生装置调节来自方向盘的转向反作用力。
如果时距THW变短，可预测出车辆将要超过路径中目标障碍物。通过减小转向反作用力来促进驾驶者操作方向盘。路径中目标障碍物的宽度越大，转向反作用力减小量T1增加得越多，以进一步便于转向。具体地，随着重叠率La增加，校正系数α1逐渐从0增加到1。例如，如果路径中目标障碍物在车辆的正前方，且重叠率La为1，则因为未被校正，转向反作用力值SA*通过反映转向反作用力减小量T1的全部(100％)给出，该转向反作用力减小量T1相对于当前的时距THW确定。随后，随着车辆开始超越路径中目标障碍物，重叠率La从1开始下降。因为转向反作用力值SA*被小于1的校正系数α1校正，因此，转向反作用力值SA*反映较少的转向反作用力减小量T1。以这种方式的转向反作用力值SA*的变化不会提供驾驶者无法接受的输入。
在该实施例中，方向盘作为用于对车辆宽度方向进行控制的驾驶者所控制的输入设备的例子。该转向反作用力控制可与前述实施例中说明的制动/驱动力控制相结合。
图25至27示出了重叠率增益Gla和重叠率La之间关系的不同例子。
参考图25，当重叠率La不大于预定值La1时，重叠率增益Gla保持为0。一旦重叠率La超出预定值La1即重叠率La刚超出预定值La1之后，重叠率增益Gla逐渐从0增加到1。当重叠率La为1时，重叠率增益Gla为1。因此，当重叠率La小时，斥力Fc为0，且随着重叠率La增加，斥力Fc逐渐增加。因此，制动/驱动力控制可在控制的开始或结束平稳地变化。
参考图26，当重叠率La不大于预定值La1时，重叠率增益Gla保持为0。一旦重叠率La超出预定值La1即重叠率La刚超出预定值La1之后，重叠率增益Gla逐渐从预定值G2增加到1。当重叠率La为1时，重叠率增益Gla为1。预定值G2被设置为例如大约是最大值1的1/2到1/5的值。因此，斥力Fc的变化清楚地显示为台阶状(step-like)。通过该变化，制动/驱动力控制的开始或者结束能被清楚地传达给驾驶者。
参考图27，一旦重叠率La沿增加方向超出预定值La1即在重叠率La沿增加方向刚超出预定值La1之后，重叠率增益Gla逐渐从预定值G2增加到1。然而，随着重叠率La沿减少方向从1到0变化，重叠率增益Gla从1逐渐减少到0。因此，通过斥力Fc的台阶状改变，制动/驱动力控制的开始可清楚地传达给驾驶者。当重叠率La因为超越路径中目标障碍物的操作而减少时，制动/驱动力控制平稳地结束。
在前述的每个实施例中，重叠率La根据宽度W和横向距离Δd计算，弹力C根据重叠率La被校正以给出斥力Fc。这只是给出斥力Fc的一个例子。本发明不限于该例子。另一个例子是，仅根据宽度W校正弹力C以给出斥力Fc。
在采用图19和22的流程图的实施例中，当确定车辆正在超越路径中目标障碍物时，图17的流程图示出的特性可用来仅根据宽度W计算斥力Fc。
在采用图19的流程图的实施例中，在考虑来自路径中目标障碍物的风险之后，加速器踏板反作用力和制动器踏板反作用力被调节。也可以不考虑风险而执行对加速器踏板反作用力和制动器踏板反作用力的调节。
在前述的每个实施例中，使用时距THW测量车辆与路径中目标障碍物相接触的可能性。THW的使用只是个例子。另一个例子是，使用通过将距离D除以相对速度Vr得到的距碰撞的时间TTC。在该情况下，斥力Fc也以相同的方式确定。
在前述实施例中，本发明应用到驱动力和制动力都得到调节的系统。然而，本发明可应用到只有驱动力被调节的系统。
虽然已详细地说明了执行本发明的最佳方式，但是，本发明相关领域的技术人员将认识到各种可选择的设计和实施例，以实施如权利要求所定义的本发明。
工业应用性
如上所述，根据本发明用于将检测到的路径中目标障碍物发送给车辆驾驶者的方法和系统，可将检测出的路径中目标障碍物发送给车辆驾驶者而不向驾驶者提供任何无法接受的输入。因此，该系统和方法可以应用到诸如汽车等各种移动物体，期望将其在宽范围应用。

Claims (10)

1.一种车辆驾驶辅助设备，通过操作方向盘、加速器踏板和制动器踏板来实现辅助驾驶，所述车辆包括发动机和制动系统，所述车辆驾驶辅助设备包括：
雷达，该雷达检测所述车辆前方的障碍物，并且测量所述车辆与每个检测到的障碍物的距离以及每个检测到的障碍物相对于所述车辆的横向位置；
车辆速度传感器，该车辆速度传感器检测所述车辆的车速，并且提供表示检测到的车速的传感器信号；
障碍物识别装置，该障碍物识别装置从所述雷达接收每个检测到的障碍物的测量到的所述距离和所述横向位置并且从所述车辆速度传感器接收检测到的所述车速，并且该障碍物识别装置识别所述车辆到每个检测到的障碍物的距离、所述车辆到每个检测到的障碍物的横向距离以及每个检测到的障碍物的宽度，所述障碍物识别装置提供表示每个障碍物的包括识别的距离、横向距离和宽度的信息的信号；
转向角传感器，该转向角传感器检测所述方向盘的转向角，并且提供表示检测到的转向角的传感器信号；
加速器踏板行程传感器，该加速器踏板行程传感器检测所述加速器踏板的位置，并且提供表示检测到的所述加速器踏板的位置的传感器信号，从而通过所述加速器踏板表示驾驶者功率需求；
制动器踏板行程传感器，该制动器踏板行程传感器检测所述制动器踏板的位置，并且提供表示检测到的所述制动器踏板的位置的传感器信号，从而通过所述制动器踏板表示驾驶者制动需求；
主控制器，该主控制器从所述车辆速度传感器、障碍物识别装置、转向角传感器和加速器踏板行程传感器接收信号，并且提供驱动力校正量和制动力校正量；
驱动力控制器，该驱动力控制器接收表示所述驾驶者功率需求的传感器信号，并且提供被改变以实现预定的驱动力请求与驾驶者功率需求的关系特性的驱动力请求，
所述驱动力控制器接收所述驱动力校正量并且用该驱动力校正量校正所述驱动力请求，以提供经校正的驱动力请求作为目标驱动力，
所述驱动力控制器提供应用到所述发动机的发动机控制信号以实现所述目标驱动力；以及
制动力控制器，该制动力控制器接收表示所述驾驶者制动需求的传感器信号，并且提供被改变以实现预定的制动力请求与驾驶者制动需求的关系特性的制动力请求，
所述制动力控制器接收所述制动力校正量并且利用所述制动力校正量校正所述制动力请求以提供经校正的制动力请求作为目标制动力，
所述制动力控制器提供应用到所述制动系统的制动控制信号，以实现所述目标制动力；
所述主控制器被编程以执行以下任务：
基于所述检测到的车速和所述检测到的转向角确定所述车辆的行驶路径；
在确定的行驶路径中选择最接近的一个检测到的障碍物作为目标障碍物；
通过在所述车辆和所述目标障碍物之间被压缩的假想的弹性体来计算施加到所述车辆的弹力，该弹力表示为：
C＝k×(Th-D)
其中，C为所述假想的弹性体的弹力，k为所述假想的弹性体的弹簧常数，Th为所述假想的弹性体的未压缩长度，D为所述车辆与所述目标障碍物之间的距离，
基于所述目标障碍物的宽度计算表示所述目标障碍物与所述行驶路径的重叠程度的重叠率，
计算所述车辆与所述目标障碍物相接触的风险，
当所述风险大于预定值时，基于所述弹力和所述重叠率确定斥力，
基于所述斥力计算出所述驱动力校正量和所述制动力校正量。
2.根据权利要求1所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，所述主控制器在确定为所述车辆超过所述目标障碍物时来执行所述斥力的确定。
3.根据权利要求1所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，还包括加速器踏板反作用力产生装置，其中，所述主控制器基于所述斥力计算加速器踏板反作用力值，所述加速器踏板反作用力产生装置响应所述加速器踏板反作用力值来调节来自所述加速器踏板的反作用力。
4.根据权利要求1或3所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，还包括制动器踏板反作用力产生装置，其中，所述主控制器基于所述斥力计算制动器踏板反作用力值，所述制动器踏板反作用力产生装置响应所述制动器踏板反作用力值来调节来自所述制动器踏板的反作用力。
5.根据权利要求1所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，还包括转向反作用力产生装置，其中，所述主控制器通过使用转向反作用力减小量和所确定的风险之间的预定关系确定所述转向反作用力减小量与所确定的风险的关系，所述主控制器通过使用校正系数和所述重叠率之间的预定关系确定所述校正系数与所述重叠率的关系，所述主控制器通过从预定的初始的转向反作用力值中减去所确定的校正系数和所确定的转向反作用力减小量的乘积来确定转向反作用力值，其中，所述转向反作用力产生装置响应所确定的转向反作用力值来调节来自所述方向盘的转向反作用力。
6.根据权利要求1所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，所述重叠率表示为：
La＝l-Δd/W
其中，La为所述重叠率；Δd为所述目标障碍物的纵向中心线相对于所述车辆的所述行驶路径的中心线的横向偏移；W为所述目标障碍物的宽度。
7.根据权利要求6所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，所述主控制器基于所述重叠率通过使用重叠率增益和所述重叠率之间的预定关系确定所述重叠率增益，所述主控制器通过将所述弹力乘以所述重叠率增益来执行所述斥力的确定。
8.根据权利要求7所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，随着所述重叠率从0向1改变，所述重叠率增益从小于1大于0的预定值逐渐增加到最大值1。
9.根据权利要求6所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，在所述目标障碍物的宽度相同的情况下，所述重叠率越大，所述目标障碍物与所述车辆的所述行驶路径的重叠程度越大。
10.根据权利要求6所述的车辆驾驶辅助设备，其特征在于，在所述目标障碍物的所述中心线相对于所述车辆的所述行驶路径的所述中心线的横向偏移相同的情况下，所述重叠率越大，所述目标障碍物的宽度越大。
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