CN104908727B - 在自主制动过程中控制车辆路径的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在自主制动过程中控制车辆路径的方法。提供了用于控制车辆的行进路径的方法、系统。方法包括步骤：通过计算设备检测车辆的制动；基于车辆的当前状态计算用于车辆的摩擦椭圆；检测车辆的预期行进路径；在制动过程中检测机动车辆的实际行进路径；以及当检测到制动时确定是否存在实际行进路径在预期行进路径之外的路径误差。当实际行进路径在预期行进路径之外时，则方法计算用于车辆的预期的摩擦椭圆、确定补偿偏航力矩以纠正路径误差、基于预期的摩擦椭圆确定最大加速度以及基于最大加速度和补偿偏航力矩将指令传输到自主制动系统。

Description

在自主制动过程中控制车辆路径的方法
技术领域
本发明总体上涉及自动车辆控制系统。更具体地，本发明涉及在车辆的包括滑动和滑行情形的自主制动过程中保持车辆的预期路径的转向和制动控制系统。
背景技术
需要这样的方法，即，确定车辆行进的预期路径并自动地提供转向和制动控制，从而在制动操纵过程中通过将道路路径和驾驶员的预期路径与自主制动的需要相结合来将车辆保持在预期路径上。在此公开的方法的结果使在制动操纵过程中的速率减小最大化，同时使车辆保持在期望的路径上。
电子稳定性控制（ESC）是用于被设计为尤其在驾驶员可能失去对机动车辆的控制的极限时改善机动车辆的操作的系统的通用术语。参见例如汽车工程师学会（SAE）的“Automotive Stability Enhancement Systems”文件，刊发J2564（12/2000，6/2004）。ESC经由横向加速度、旋转（偏航）和各车轮速度将驾驶员的预期转向方向和制动输入与机动车辆的响应进行比较，然后根据需要来制动各前轮或后轮和/或减小过度的发动机功率以帮助纠正转向不足或转向过度。ESC还结合全速牵引控制，全速牵引控制感测在加速度下的驱动轮滑移，并单独地制动（多个）滑移轮，和/或减小过度的发动机功率，直到从滑移情形重获控制为止。ESC不能超驰汽车的物理极限。帮助驾驶员保持控制是一种手段。ESC将防锁制动、牵引控制和偏航控制（偏航是围绕竖直轴线的旋转）进行组合。
ESC系统使用若干传感器以确定驾驶员想要机动车辆所处的状态（即，驾驶员指令）。其它传感器指示机动车辆的实际状态（即，机动车辆响应）。ESC控制算法将状态和决定两者进行比较，当需要时，调节机动车辆的动态状态。用于ESC的传感器必须时刻发送数据以尽可能快地检测可能的缺陷。它们必须抵抗可能形式的干扰（雨、道路上的坑洼等）。最重要的传感器是：1）转向轮传感器，用于通常基于各向异性磁阻（AMR）元件来确定驾驶员想要采取的转向角度；2）横向加速度传感器，用于测量机动车辆的横向加速度；3）偏航传感器，用于测量机动车辆的偏航角度（旋转），其可以由ESC与来自转向轮传感器的数据进行比较以采取调节动作；和4）用于测量车轮速度的车轮速度传感器。
ESC使用例如液压调制器来确保每个车轮接收到正确的制动力。类似的调制器与防锁制动系统（ABS）一起使用。ABS仅需要在制动过程中减小压力。在特定情况下，ESC另外需要增大制动压力。
ESC系统的核心是电子控制单元（ECU）或电子控制模块（ECM）（即，机动车辆控制器或微处理器）。各种各样的控制技术嵌入在ECU中，通常，相同的ECU同时用于各种各样的系统（ABS、牵引控制、气候控制等）。期望的机动车辆状态基于转向轮角度、其变化率和车轮速度来确定。同时，偏航传感器测量实际状态。控制器计算用于每个车轮的所需制动或加速力并引导例如液压制动调制器的阀的致动。
利用电子稳定性控制系统的机动车辆需要确定驾驶员所预期的机动车辆行为（即，预期的机动车辆路径或踪迹）的一些手段。在通用汽车（GM）的StabiliTrak™系统中，这些手段通过驾驶员指令解释器来实现，如在第5,941,919号美国专利（1999年8月24日授予）中所描述的，通过引用将其全部并入本文。
现在参照图1，示出了在第5,941,919号美国专利中所描述的示例性现有技术的控制结构。控制器10包括从各种车辆传感器14接收各种系统输入的指令解释器12。指令解释器12响应于各种系统输入和存储在控制器10的非易失性存储器中的数据结构16来产生期望的偏航率指令。数据结构16具有与线性模式的车辆操作对应的数据子集18和与非线性模式（例如，滑行或滑动）的车辆操作对应的数据子集20。
当车辆操作处于线性模式时，指令解释器12使用数据结构子集18向被设计为保持车辆的线性响应的控制块22提供指令。例如，当根据此系统的控制用于控制车轮制动器以影响车辆偏航控制时，由块12提供的指令在车辆处于线性模式的情况下不修改车轮制动操作。当控制用于控制车辆可变力悬挂系统时，提供悬挂控制来保持当前驾驶状况，并且不引起转向不足或转向过度的变化。
当车辆操作处于非线性区域时，指令解释器12使用数据结构子集20响应于车辆转向轮输入向控制块22提供指令，以线性地指令偏航率。块22使用在块12产生的指令控制由块24表示的一个或多个车辆底盘系统例如可控制的悬挂致动器和/或由块26表示的制动器，以使实际的车辆偏航与车辆转向轮角度呈线性关系。因此，即使当车辆正在处于其非线性性能区域时，该控制也相对于转向轮输入保持车辆线性的偏航响应。
另外，碰撞准备系统（CPS）在本领域中是已知的，并由下述文献例示出：第7,280,902号美国专利，其公开了机动车辆减速控制装置；第7,035,735号美国专利，其公开了用于自动地触发机动车辆的减速的方法和设备；以及第2004/0254729号美国专利申请公布，其公开了用于机动车辆的潜在碰撞严重性的预碰撞评估。
在2000年7月4日授予的第6,084,508号美国专利，通过引用将此专利的公开内容并入本文。第6,084,508号美国专利公开了在特定情况下提供自主制动的碰撞准备系统。用于车辆的紧急制动的方法和布置包括：车辆上的检测系统，其检测在车辆的运动方向上或附近的障碍并产生相应的数据；车辆上的传感器，其产生表示车辆状况的特性参数的数据；以及评估单元，其根据关于障碍的数据和车辆状况的参数来确定用于控制车辆的运动的目标值，并且仅基于确定出车辆与障碍的即将发生的碰撞通过经由转向或制动而对车辆的任何动作不再可避免，触发用于使车辆快速减速的自主紧急制动。
如在专利8,126,626中所描述的，在由碰撞准备系统（CPS）的致动引起的自主制动事件过程中，监测驾驶员预期的行进路径和实际机动车辆行进路径。在车辆背离驾驶员预期的机动车辆行进路径的情况下，减轻制动，从而力图遵循驾驶员所预期的机动车辆行进路径。然而，先前的设计是严格地反应性的。在2012年2月28日授予了专利8,126,626，并将其全部并入本文。
来自机动车辆的各种传感器14和其它数据源的输入被提供到稳定性控制器10。稳定性控制器10包括指令解释器12。稳定性控制器10利用指令解释器12和控制指令块22以根据第5,941,919号和第8,126,626号美国专利描述的方式控制制动系统26的操作。
CPS制动调节控制器224经由数据线226向其提供均可从指令解释器12获得的驾驶员制动请求、偏航率和/或提供实际机动车辆行进路径信息的其它数据以及转向轮位置和/或提供驾驶员预期的机动车辆行进路径信息的其它数据（但是这种布置是示例性的，并非意图是限制性的），CPS制动调节控制器224经由数据线228还可获得指示自主制动状态和CPS的制动请求的CPS 210的激励状态。在驾驶员预期的机动车辆行进路径与实际机动车辆行进路径相比之间存在检测的差异（实际上，至少预定的小的差异）的情况下，CPS制动调节控制器224经由数据线230将制动减小信号发送到制动系统26，其中，优选地，驾驶员制动请求不超过CPS制动请求。
然而，该控制动作仅寻求通过减小碰撞准备系统制动来纠正路径。通过制动系统（碰撞准备系统的目标）的速率减小的量在保持预期的路径的代价下被减小。因此，在本领域中所需要的是在自主制动事件过程中监测与驾驶员预期的机动车辆行进路径相关的实际机动车辆行进路径并具有通过产生纠正的偏航力矩使二者之间的差最小化的能力的机动车辆行进路径控制。此外，根据结合附图进行的后续详细描述和所附权利要求以及前述技术领域和背景技术，本发明的其它期望的特征和特性将变得明显。
发明内容
提供了用于车辆的行进路径控制方法。所述方法包括通过处理器检测所述车辆的制动和基于所述车辆的当前状态计算用于所述车辆的摩擦椭圆的步骤。所述方法还包括：检测所述车辆的预期的行进路径；在所述制动过程中检测所述机动车辆的实际行进路径；以及当检测到所述制动时确定是否存在所述实际行进路径在所述预期的行进路径之外的路径误差。当所述实际行进路径在所述预期的行进路径之外时，计算用于所述车辆的预期的摩擦椭圆，确定补偿偏航力矩以纠正所述路径误差，并基于所述预期的摩擦椭圆确定最大加速度。然后基于所述最大可用加速度和所述补偿偏航力矩将指令传输到所述制动系统和/或转向系统。
提供了用于包括两个或更多个车轮的机动车辆的行进路径控制系统。所述系统包括用于车轮的制动系统和与所述制动系统接口的碰撞准备系统。所述碰撞准备系统被配置为：在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动。所述机动车辆还包括可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源。可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的所述至少一个数据源包含数据，所述数据包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径。在操作中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将所述期望的行进路径与所述实际行进路径进行比较。当所述实际行进路径在期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统调节控制器被配置为：计算所述车辆的预期的新的摩擦椭圆；确定补偿偏航力矩以纠正路径误差；基于所述预期的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及基于所述最大可用加速度和所述补偿偏航力矩将制动指令传输到所述制动系统。
提供了机动车辆。所述机动车辆包括至少两个车轮和可与所述车轮接合的制动系统以及与所述制动系统接口的碰撞准备系统。所述碰撞准备系统在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动。所述车辆还包括可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源。可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的所述至少一个数据源包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径。在操作中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将所述期望的行进路径与所述实际行进路径进行比较。当所述实际行进路径在所述期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统调节控制器被配置为：计算所述车辆的预期的新的摩擦椭圆；确定补偿偏航力矩以纠正路径误差；基于所述预期的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将制动指令传输到所述自主制动系统。
本发明还提供如下方案：
1、一种用于车辆的行进路径控制方法，包括步骤：
通过计算设备检测所述车辆的制动；
基于所述车辆的当前状态计算用于所述车辆的摩擦椭圆；
当检测到所述制动时确定是否存在实际车辆行进路径在预期的车辆行进路径之外的路径误差；
当所述实际车辆行进路径在所述预期的车辆行进路径之外时，计算用于所述车辆的新的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正所述路径误差；
基于预期的摩擦椭圆确定最大加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将指令传输到控制器。
2、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述制动是手动制动的开始。
3、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述制动是自主制动的开始。
4、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，确定所述最大加速度包括确定最大纵向加速度。
5、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，确定所述最大加速度包括确定最大横向加速度。
6、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述车辆的预期的行进路径是执行GPS系统的选择路线的一部分。
7、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，在所述制动过程中通过转向轮的转向角来确定。
8、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述路径误差通过所述预期的车辆行进路径和所述实际车辆行进路径之间的比较来确定。
9、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述新的摩擦椭圆根据传感器测量来确定。
10、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述新的摩擦椭圆根据预定义的缩放因子以迭代方式来确定。
11、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述控制器是转向控制器。
12、根据方案1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述控制器是制动系统控制器。
13、一种用于机动车辆的行进路径控制系统，包括：
制动系统；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统，其中，所述碰撞准备系统在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统制动调节控制器；
以及可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源，所述数据源包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径；
其中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将所述驾驶员预期的车辆行进路径与所述实际车辆行进路径进行比较，
当所述实际车辆行进路径在期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统被配置为：
计算所述车辆的预期的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正所述实际车辆行进路径；
基于所述预期的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩传输制动指令。
14、根据方案13所述的行进路径控制系统，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩，将所述制动指令传输到所述碰撞准备系统制动调节控制器。
15、根据方案13所述的行进路径控制系统，其特征在于，还包括转向控制器。
16、根据方案15所述的行进路径控制系统，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩，将所述制动指令传输到所述转向控制器。
17、一种机动车辆，包括：
至少两个车轮和与所述车轮可接合的制动系统；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统，其中，所述碰撞准备系统在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统制动调节控制器；
以及可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源，所述数据包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径；
其中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将期望的行进路径与所述实际车辆行进路径进行比较，
当所述实际车辆行进路径在期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统被配置为：
计算所述车辆的预期的新的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正路径误差；
基于所述预期的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将制动指令传输到所述制动系统。
18、根据方案17所述的行进路径控制系统，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将所述制动指令传输到所述碰撞准备系统制动调节控制器。
19、根据方案17所述的车辆，其特征在于，还包括转向控制器。
20、根据方案19所述的车辆，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将所述制动指令传输到所述转向控制器。
附图说明
在下文中将结合下面的附图描述示例性实施例，其中，相同的标号指示相同的元件，其中：
图1是现有技术的反应性行进路径控制系统的功能块图；
图2是摩擦椭圆的说明图；
图3是用于预想的行进路径控制的示例性方法的逻辑流程图。
图4是提供示出图3的示例性方法的操作的数据的数据表。
图5是根据这里的实施例构造的车辆的描绘。
图6是图3的处理块272的子系统逻辑流程图。
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制应用和用途。此外，并不意图受限于在前述技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论。
本领域技术人员将认识到，结合在此公开的实施例描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、在处理器上执行的计算机软件或二者的组合。上面按照功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤描述了一些实施例和实施方式。然而，应当明白，这些块部件（或模块）可以由任何数量的被配置为执行指定功能的硬件、在处理器上执行的软件和/或固件部件来实现。
为了清楚地示出这种可互换性，上面大体按照其功能描述各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤。这种功能被实现为硬件还是软件取决于具体应用和对整个系统施加的设计限制。对于每种特定应用，技术人员可以多种方式实现描述的功能，但是这种实现决定不应该被解释为导致脱离本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路组件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下实现各种功能。另外，本领域的技术人员将理解，在此描述的实施例仅是示例性的实施方式。
可以用被设计为执行在此描述的功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实施或执行关于在这里公开的实施例中的电子控制单元（ECU）描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合，多个微处理器，结合DSP核的一个或多个微处理器或任何其它这类配置。
措词“示例性”在此排他地用于意指“用作示例、实例或说明”。在此描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其它实施例优选或有利。
关于在此公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接具体化在硬件中、通过处理器执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储介质。示例性存储介质结合到处理器，从而处理器可以从存储介质读取信息或者向存储介质写入信息。可选地，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以驻留在ASIC。ASIC可以驻留在用户终端。可选地，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端。
在本文中，诸如第一和第二等的相关术语可以仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作进行区分，而没有必要需要或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字序数仅表示多个中的不同单个，而不暗示任何顺序或序列，除非权利要求语言中明确限定。任何权利要求中的文本序列不暗示处理步骤必须按照根据这种序列的时间或逻辑顺序执行，除非权利要求的语言特别限定。在不脱离本发明的范围的情况下，可以按照任何顺序交换处理步骤，只要这种交换与权利要求语言不矛盾且逻辑上不荒谬。
此外，根据上下文，在描述不同元件之间的关系时使用的措词诸如“连接”或“结合到”不暗示这些元件之间必须进行直接物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个另外的元件物理地、电地、逻辑地或以任何其它方式彼此连接。
图2是对于理论车辆轮胎112所存在的摩擦圆或摩擦椭圆110的简化图。摩擦椭圆是用于考虑车辆的轮胎112和路面113之间的动态相互作用的有用方式。根据以上，图2给出了轮胎112，从而路面113位于X-Y平面。轮胎所附接到的车辆（见图5）沿正的X方向移动。摩擦椭圆110在数学上被限定为：
（等式1），
其中，Fx是沿x方向的轮胎的力，
Fxmax是能够沿x方向施加的最大力，
Fy是沿y方向的轮胎的力，以及
Fymax是能够沿y方向施加的最大力。
类似地，通过析出车辆的质量，摩擦椭圆110还可以按照加速度在数学上被限定为：
（等式2）
椭圆115的尺寸（即，轮胎在克服路面的摩擦力之前能够产生的最大力）由路面的摩擦系数确定，对于给定的车辆质量，其受到包括轮胎状况、温度、路上降水量和轮胎几何形状（尺寸）的若干因素的影响。出于说明目的，摩擦椭圆115在此还被称为“高系数”摩擦椭圆。
轮胎112可以产生水平力，其中，轮胎通过滑移111的机制接触路面。在此示例中，那一点将是横坐标（Fx）和纵坐标（Fy）的原点。在该示例中，滑移111在X-Y平面上并垂直于轮胎的转动面。在图2中，车辆将转向右。因此，轮胎112的旋转平面与车辆正在行进的瞬间方向即沿X方向成角度。该角度θ是滑移角度。
滑移111的限制是基于等式1的摩擦椭圆115。轮胎112正在产生向前和向后方向的力分量（Fx）并产生横向力分量（Fy），当结合其它三个轮胎的类似力经由悬挂系统传递到车辆的底盘时，它们将导致车辆转向。
每个轮胎/路面具有其自己的摩擦系数。存在静摩擦系数和动摩擦系数。静摩擦是相对于彼此不移动的两个或更多个固体物体之间的摩擦。例如，静摩擦可以防止物体沿倾斜表面滑动。静摩擦系数还能够使轮胎沿道路转动而无滑动。通常表示为μ s 的静摩擦系数通常高于动摩擦系数。在静摩擦和动摩擦之间不存在数学关系。然而，对于大多数表面界面，动摩擦系数通常比静摩擦系数小25-40%。
在物体可以在表面上滑动之前，必须通过施加的力克服静摩擦力。在滑动开始之前两个表面之间的最大可能的摩擦力（Fmax或Amax）是静摩擦系数μ s 和轮胎112相对于路面113施加的正交力（Fn）的乘积。
（等式3）。
当没有发生滑动时，摩擦力可以具有从零到Fmax的任何值。试图使一个表面相对于另一表面滑动的小于Fmax的任何力由相等幅值和相对方向的摩擦力Ff对抗。大于Fmax的任何力克服静摩擦力并导致滑动发生。即时滑动发生，静摩擦不再适用。然后，两个表面之间的摩擦称为动摩擦，其通常比静摩擦小25-40%。
静摩擦的示例是当汽车车轮在地面上转动时防止其滑移的力。即使车轮在运动中，轮胎的与地面接触的接地面（patch）相对于地面是静止的，因此其是静摩擦而非动摩擦。
当两个物体相对于彼此移动并且一起摩擦（像地面上的雪橇）时，发生动（或动态）摩擦。动摩擦系数通常表示为μ k，并且对于相同材料来说通常小于静摩擦系数。动摩擦力由以下给出：
Fmax = μ kFn （等式4）。
现在，在许多情况下，将动摩擦理解为主要由两个表面之间的化学键合引起而非由互锁的凸凹不平引起；然而，在许多其它情况下，粗糙度影响是主要的，例如在对于道路摩擦的橡胶中。
返回参照图2，摩擦椭圆115称作高摩擦椭圆，因为其包括具有相对高的静摩擦系数的表面。如果路面的摩擦系数因遇到不同的表面（例如，冰而非车道）而改变，或者因为静摩擦系数已经被克服并且较小的动摩擦系数当前是主要的，则出于制动和转向的目的，摩擦椭圆将必要地减小为小摩擦系数椭圆117。该新的椭圆可以被认为是小摩擦椭圆。
图3是在自主制动过程中将车辆保持在限定路径上的示例性方法200的逻辑流程图。该方法是由诸如电子控制模块（ECM）、处理器或控制器210的计算设备执行的一组逻辑步骤。一般来说，在下面的方法中不超驰驾驶员对车辆的最终控制。
方法200开始于决定点208，在决定点208处，计算设备检查制动器已经被应用或自主制动系统26已经开始的指示。自主制动可以将自己体现为半自主的驾驶员辅助制动或制动器的真正自主应用。可使用自主或半自主制动的系统包括巡航控制系统、防撞系统和预期路径系统（例如，无驾驶员的车辆）。
当检测到自主制动时，在处理217处确定预期的车辆路径。如在此使用的“预期的车辆路径”是指这样的路径，即，所述路径1）适合于针对进行自主制动的车辆类型的车辆交通以及2）最可能是驾驶员所预期转向的即刻方向。这种确定可以由当前在本领域中已知的或未来可想到的一种输入或输入的组合来做出，为了清楚和简洁起见，这里将不再对其进行进一步讨论。此类输入可以包括但不限于计划路线图（GPS）、轮胎112的转向角度或转向轮23自身的角位移和道路标记的照片/视频分析。
在处理225处，假设表面是高系数表面，基于惯常的驾驶表面，计算理想的摩擦椭圆。在等同的可选实施例中，可以在数学上从加速度测量来确定摩擦系数。因为车辆的设计横向加速度和纵向能力是已知的，所以这用于计算高系数摩擦椭圆。
在处理232处，基于在上面的处理225中计算的当前或高摩擦椭圆来确定最大减速（Axmax）。
在处理240处，确定车辆的实际路径。这种确定可以由当前在本领域中已知的或未来可想到的一种输入或输入的组合来做出。此类输入可以包括但不限于航迹推算系统、惯性引导系统和GPS系统。该确定基于在本领域中已知的或未来可想到的任何方法做出。用于此种确定的输入的示例性的非限制性示例包括从测绘路线的瞬时偏离或车轮的转向角度相对于行进的实际路径的已知方向的差异。产生此类输入的系统在本领域中是众所周知的，为了清楚和简洁起见，这里将不再对其进行进一步讨论。
在决定点248处，进行比较以确定实际车辆路径是否在预期的车辆路径上和在预期的车辆路径内。在一些示例性实施例中，测量速率是每秒25次或更多。然而，根据需要，测量速率还可以更低，以适应特定的硬件和软件能力。路径比较可以通过各种方法单独地或以组合方式实现。一些示例性的非限制性方法包括在实际的和预计的全球定位系统（GPS）坐标之间的比较、车辆重心的行进方向与转向轮的角位移之间的比较和道路标线和标记的摄影/视频输入的分析。
例如，当道路测绘系统（例如，GPS）指示将行进的道路是双车道道路时，并在产生辅助制动信号之后，如果实际路径（即，至少两个地理固定点）指示车辆仍平行于道路车道行进并沿预期的方向行进，则实际车辆路径在预期的车辆路径上和在预期的车辆路径内。在这种情况下，该方法前进至处理256，在处理256处，制动以在处理232中指令的减速继续。
当车辆的实际路径朝向不同的车道或离开道路时，则车辆不在预期的路径上，在这种情况下，该方法前进至处理264。因此，只要实际车辆路径在预期的车辆路径内或在预期的车辆路径上，则方法200经由处理256循环回到决定点208。
在处理264处，基于明显的新摩擦系数，通过CPS调节控制器224计算新的摩擦椭圆。因为车辆50所行进的道路的表面113改变，例如在遇到黑冰的情况下，所以静摩擦系数μ s可能已经改变。新的摩擦椭圆可以是预想到的。
为了建立该新的摩擦椭圆，使用等式2实时地计算新的最大加速度分量（Axmax，Aymax）。为此，从在车辆已离开预期的路径之前获得的测量数据组（见例如图4）来获得车轮的沿X和Y方向的加速度分量（Ax，Ay）。所选的数据组是最可能捕获车辆已经进入状况之后的即刻时间段的组。然而，如果需要，则可以使用恰在离开之前的时间段或在两者之间进行比较之后所选的两者中之一。使用相同的车辆特定最大加速度（Axmax，Aymax），将X和Y加速度分量（Ax，Ay）应用于等式2，其中，为了简单起见，在该示例性实施例中仅假设车辆特定最大加速度（Axmax，Aymax）是常数。
例如，如果Axmax和Aymax分别为10m/s2和8m/s2，并且感测的Ax和Ay分别为7m/s2和4m/s2，则摩擦椭圆的尺寸目前为原始高系数摩擦椭圆的74%。因此。新的最大减速为初始最大减速的74%，或7.4m/s2。
在可选的实施例中，摩擦椭圆的减小可以是预想到的，因为可以预先计算制动和/或转向指令以进一步减轻路径偏离。例如，当检测到路径偏离时，该方法可以分支成读取预存储的最大加速度水平（即，74%）。预存储的水平可以是固定数，或可以取决于车辆速度。然后，可以基于新的路面的实际加速度测量或通过一些预确定的数学公式或查询表来定期地和迭代地计算新的摩擦椭圆。
基于预存储的或测量的加速度，可以通过应用下面的椭圆关系来确定新的最大加速度上限：
（等式5），
其中，AxmaxNew和AymaxNew分别是沿X和Y方向的新的加速度分量。
在处理272处，实时地计算车辆的当前实际偏航力矩。车辆偏航的计算和/或测量在本领域中是众所周知的，为了清楚和简洁起见，这里将不再对其进行进一步讨论。偏航通过等式来给出：
偏航 = V/2 * π * R （等式6），
其中，V是车辆速度，R是曲率半径（根据需要，可以是实际的和/或需要的）。然后，路径误差是预期路径的偏航和实际偏航之间的差。
路径误差 =YawDesired-Yawactual = V/2*pi*RDesired-V/2*pi*Ractual
（等式7）。
图6是示出用于确定是否存在足够的累积路径误差以产生对转向和制动系统的指令的处理272的子方法的逻辑流程图。在处理275处，将期望的偏航（YawDesired）与实际偏航（Yawactual）进行比较，并将期望的曲率半径（Rdes）与实际行进的曲率半径（Ract）进行比较。当作为期望的曲率半径的一部分的曲率半径之差大于或等于第二预定值（Q）时或者当在先前的测量循环中路径补偿是真实的并且当前累积的路径误差的绝对值大于预先限定的阈值（P）时，需要路径补偿（即，其是真实的）。
|Ract-Rdes|/Rdes （等式8）
否则，不需要路径补偿（即，其是假的）。
当不需要路径补偿时，方法200前进回到决定点208，并且Ay为V2/Rdes。当需要路径补偿时，在处理277和278处使用下面的等式来计算新的Ay和Ax：
AX=AXmax(1-(Ay/Aymax)2)0.5 （等式9），
Ay=V2/Ract+αtVK （等式10），
其中，K是可缩放因子，α是纠正通过下述等式给出的路径误差和t补偿偏航力矩所需的角加速度：
T= Iα， （等式11），
其中，I是车辆的惯性力矩，角加速度α由以下给出：
α = Z * 路径误差/循环时间 （等式12），
其中，Z是校准比例。
当路径误差为假的（即，0）时，循环时间为方法200运行的循环时间。在这方面，本领域普通技术人员将认识到，计算和传感器延迟会需要等式1-13，以进行修改以便计算。例如，需要有限的时间来基于补偿偏航力矩来确定横向加速度。延迟可以简单地模型化为直线时间延时，但是技术人员基于为实施在此公开的主题所选的处理器、传感器和其它物理硬件可以使用在本领域中公知的其它修改。
返回参照图3，在处理280处，如果在处理272处计算的偏航力矩被确定为非零和/或在预定公差之外，则确定补偿偏航力矩，并产生对于转向系统24和/或自主制动系统26的指令以抵消实际偏航。转向系统、差动制动系统和用于控制每个的指令在本领域中是众所周知的。因此，为了清楚和简洁，将不再对这些系统进行进一步描述。补偿偏航力矩被限定为：
Ayaddtnl = w V （等式13），
其中，w是单位为度/秒的偏航率，V是车辆速度，从而Ay和Ayaddtnl的总和将不超过上面确定的新的摩擦椭圆的最大加速度限度。然后，补偿偏航力矩是最终使实际路径和驾驶员预期路径之间的路径误差最小化所需的偏航量。累积的路径误差是路径误差随时间的总和或积分。
一旦确定出补偿偏航力矩，将使用车辆间数字通信的公知方法的消息发送到转向系统24和/或自主制动系统26，以产生补偿偏航力矩，从而使车辆回到其预期的路径。
图4是提供示出图3的示例性方法200的操作的数据的数据表300。栏301-310包含下面的信息：
栏 数据
301 纵向加速度(Ax)(m/sec)2
302 横向加速度(Ay)(m/sec)2
303 速度(m/sec)
304 期望的曲率半径(m)
305 观测到的曲率半径(m)
306 路径误差算法主动(1或0)
307 补偿偏航力矩(度/秒)
308 所需的偏航(度/秒)
309 实际偏航(度/秒)
310 累积的偏航误差(度)
如从图4的示出两个最初时间段的前两行可看出，车辆在曲率半径为200米的转弯上以大约30m/sec行进。在时间段3，路径误差被指示在栏306，从而车辆所实际遵循的路径的曲率是半径为230m而非预计的200的曲率。在栏310，显示出累积的偏航误差，其是分别在栏308和309中的所需偏航和实际偏航之间的累积的差。将由CPS调节控制器224提供的补偿偏航的量显示在栏307中。
应当指出，在时间段3中，当306首先检测到路径误差时，减小摩擦椭圆以反映出遇到的较小的静摩擦系数。减小的摩擦椭圆限定新的较小的最大纵向和横向加速度（AxmaxNew，AymaxNew）。迭代地计算并施加补偿偏航，直到路径误差被消除。
图5是根据这里的实施例构造的车辆50的描绘。车辆50具有包括制动器致动器204a、204b、204c、204d和制动器控制器206的制动系统202。碰撞准备系统（CPS）210与制动系统202接口。CPS 210可以例如通过第6,084,508号美国专利的公开内容来实现，并可以包括例如短程雷达212a、212b、长程雷达214和评估单元216。碰撞准备系统制动调节控制器224与制动系统202接口从而根据本发明调节制动，并且例如从CPS 210接收用于执行其功能的操作数据。
车辆50还包括传感器14，以确定可以是用于执行在此公开的或如在本文权利要求中叙述的方法所期望的或需要的转向角、转向轮23的位置、车辆地理位置（例如，GPS测绘系统）、制动力、车辆的在至少两个维度上的加速度、每个轮胎112的加速度等。这些大量传感器14的数量、性质或操作和本文未具体提及的内容在本领域中都是众所周知的，为了清楚和简洁，这里将不再对它们进行进一步描述。
尽管在上面的详细描述中提供了至少一个示例性实施例，但是应当明白的是，存在大量的变形。还应当明白的是，一个示例性实施例或多个示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。而是，上面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实施所述一个示例性实施例或多个示例性实施例的便利的路线图。应当理解的是，在不脱离如所附权利要求及其法律等同物所阐述的本发明的范围的情况下，可以在元件的功能和布置方面做出各种改变。

Claims (20)

1.一种用于车辆的行进路径控制方法，包括步骤：
通过计算设备检测所述车辆的制动；
基于所述车辆的当前状态计算用于所述车辆的摩擦椭圆；
当检测到所述制动时确定是否存在实际车辆行进路径在预期的车辆行进路径之外的路径误差；
当所述实际车辆行进路径在所述预期的车辆行进路径之外时，计算用于所述车辆的新的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正所述路径误差；
基于预期的摩擦椭圆确定最大加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将指令传输到控制器。
2.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述制动是手动制动的开始。
3.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述制动是自主制动的开始。
4.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，确定所述最大加速度包括确定最大纵向加速度。
5.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，确定所述最大加速度包括确定最大横向加速度。
6.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述车辆的预期的行进路径是执行GPS系统的选择路线的一部分。
7.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，在所述制动过程中通过转向轮的转向角来确定所述路径误差。
8.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述路径误差通过所述预期的车辆行进路径和所述实际车辆行进路径之间的比较来确定。
9.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述新的摩擦椭圆根据传感器测量来确定。
10.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述新的摩擦椭圆根据预定义的缩放因子以迭代方式来确定。
11.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述控制器是转向控制器。
12.根据权利要求1所述的行进路径控制方法，其特征在于，所述控制器是制动系统控制器。
13.一种用于机动车辆的行进路径控制系统，包括：
制动系统；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统，其中，所述碰撞准备系统在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统制动调节控制器；
以及可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源，所述数据源包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径；
其中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将所述驾驶员预期的车辆行进路径与所述实际车辆行进路径进行比较，
当所述实际车辆行进路径在期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统被配置为：
计算所述车辆的预期的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正所述实际车辆行进路径；
基于所述预期的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩传输制动指令。
14.根据权利要求13所述的行进路径控制系统，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩，将所述制动指令传输到所述碰撞准备系统制动调节控制器。
15.根据权利要求13所述的行进路径控制系统，其特征在于，还包括转向控制器。
16.根据权利要求15所述的行进路径控制系统，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩，将所述制动指令传输到所述转向控制器。
17.一种机动车辆，包括：
至少两个车轮和与所述车轮可接合的制动系统；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统，其中，所述碰撞准备系统在其激励过程中响应于所述机动车辆的预确定的行进状况选择性地执行所述机动车辆的自主制动；
与所述制动系统接口的碰撞准备系统制动调节控制器；
以及可用于所述碰撞准备系统制动调节控制器的至少一个数据源，所述数据包括车辆加速度、实际车辆行进路径和驾驶员预期的车辆行进路径；
其中，所述碰撞准备系统制动调节控制器在激励过程中将期望的行进路径与所述实际车辆行进路径进行比较，
当所述实际车辆行进路径在期望的行进路径之外时，所述碰撞准备系统被配置为：
计算所述车辆的预期的新的摩擦椭圆；
确定补偿偏航力矩以纠正路径误差；
基于所述预期的新的摩擦椭圆确定最大纵向加速度和最大横向加速度；以及
基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将制动指令传输到所述制动系统。
18.根据权利要求17所述的机动车辆，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将所述制动指令传输到所述碰撞准备系统制动调节控制器。
19.根据权利要求17所述的车辆，其特征在于，还包括转向控制器。
20.根据权利要求19所述的车辆，其特征在于，基于所述最大加速度和所述补偿偏航力矩将所述制动指令传输到所述转向控制器。
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