CN106103228A - 一种车辆控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆控制系统，包括：非惯性传感器装置，其被设置用来检测一参数，所述参数表征车辆驾驶员所需的车辆的转弯半径；速度检测装置，其能操作用来检测车辆的前进速度；摩擦预估装置，其被设置用来提供对车辆的至少一个轮胎与车辆所驾驶的表面之间的摩擦系数的预估值；以及处理器，其被连接用来接收来自所述非惯性传感器装置、所述速度检测装置和所述摩擦预估装置的信号，其中所述处理器被设置用来：从接受自所述非惯性传感器装置的信号确定所需的转弯半径，并为所述所需的转弯半径生成一个值；基于所述所需的转弯半径和对所述摩擦系数的预估值，为所述车辆计算最大安全速度，所述最大安全速度表示车辆在具有所述所需的转弯半径时能够安全过弯的前进速度；以及如果检测到的车辆的前进速度超过所述最大安全速度，则生成减速信号，用来命令所述车辆减速。

Description

一种车辆控制系统
技术领域
本发明涉及一种车辆控制系统，并且特别地涉及一种用于在车辆转弯时控制车辆速度的系统。
背景技术
对于任何特定的车辆和路况来说，存在能让车辆安全通过给定弯道的最大速度。超过此最大速度，则不可能让车辆遵循此弯道的轨迹——所述车辆可能经历转向不足，或者失去牵引力而导致转向过度。极端情况下车辆甚至可能翻车。
已知的是现代车辆包含处理器，所述处理器计算车辆在沿着给定的弯道行进时的最大速度，并且当确定车速超过此最大速度时会降低车速。
发明内容
本发明的一个目的是寻求提供此类系统的改进系统。
相应地，本发明一方面提供一种车辆控制系统，其包括：非惯性传感器装置，其被设置用来检测一参数，所述参数表征车辆驾驶员所需的车辆的转弯半径；速度检测装置，其能操作用来检测车辆的前进速度；摩擦预估装置，其被设置用来提供对车辆的至少一个轮胎与车辆所驾驶的表面之间的摩擦系数的预估值；以及处理器，其被连接用来接收来自所述非惯性传感器装置、所述速度检测装置和所述摩擦预估装置的信号，其中所述处理器被设置用来：从接受自所述非惯性传感器装置的信号确定所需的转弯半径，并为所述所需的转弯半径生成一个值；基于所述所需的转弯半径和对所述摩擦系数的预估值，为所述车辆计算最大安全速度，所述最大安全速度表示车辆在具有所述所需的转弯半径时能够安全过弯的前进速度；以及如果检测到的车辆的前进速度超过所述最大安全速度，则生成减速信号，用来命令所述车辆减速。
有利地，减速信号命令车辆的速度降低到所计算的最大安全速度。
优选地，减速信号包括制动信号，命令使用车辆的制动器来降低车速。
便利地，减速信号包括发动机控制信号，命令车辆的发动机降低发动机扭矩。
有利地，对车辆的最大安全速度的计算不考虑车辆的所需转弯速率或偏航角速度。
优选地，最大安全速度经计算为与所需的转弯半径的平方根基本上成正比例。
便利地，最大安全速度利用此公式计算：
V m a x = μ · g · r T
其中μ为摩擦系数的预估值，g为重力加速度以及rT为所需转弯半径。
有利地，非惯性传感器装置适于检测车辆的方向盘的角度和/或位置。
优选地，非惯性传感器装置适于检测车辆驾驶员的眼睛所指的方向。
便利地，非惯性传感器装置包括定位系统。
有利地，摩擦预估系统包括存储器，所述存储器有摩擦系数的一个或多个摩擦系数值的存储值，并且通过从所述存储器中获取存储值而预估车辆的至少一个轮胎与所述车辆的驾驶表面之间的摩擦系数。
优选地，摩擦预估装置包括一个或多个传感器，并且基于所述一个或多个传感器的信号来预估车辆的至少一个轮胎与所述车辆的驾驶表面之间的摩擦系数。
便利地，车辆的制动器或发动机被设置为被所述车辆控制系统所控制。
附图说明
为了更容易地理解本发明，现在通过示例，参考附图描述其实施例，其中：
图1示出了多种方向盘转角下，与车速对应的目标偏航角速度曲线图；
图2示出了车辆轮胎与路面之间不同的摩擦系数下，与车速对应的可能的偏航角速度曲线图；
图3示出了通过拥有不同半径的弯道所需的偏航角速度的曲线图；
图4示出了代表车辆在稳定条件下转弯时的曲线图；
图5示出了代表车辆在车速过高条件下转弯时的曲线图；以及
图6为包括体现了本发明的控制系统的车辆的示意图。
具体实施方式
在传统的系统中，车辆处理器在车辆过弯时为车辆计算目标偏航角速度。正如本领域技术人员将会理解的，车辆的偏航角速度为车辆绕经过车辆的竖直轴线(即偏移轴)转动时的角速度。
已知在传统系统中，利用如下公式计算车辆的目标偏航角速度：
ω T arg e t = S W A / G L · ( V 1 + V 2 V c 2 )
在此公式中，SWA为方向盘角度，即，方向盘从其默认的“一直向前”的位置所转过的角度。G为方向盘与车轮的角度比，即，车辆通过方向盘所转过的角度与方向盘自身所转过的角度的比值。
L代表车辆轴距长度，并且V为当前车速。Vc为车辆的“特征速度”，并且为固定的、已知的车辆参数。
将理解的是，在上述公式中，SWA和V为变量，其余参数为固定值。因此，可以基于车速和由驾驶员所设定的方向盘的角度确定目标偏航角速度。
参照图1，示出了用此公式计算得到的目标偏航角速度(在图中的Y轴上)相对于车速(位于X-轴)的曲线图。四条不同的线1所示为不同的方向盘角度。
所有的目标偏航角速度均在55km/h的速度下达到最大，此速度与车辆的特征速度(Vc)对应。
当速度低于此速度时，路面上车辆的牵引力将会很好，但是由于车速低，车的前端将以一个相对较低的速率转弯。
当速度高于特征速度时，由于路面和车辆轮胎之间缺少抓地力，车辆无法快速转弯。
已经发现，当车辆处理器如上所述地计算出目标偏航角速度，并且在其高于此偏航角速度的情况下降低车速，许多驾驶员感觉减速是过度的。因此，驾驶员可能会觉得车辆处理器强加的自动减速过于保守并且有干涉性，并且可能关闭此方面的车辆控制。
在本发明的实施例中，使用了一种供选择的方法，其中基于预估的目标车辆转弯半径计算得到最大车速。这将在下文中作更详细的解释。
转到图2，在考虑到路面与车辆轮胎之间的摩擦系数条件下，示出了对应一定速度的可能的偏航角速度的曲线图。
通常，最大偏航角速度由如下公式定义：
ω m a x = μ · g V · 180 π
在此公式中，μ代表摩擦系数，并且g代表重力加速度。图中示出的四条曲线2对应四个不同的μ值，并且(正如将会预计到的)当μ越高时转弯速率会越高。
图3示出了当转弯的半径为r时过弯所需的偏航角速度，其中分开的线3代表四个r值。此所需的偏航角速度由如下公式定义：
ω Re q = V r · 180 π
正如可以预计的，对于越紧凑的转弯(即具有更小的半径的转弯)所需的偏航角速度越高。
转到图4，曲线图所示代表车辆在稳定条件下转弯时的情况。车速为60km/h，并且方向盘设定为与默认的“一直向前”位置呈120°。
利用上文所列公式，计算出车辆的目标偏航角速度4为19.1°/s。图4中还出现了代表了对于所选方向盘角度的目标偏航角速度的曲线5(与图1的曲线图示出的曲线5类似)，并且在该曲线图中，此曲线与目标偏航角速度4和车速在同一点6相交。
线7同样也在图4中示出，所述线7表示对于50米的转弯半径所需的转弯速率(与图3的曲线图中示出的线类似)，50米是在此例中车辆过弯的半径。此线7同样与目标偏航角速度4和车速在该曲线图中同样的点6相交。
如上文所述，此曲线图代表一种稳定状态，其中驾驶员设定方向盘的角度并且以不会导致任何突然的风险的速度过弯。在此曲线图表示的情况中，车辆处理器不会采取行动以降低车速。
转到图5，进一步示出了代表一种情况的曲线图，在所述情况中车辆以80km/h的起始速度行进，并且驾驶员设定方向盘与默认“一直向前”位置呈180°。曲线14代表了针对此方向盘角度的目标偏航角速度。
首先，在上文所述的传统系统下，车辆处理器确定驾驶员设定的目标偏航角速度9为26.1°/s(利用上文公式计算得到)。
如图2所述，图5中图表包括曲线8，示出了由车辆轮胎与路面之间的摩擦系数所支持的最大偏航角速度。可以看到，计算得到的目标偏航角速度9与曲线8相交于点10，对应于速度48km/h。因此，基于这种传统分析进行工作的系统将把车速降低到48km/h。此外，以此速度下，保持方向盘角度为180°，如线13在该曲线图中所预测的，车辆将描绘出半径为30米的转弯。
但是在本发明的优选实施例中，其将确定驾驶员已设定了50米的目标转弯半径。图5示出的线11代表了通过具有此半径的弯道所需的转弯速率，并且此线11与图3中的曲线类似。可以看到，此线11与曲线8的相交处示出了可以由车辆轮胎与路面间的摩擦系数所支持的转弯速率，此相交发生在点12处，对应速度为62km/h。因此，根据此实施例的系统可以用来降低车速到62km/h以过此弯道。此外，当以62km/h过此弯道时，车辆将以19.56°/s的偏航角速度转弯。
因而可以看出，对于此给定的一组情况，相比基于目标偏航角速度的传统的分析方法，基于目标转弯半径而分析情况带来了更高的确定的最大安全速度(并且因此带来了车速的更少的降低)。因此，车辆的驾驶员更可能发现体现本发明的系统会较少涉及干扰，并且驾驶员不太可能停用这方面的车辆控制。
另外，应当理解的是，如果车速降低得比必须降低的更多，车辆将失去更多的前进的动力并且车辆可能会消耗更多的燃料。
图6为具有体现本发明的控制系统的车辆的示意图。
此车辆包括非惯性传感器装置16，其被设置用来检测一参数，所述参数表征车辆所需转弯半径。在上文所述实施例中，此传感器装置16检测车辆方向盘所设定的角度。可替代地，或另外地，可以使用一种视觉系统，其(可由技术熟练的读者理解)确定驾驶员的眼睛所指的方向。进一步地，可替代地，或另外地，可以使用一种定位系统例如GPS系统。
此车辆还包括速度检测装置17，其通过收集到的信息或者由一个或多个车辆传感器所作的检测值，可用于检测车辆的前进速度。优选使用定位系统例如GPS系统达到此目的，而也可以使用来自车轮旋转传感器的信息。
此车辆包括处理器18，其与控制系统的各种元件相连。应当理解的是，此处理器18可以仅包括一个处理单元，或者可以包括多个分布式处理单元，正如本领域所熟知。
此处理器可操作为，提供对车辆的至少一个轮胎与车辆所行驶的表面之间的摩擦系数的预估。在一些实施例中，还包括存储器19，摩擦系数μ存储在存储器19中，并且出于计算的目的来获取μ。此存储器可以储存一些值，例如，对应于干燥道路状况，潮湿道路状况，结冰道路状况，雪路状况，越野状况的值，以及对应于新轮胎或磨损轮胎的值。各种车辆传感器和/或来自外部资源(例如天气数据资源)的车辆数据输入可以允许处理器18在任何时间确定什么摩擦系数的值最适于使用。
可替代地，此处理器18可以直接通过从各种车辆传感器收到的信息计算车辆轮胎与路面之间的摩擦系数。例如，正如可以由本领域技术人员理解的，从一个或多个车载照相机、车轮旋转传感器、定位系统等等收集信息。
基于明显的车辆15的所需转弯半径rT、车速和摩擦系数预估值，处理器18可操作为确定车辆15的最大安全速度。在优选的实施例中，此安全速度使用公式计算。如果车辆15的速度在此最大安全速度之上，此处理器生成18减速信号，以降低车速到所确定的最大安全值。
在一些实施例中，减速信号包括(或包含)制动信号，所述制动信号命令车辆15的制动器20用来降低车速。
在可替换的实施例中，减速信号可以是发动机控制信号，其命令发动机21降低发动机扭矩，因此降低车速。
在进一步的实施例中，此减速信号可以命令车辆应用制动器并且命令降低发动机扭矩。在一些实施例中，如果检测到的车速超过确定的最大安全速度一定的数量(例如，20km/h或30km/h)时，由于此车速需要快速降低，减速信号可以启动车辆制动器并且降低发动机扭矩。在检测到的车速超过确定的最大安全速度比所述数量少的情况下，减速信号可以启动车辆制动器或者降低发动机扭矩，但不是既启动车辆制动器又降低发动机扭矩。在进一步的实施例中，此减速信号可以不管所检测到的车速和已确定的最大安全速度之间的区别而命令应用车辆制动器并且降低发动机扭矩。
可以理解的是，本发明实施例所提供的车辆控制系统能帮助保持车辆和其乘员的安全，而同时不会超过必要地去干扰驾驶员对车辆的控制。
当在此说明书和权利要求书中使用术语“包括”和“包含”以及其变形形式时，意味着其包括具体特征、步骤或者整体。此术语不能理解为其排除其他特征、步骤或者元件的存在。
上文或者以下权利要求或者附图所公开的、以它们的特定形式或就用于执行所公开功能的装置而言所表达的，或者就用于达到所公开的结果的方法或过程而言所表达的特征，可以适当地，分开地或以这些特征的任意组合来以不同的形式实现本发明。

Claims (14)

1.一种车辆控制系统，包括：
非惯性传感器装置，其被设置用来检测一参数，所述参数表征车辆驾驶员所需的车辆的转弯半径；
速度检测装置，其能操作用来检测车辆的前进速度；
摩擦预估装置，其被设置用来提供对车辆的至少一个轮胎与车辆所驾驶的表面之间的摩擦系数的预估值；以及
处理器，其被连接用来接收来自所述非惯性传感器装置、所述速度检测装置和所述摩擦预估装置的信号，其中所述处理器被设置用来：
从接受自所述非惯性传感器装置的信号确定所需的转弯半径，并为所述所需的转弯半径生成一个值；
基于所述所需的转弯半径和对所述摩擦系数的预估值，为所述车辆计算最大安全速度，所述最大安全速度表示车辆在具有所述所需的转弯半径时能够安全过弯的前进速度；以及
如果检测到的车辆的前进速度超过所述最大安全速度，则生成减速信号，用来命令所述车辆减速。
2.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其特征在于，所述减速信号命令车辆的速度降到所计算的最大安全速度。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制系统，其特征在于，所述减速信号包括制动信号，命令使用车辆的制动器来降低车速。
4.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述减速信号包括发动机控制信号，命令车辆的发动机降低发动机扭矩。
5.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，对车辆的所述最大安全速度的计算不考虑车辆的所需转弯速率或偏航角速度。
6.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述最大安全速度经计算与所述所需的转弯半径的平方根基本上成比例。
7.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述最大安全速度利用此公式计算：
V m a x = μ · g · r T
其中μ为摩擦系数的所述预估值，g为重力加速度，以及rT为所述所需转弯半径。
8.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述非惯性传感器装置适于检测车辆的方向盘的角度和/或位置。
9.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述非惯性传感器装置适于检测车辆驾驶员的眼睛所指的方向。
10.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述非惯性传感器装置包括定位系统。
11.根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述摩擦预估装置包括存储器，所述存储器有摩擦系数的一个或多个存储值，并且通过从所述存储器中获取存储值而预估所述车辆的至少一个轮胎与所述车辆所驾驶的表面之间的摩擦系数。
12.根据权利要求1至10中任一项权利要求所述的车辆控制系统，其特征在于，所述摩擦预估装置包括一个或多个传感器，并且基于来自所述一个或多个传感器的信号来预估所述车辆的至少一个轮胎与所述车辆所驾驶的表面之间的摩擦系数。
13.包括根据前述任一权利要求所述的车辆控制系统的车辆。
14.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述车辆的制动器或发动机被设置为被所述车辆控制系统所控制。
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