CN103328299A - 自适应巡航控制 - Google Patents

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Abstract

用于机动车辆（1）的自适应巡航控制系统包括前视物体检测装置，其被安排成同时检测在经装备的车辆（1）的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体（3、4、5）。该装置被进一步安排成连续监视所述目标物体（3、4、5）中的每一个的速度和距所述目标物体（3、4、5）中的每一个的距离，处理装置，其被安排成对来自所述检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的信息，其中，该处理装置进一步被安排成基于距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的信息，重复生成速度控制信号，以及装置，其用来响应于来自处理装置的控制信号对经装备的车辆（1）的速度进行控制。处理装置被进一步安排成计算从经装备的车辆（1）到虚拟目标车辆（6）的时间上的距离，距所述虚拟目标车辆（6）的距离和所述虚拟目标车辆（6）的速度基于所述组中的车辆数、该组的距离上的散布、以及因此所述组的车辆密度、以及该组中的位置的变化性来计算，使得处理装置的算法从上面的参数决定允许的时间距离的偏差，其中，处理装置被安排成产生到用于控制经装备的车辆（1）的速度的装置的信号，其基于在经装备的车辆（1）和所述虚拟车辆（6）之间的计算的时间上的距离。

Description

自适应巡航控制
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的自适应巡航控制系统，其包括被安排成同时检测在经装备的车辆的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体的前视物体检测装置。该装置被进一步安排成连续监视所述目标物体中的每一个的速度和距所述目标物体中的每一个的距离。
它进一步包括处理装置，其被安排成对来自所述检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，其中，该处理装置进一步被安排成基于距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，重复生成速度控制信号。还包括的是，用来响应于来自处理装置的控制信号对经装备的车辆的速度进行控制的装置。
本发明还涉及用于对装备有上述系统的车辆的速度进行调整的方法。
背景技术
目前存在数个自适应巡航控制系统或自主巡航控制系统，其可用于舒适地控制车辆以与领先车辆保持时间上的距离（时间间隔）。这些系统一般使用雷达或激光设置，其允许车辆在接近另一个车辆时减速，并且当交通允许时再次加速到预设速率。ACC技术被广泛认为是智能汽车的任何未来时代的关键组分。基于激光的系统在成本上比基于雷达的系统显著更低；然而，基于激光的ACC系统在恶劣天气条件下不能很好地检测并跟踪车辆，它们也不能非常好地跟踪极脏的（不反光的）车辆。基于激光的传感器必须被暴露，传感器（相当大的黑盒子）通常地在偏离到车辆的一侧的较低格栅中被找到。
可以将基于雷达的传感器隐藏在塑料饰板后面，然而，饰板在没有该特征的情况下，可能看起来不同于车辆。例如，某些汽车生产商将雷达封装在中间的较高格栅后面；然而，针对这样的应用的格栅包含在雷达前面的固体塑料板，其带有着色的板条以模拟在格栅的其余部分上的板条。
单雷达系统是最常见的。包括多个传感器的系统使用两个相似的硬件传感器、或与被放置在车辆的角落的两个短程雷达传感器相耦合的一个中央远程雷达。当然，存在市场上可用的所有类型的组合。
从燃料消耗角度，如果领先车辆制动，并且加速超过对偏离期望的“时间间隔”的容忍度，则性能可能变坏，因为经装备的车辆然后也将制动并加速。来自这个的体验是对来自这样的系统的燃料消耗的负面影响。
为了解决上述问题，可以同时监视数个车辆，因为如果同时跟踪数个车辆，则可以改进巡航控制，如果经装备的车辆可能在较短时间内必须再次加速/制动来补偿第一动作，则其允许经装备的车辆避免制动/加速。
WO2007/069997公开了自适应巡航控制系统，其中，对一个或数个车辆进行监视，以建立距离值和速率目标值。该系统比较从对单个车辆的检测所生成的各个控制命令，并且选择给予最慢速度的命令。
在US5,629,851中，描述了自适应巡航控制系统，其中，传感器感测距在经装备的车辆前面的数个车辆的距离。每一个检测到的车辆被选为目标，并且选择最适当的目标，其通常是直接在经装备的车辆的路径中的最接近的目标。
进一步，US6,816,084公开了用于监视数个车辆的自适应巡航控制系统，其中，周围环境被分成至少一个近区和至少一个远区。关于近区和远区确定每一个被监视的车辆的位置，例如车道、速率和距离。然后基于该位置来调整经装备的车辆的速率。该系统包括至少两个前视传感器用于不同的区。
发明内容
本发明的目的是提供自适应巡航控制系统，其目标是，通过考虑领先和相邻车辆组而不是仅仅一个，来减小领先车辆行为的负面影响。进一步目的是提供用于考虑领先和相邻车辆组而不是仅仅一个，来调整车辆的速度的方法。
这些目的通过在所附权利要求中阐述的系统和方法来实现。
根据本发明的用于机动车的自适应巡航控制系统包括前视物体检测装置，其被安排成同时检测在经装备的车辆的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体。该装置被进一步安排成连续监视所述目标物体中的每一个的速度和距所述目标物体中的每一个的距离。该系统还包括处理装置，其被安排成对来自所述检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，其中，该处理装置进一步被安排成基于距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，重复生成速度控制信号。在该自适应巡航控制系统中，还包括用来响应于来自处理装置的控制信号对经装备的车辆的速度进行控制的装置。
处理装置被进一步安排成计算从经装备的车辆到虚拟目标车辆的时间上的距离，距所述虚拟目标车辆的距离和所述虚拟目标车辆的速度基于所述组中的车辆数、该组的距离上的散布、以及因此所述组的车辆密度、以及该组中的位置的变化性来计算。处理装置的算法根据上面的参数决定允许的时间距离的偏差，其中，处理装置被安排成产生到用于控制经装备的车辆的速度的装置的信号，其基于在经装备的车辆和所述虚拟车辆之间的计算的时间上的距离。
优选地，对角度以及侧向距离进行监视。被监视的车辆可以在系统或方法中被认为是速度向量。
本发明的想法是，同时跟踪数个车辆，并且使用它们全部以供自适应巡航控制目的，而不是仅仅选择它们中的一个。目标组更可能表现得比单个单独的车辆“更平滑”，以及该方法/系统试图评估该平滑性。当控制经装备的车辆时，预测并考虑动作，所述动作如果未知，则将促使经装备的车辆执行很快必须得校正的动作。组中的单个车辆的运动被认为是高度相关的。并且，组中的所有车辆不必被认为同等“重要”，而是优选地基于例如距离和速率被赋予权重。
优选地，处理装置所产生的到用于控制速度的装置的信号表示期望速度的值。
在本发明的优选实施例中，处理装置被配置成为在检测到的组内的所有目标物体计算协方差，该协方差在用于预测虚拟目标车辆的行为的算法中被使用。
在本发明的另一个优选实施例中，得到了具有环保驾驶特性的虚拟目标车辆。
在本发明的又另一个实施例中，物体检测装置包括用于为检测到的目标物体中的每一个建立距离值和速度值的雷达单元或LIDAR单元或相机单元。LIDAR（光探测和测距）是测量散射光的特性以找到遥远目标的距离和/或其他信息的光学遥感技术。用来确定距物体或表面的距离的普遍方法是使用激光脉冲。如同使用无线电波的相似雷达技术，到物体的距离通过测量在脉冲的传输和反射信号的检测之间的时间延迟来确定。术语“激光雷达”同样在使用，即使LIDAR不利用微波或无线电波，其是对雷达的定义。
优选地，提供了传感器来测量道路表面的状况。如果例如道路结冰，则用于速度的控制信号应当还基于关于在车轮和道路之间的减小的摩擦的风险分析，而不是仅仅在经装备的车辆前面的车辆的速度。
同样优选的是自适应巡航控制系统，其中，用来响应于来自处理装置的控制信号对经装备的车辆的速度进行控制的装置包括发动机控制装置和制动控制装置。
优选地，自适应巡航控制系统进一步包括预防碰撞系统或与预防碰撞系统相组合。如果存在较高碰撞风险，则这样的系统警告驾驶员和/或提供制动支持。同样，在某些车辆中，优选的是，还有车道维持系统，其在巡航控制系统被激活时，提供动力转向辅助以减少在角落处的转向输入负担。
在进一步实施例中，自适应巡航控制系统通过GPS进行辅助。GPS导航系统向自适应巡航控制系统提供指导输入。例如，在高速公路上，正好在前面的车辆在减速，但是转向信号打开，并且其实际上朝高速路出口匝道进发。通常，自适应巡航控制系统将感测到前面的汽车在减速，并且其将仅仅相应地施加制动以使经装备的车辆减速。但是，GPS指导的自适应巡航控制系统考虑接近的高速路出口，并且其同时接收来自相机的图像。相机可以检测到来自前面汽车的转向信号。因此替代制动，这个新的系统继续不受打断，因为其知道前面的汽车将离开该车道。对于导航系统，可能的是，使用各种类型的地图数据库。同样，本发明并不限于GPS系统，也可以使用其他系统。例如，俄国全球导航卫星系统（GLONASS）、中国北斗导航系统或欧盟的伽利略定位系统。
根据本发明的用于控制装备有自适应巡航控制系统的机动车的速度的方法的第一实施例，其包括用前视物体检测装置同时检测在经装备的车辆的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体。进一步，连续监视所述目标物体中的每一个的速度和距所述目标物体中的每一个的距离，用处理装置对来自检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，使用该处理装置来基于距在经装备的车辆前面行进的车辆的距离和在经装备的车辆前面行进的车辆的相对速率的信息，重复生成速度控制信号，以及响应于来自处理装置的控制信号对经装备的车辆的速度进行控制。
该方法进一步包括计算从经装备的车辆到虚拟目标车辆的时间上的距离，距所述虚拟目标车辆的距离和所述虚拟目标车辆的速度基于所述组中的车辆数、该组的距离上的散布、以及因此所述组的车辆密度、以及该组中的位置的变化性来计算，用处理装置的算法根据上面的参数决定允许的时间距离的偏差，以及最后用处理装置产生到用于控制经装备的车辆的速度的装置的信号，其基于在经装备的车辆和所述虚拟车辆之间的计算的时间上的距离。
附图说明
在下面参考附图更详细地说明了根据本发明的系统和方法。
图1示出可以使用本发明的系统和方法的情形的示例。
图2示出可以如何将传感器安装在车辆上。
具体实施方式
将参考附图说明根据本发明的系统和方法。对示例进行了选择，以便于阅读和理解根据本发明的系统和方法。
图1是装备有自适应巡航控制系统的车辆1正在具有在同一方向用于交通的两个车道的道路2上行进的示例情形的概览。同样在附图中示出的是，三个其他车辆，第一车辆3、第二车辆4和第三车辆5。部分重叠并且只稍微向第三车辆5的左和前面的是虚拟目标车辆6。三个车辆3、4、5在自适应巡航控制算法中作为一组来对待。在现有技术的算法中，选择领先车辆，一般最接近的一个，即图1中的第三车辆5，而不管是在经装备的车辆前面的一组车辆被监视还是仅仅最接近的一个。
本发明的想法是，同时跟踪数个车辆，并且使用它们全部以供自适应巡航控制目的，而不是仅仅选择它们中的一个。一组目标更可能表现得比单个单独成员“更平滑”，并且其动作还可能高度相关。如果例如图1中的第二车辆4制动，则我们可以预期第三车辆5也将制动。如果相反是有效的，即，第二车辆4加速，则我们可以通过估计该驾驶员如何调整以适应其领先车辆，即第二车辆，来忽略通过第三车辆5的非环保驾驶动作。
进一步示例：第二车辆4制动，第三车辆5制动，以及第二车辆4此后加速。传统的自适应巡航控制系统将调整以适应第三车辆5的速率并且制动。本发明的系统使用整个组，在这种情况下，第二4和第三车辆5作为一个目标车辆。因此，经装备的车辆1同样可以制动，但是最大可能不到与第三车辆5相同的程度，因为预期其很快会加速。
同样地，经装备的车辆1的系统现在可以预先动作，而不是等待第三车辆5制动。因此，如果在第二4和第三车辆5之间预期有较高相关性，则可能的是，避免或至少减轻自适应巡航控制系统主体，即经装备的车辆1的制动动作，因为预期第二车辆4将再次加速。在一个实施例中，本发明的系统考虑与在不同车道中的交通密度和速率的相关性。
主要在将两个或多个车辆的信息用作为本发明的算法中的输入数据时，根据本发明的系统和方法不同于现有技术的系统和方法。如果在经装备的车辆1前面仅存在一个车辆可见或如果在经装备的车辆1前面的最接近车辆没有根据通常预期的内容来动作，则在以其最基本形式的本发明的系统或本发明的方法与现有技术之间不存在差异。因此，在一些极端情况下，如果系统没有辨识出特定情形，则使该自适应巡航控制系统恢复到现有技术的系统模式可能是更好的替选。然而，在与导航系统进行组合的实施例中，也许在经装备的车辆前面最接近的车辆由于来自道路的出口即将来临，所以正在减小其速率，这可以解释无关行为。因此，装备有根据本发明的系统的车辆可以不仅考虑离开道路的车辆，而且考虑在很快离开道路的车辆前面的其他车辆，来调整其速度。
根据本发明的一个实施例，系统基于车辆数、组的散布或长度、在组中的位置的可变性以及用于预测目的的组模型调整来对组特性进行估计。根据这些参数，自适应巡航控制算法决定允许的时间间隔偏差。
在另一个实施例中，使用自适应模型来为组中的所有车辆描述协方差。假设预测控制算法，使用所有车辆的移动来预测虚拟车辆6的位置和动作。还可能的是，在这种情况下，一般地模型化驾驶员交互以理解并预测虚拟车辆行为。在替选实施例中，虚拟车辆可以是在经装备的车辆前面最接近的车辆。
还在另一个实施例中并且如图1中所示，由自适应巡航控制系统创建了具有类似于组的动态行为的虚拟目标车辆6。如果得到具有环保驾驶特性的该虚拟车辆6，则经装备的车辆1也将一样（具有环保驾驶特性）。稍微在第三车辆5左边的虚拟车辆6的位置示出在这种情况下，系统也考虑第一车辆3。
从图2中，可以看见的是，卡车平台对本发明的方法尤其有益，因为传感器可以被安装成比仅仅正好在经装备的车辆1前面的车辆看见更多。同样所图示的是，由于雷达波束的多径行为，雷达通常可以看见似乎被遮挡的车辆。进一步，在卡车上，还可能的是，因为将相机安装得相对较高是可能的，所以使用相机来监视数个车辆。
又另一个选择是，不仅监视在经装备的车辆前面的车辆，而且监视从侧面即将来临的车辆。有时，行进更快的其他车辆将赶超经装备的车辆，并且可能正好插入在经装备的车辆前面。除非超车车辆减速，否则经装备的车辆可以保持其速度。如果不只在前面的车辆被监视，则对系统来说，处理这种类型的情形更容易。
前述是实践本发明的示例的公开。然而，明显的是，包含修改和变化的方法将对本领域技术人员显而易见的。由于前面公开意在使本领域技术人员能够实践本发明，因而，其不应当被解释成限制，而应当被解释成包括落在所附权利要求的范围内的这样的修改和变化。例如，在一些实施例中，车辆6实际上可以被选择成为“真实”车辆中的一个。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆（1）的自适应巡航控制系统，包括：
-前视物体检测装置，所述前视物体检测装置被安排成同时检测在经装备的车辆（1）的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体（3、4、5），所述装置被进一步安排成连续监视所述目标物体（3、4、5）中的每一个的速度和距所述目标物体（3、4、5）中的每一个的距离；
-处理装置，所述处理装置被安排成对来自所述检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的信息，其中，所述处理装置进一步被安排成基于距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的所述信息，重复生成速度控制信号；以及
-装置，所述装置用来响应于来自所述处理装置的所述控制信号对经装备的车辆（1）的速度进行控制，
其特征在于：
所述处理装置被进一步安排成计算从经装备的车辆（1）到虚拟目标车辆（6）的时间上的距离，距所述虚拟目标车辆（6）的距离和所述虚拟目标车辆（6）的速度基于所述组中的车辆数、所述组的距离上的散布、以及因此所述组的车辆密度、以及所述组中的位置的变化性来计算，使得所述处理装置的算法根据上面的参数决定允许的时间距离的偏差，其中，所述处理装置被安排成产生到用于控制经装备的车辆（1）的速度的所述装置的信号，所述信号基于在经装备的车辆（1）和所述虚拟车辆（6）之间的计算的时间上的距离。
2.根据权利要求1所述的自适应巡航控制系统，其中，由所述处理装置产生的到用于控制所述速度的所述装置的所述信号表示期望速度的值。
3.根据权利要求1或2所述的自适应巡航控制系统，其中，所述处理装置被配置成针对在所检测到的组内的所有目标物体（3、4、5）计算协方差，所述协方差在用于预测所述虚拟目标车辆（6）的行为的算法中被使用。
4.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，所取得的所述虚拟目标车辆（6）具有环保驾驶特性。
5.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，所述物体检测装置包括用于为所检测到的目标物体（3、4、5）中的每一个建立距离值和速度值的雷达单元或LIDAR单元或相机单元。
6.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，提供传感器来测量道路（2）表面的状况。
7.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，用来响应于来自所述处理装置的所述控制信号对经装备的车辆（1）的速度进行控制的所述装置包括发动机控制装置和制动控制装置。
8.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，所述系统与预防碰撞系统相组合。
9.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，所述系统与导航系统相组合。
10.根据前面权利要求中的任何一个所述的自适应巡航控制系统，其中，所述系统进一步包括用于监视在经装备的车辆侧面的车辆的装置。
11.一种用于控制装备有自适应巡航控制系统的机动车辆（1）的速度的方法，包括：
-用前视物体检测装置同时检测在经装备的车辆的预测路径和相邻路径中移动的数个目标物体（3、4、5）；
-连续监视所述目标物体（3、4、5）中的每一个的速度和距所述目标物体（3、4、5）中的每一个的距离；
-用处理装置对来自所述检测装置的信号进行处理，以提供距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的信息；
-使用所述处理装置来基于距在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的距离和在经装备的车辆（1）前面行进的车辆（3、4、5）的相对速率的所述信息，重复生成速度控制信号；
-响应于来自所述处理装置的所述控制信号对经装备的车辆（1）的速度进行控制；
其特征在于：
所述方法进一步包括：
-计算从经装备的车辆（1）到虚拟目标车辆（6）的时间上的距离，距所述虚拟目标车辆（6）的距离和所述虚拟目标车辆（6）的速度基于所述组中的车辆数、所述组的距离上的散布、以及因此所述组的车辆密度、以及所述组中的位置的变化性来计算；
-用所述处理装置的算法根据上面所述的参数决定允许的时间距离的偏差；以及
-用所述处理装置产生到用于控制经装备的车辆（1）的速度的所述装置的信号，所述信号基于在经装备的车辆（1）和所述虚拟车辆（6）之间的计算的时间上的距离。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：使用所述处理装置来为在所检测到的组内的所有目标物体（3、4、5）计算协方差，所述协方差在用于预测所述虚拟目标车辆（6）的行为的算法中被使用。
13.根据权利要求11和12中的任何一个所述的方法，包括使用雷达单元或LIDAR单元或相机单元来为所检测到的目标物体（3、4、5）中的每一个建立距离值和速度值。
14.根据权利要求11至13中的任何一个所述的方法，包括使用传感器装置来测量道路（2）表面的状况。
15.根据权利要求11至14中的任何一个所述的方法，包括使用来自导航系统的信息来预测目标车辆的速度。
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