CN106553495A - 具有主动悬架的障碍物规避系统 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及一种具有主动悬架的障碍物规避系统。该障碍物规避系统使用一个或多个主动悬架来使一个或多个相应的车轮提升或跳跃越过车辆路径上的障碍物以当车辆不能实际驾驶越过障碍物、转向绕过障碍物、或在撞击障碍物之前停止时避免与障碍物接触。

Description

具有主动悬架的障碍物规避系统
技术领域
本发明总体上涉及一种具有主动悬架的障碍物规避系统。更具体地，本发明的障碍物规避系统使用一个或多个主动悬架来使一个或多个相应的车轮提升或跳跃越过车辆路径上的障碍物以避免与障碍物接触。
背景技术
驾驶员在驾驶他们的车辆时通常遇到道路上的障碍物，比如坑洞、岩石、落下的树枝和其它杂物。在某些情况下，驾驶员可能会发现转弯绕过车辆路径上的障碍物或在车辆撞击障碍物之前停止车辆实际是不可能的。例如，在雨夜驾驶的驾驶员可能来不及识别车辆路径上的大树枝而不能实际转弯绕过树枝或不能在与树枝碰撞之前将车辆停止在湿的道路表面上。继续需要当车辆不能实际转向绕过障碍物或不能在撞击障碍物之前停止时能够使车辆避开车辆路径上的障碍物的新的且改进的系统。
发明内容
所附权利要求限定本申请。说明书概述了实施例的方面并且不应该用来限制权利要求。根据本文所描述的技术预期其它的实施方式，如本领域的普通技术人员一经检查下面的附图和具体实施方式将是显而易见的，并且这些实施方式旨在本申请的范围内。
示例性实施例提供一种障碍物规避系统，该系统使用一个或多个主动悬架来使一个或多个相应的车轮提升或跳跃越过车辆路径上的障碍物以当车辆不能实际驾驶越过、转向绕过、或在撞击障碍物之前停止时避免与障碍物接触。
根据一个实施例，障碍物规避系统包含被配置为获取车辆外部的数据的传感器、连接到车辆的车轮的主动悬架以及控制器，该控制器被配置为使用所获取的数据以识别车辆路径上的障碍物并且，在车辆不能转向绕过障碍物或不能在撞击障碍物之前停止的情况下，控制主动悬架以使车轮提升越过障碍物。
根据另一个实施例，一种障碍物规避方法包含通过传感器获取车辆外部的数据、使用数据通过控制器识别车辆路径上的障碍物、使用数据通过控制器确定车辆是否能够驾驶绕过障碍物或在撞击障碍物之前停止、并且在车辆不能转向绕过障碍物或不能在撞击障碍物之前停止的情况下通过控制器控制主动悬架以使车辆车轮提升越过障碍物。
附图说明
为了更好地理解本发明，可以参照下面附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例并且相关元件可以被省略以强调且清楚地说明在此所描述的新颖特征。此外，可以不同地设置系统部件，如本领域中公知的。在附图中，在整个不同的附图中，相同的附图标记可以指代相同的部件，除非另有说明。
图1是包括本发明的障碍物规避系统的一个实施例的部件的框图；
图2是包括本发明的主动悬架的车辆的一个车轮的示意图；
图3A和3B包括操作本发明的障碍物规避系统的示例过程或方法的流程；
图4是接近以道路表面上的坑的形式的障碍物的车轮的侧立面示意图；
图5是接近在道路表面上方延伸的障碍物的车轮的侧立面示意图；
图6是接近道路表面上的障碍物的车辆的顶部平面示意图；
图7是接近且被提升越过以道路表面上的坑的形式的障碍物的车轮的侧立面示意图；
图8是接近且被提升越过在道路表面上方延伸的障碍物的车轮的侧立面示意图；
图9是接近且被跳跃越过道路表面上方延伸的障碍物的车轮的侧立面示意图；
图10是接近且被跳跃越过以道路表面上的坑的形式的障碍物的车轮的侧立面示意图。
具体实施方式
障碍物规避系统
尽管本发明的障碍物规避系统可以以各种形式来体现，但是附图示出了且本说明书描述了障碍物规避系统的一些示例性和非限制性实施例。本发明是障碍物规避系统的例示并且不将障碍物规避系统限制为具体示出且描述的实施例。并非所有示出的或描述的部件可以被要求，并且一些实施例可以包括附加的、不同的或更少的部件。部件的设置和类型可以改变，而不脱离本文所阐述的权利要求的精神或范围。
1.障碍物规避系统部件
本发明的障碍物规避系统使用一个或多个主动悬架来使一个或多个相应的车轮提升或跳跃越过车辆路径上的障碍物以当车辆不能实际驾驶越过、转向绕过或在撞击障碍物之前停止时避免与障碍物接触。图1示出了障碍物规避系统100的一个示例实施例。障碍物规避系统的其它实施例可以包括相比于下面描述的和图1中所示的部件不同的、更少的或附加的部件。
障碍物规避系统100包括控制器110，该控制器110包括至少一个处理器112，该至少一个处理器112与存储一组指令116的主存储器114通信。处理器112被配置为与主存储器114通信、访问该组指令116、并且执行该组指令116以使障碍物规避系统100执行本文所描述的任何方法、过程和特征。
处理器112可以是任何合适的处理装置或一组处理装置，比如，但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、或一个或多个专用集成电路(ASIC)。主存储器114可以是任何合适的存储器装置，比如，但不限于：易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)，其可以包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电性RAM和任何其它合适的形式)、非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪(FLASH)存储器、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)、不可改变的存储器(例如，EPROM)、或只读存储器。
障碍物规避系统100包括与控制器110通信的一个或多个传感器120。某些传感器120获取关于车辆周围(且特别是在车辆的前方)的环境的数据并且其他的传感器获取关于车辆本身的部件的数据。传感器120将数据传送到控制器110，用于进一步处理。传感器120可以是任何合适的传感器，比如，但不限于：红外传感器、摄像机或其他视觉传感器、超声波传感器、雷达、激光雷达、激光扫描传感器、惯性传感器(例如，合适的惯性测量单元)、车轮速度传感器、道路状况传感器(用于直接测量某些道路状况)、雨量传感器、悬架高度传感器、方向盘角度传感器、转向扭矩传感器、制动压力传感器、轮胎压力传感器、和/或全球定位系统或其他车辆位置或导航传感器。
障碍物规避系统100还包括多个主动悬架130。每个主动悬架与车辆10的不同车轮相关联。在某些实施例中，每个车轮与主动悬架相关联，而在其他实施例中，比所有的车轮更少的车轮每个与主动悬架相关联。主动悬架130与控制器110通信，以使控制器可以控制主动悬架130的(至少)致动器的操作。
图2是包括主动悬架130的车辆10的一个车轮16的示意图。该车轮16通过非簧载质量mus表示，并且轮胎偏转通过具有弹簧常数Kt的弹簧16b表示。车辆10包括车身12和将车轮16附接到车身12的控制臂14(其可以是任何合适的装置)。主动悬架130设置在车身12和控制臂14之间并且支撑车轮16上方的车身12。主动悬架130包括：(1)具有悬架弹簧常数Ka的悬架弹簧132、(2)具有悬架阻尼系数Ca的悬架减振器134和(3)致动器136。在本实施例中，致动器136是通过控制流体流Q进入致动器136和离开致动器136的可控制的液压致动器，尽管任何合适的致动器(比如基于马达的致动器)可以使用。
在本实施例中，悬架弹簧132、悬架减振器134和致动器136是并联的。在其他实施例中，悬架弹簧和悬架减振器彼此并联且致动器与悬架弹簧和悬架减振器两者串联。
如下面详细所描述的，障碍物规避系统使用主动悬架130且具体是致动器136来使车轮16提升越过车辆路径上的某些障碍物(比如小坑或低轮廓物体)或使车轮16跳跃越过车辆路径上的其他障碍物(比如大坑或高轮廓物体)，如下面详细所描述的。
2.障碍物规避系统的操作
图3A和3B包括操作本发明的障碍物规避系统以识别车辆路径上的障碍物、确定是否使车辆的车轮中的一个或多个提升或跳跃越过障碍物、并且如果是则控制车辆的主动悬架以使车辆的车轮提升或跳跃越过障碍物的示例过程或方法1200的流程。在各种实施例中，过程1200通过存储在一个或多个存储器中且通过一个或多个处理器(比如结合图1如上所述的那些)执行的一组指令来表示。尽管参照图3A和3B所示的流程描述了过程1200，但是可以采用执行与过程1200相关联的动作的许多其他过程。例如，某些所示的框的顺序可以改变、某些所示的框可以是可选的、或者某些所示的框可以不被采用。
在本实施例的操作中，障碍物规避系统从一个或多个传感器获取数据，如通过框1202所示。使用该获取的数据，障碍物规避系统确定障碍物是否处在车辆路径上，如通过框1204所示。如果在菱形框1206障碍物规避系统确定车辆路径上没有障碍物，则过程1200结束。另一方面，如果在菱形框1206障碍物规避系统确定车辆路径上有障碍物，则障碍物规避系统使用所获取的数据来确定障碍物的位置和障碍物的尺寸，如通过框1208所示。
障碍物规避系统然后确定车辆是否能够以车辆的当前速度实际驾驶越过障碍物，如通过菱形框1210所示。如果是，则过程1200结束。另一方面，如果在菱形框1210障碍物规避系统确定车辆不能以车辆的当前速度实际驾驶越过障碍物，则障碍物避免系统统确定车辆是否能够通过转向绕过障碍物来实际避开障碍物，如通过菱形框1212所示。如果是，则过程1200结束。另一方面，如果在菱形框1212障碍物规避系统确定车辆不能通过转向绕过障碍物来实际避开障碍物，则障碍物规避系统确定车辆是否能够实际在撞击障碍物之前停止，如通过菱形框1214所示。如果是，则过程1200结束。
另一方面，如果在菱形框1214障碍物规避系统确定车辆不能实际在撞击障碍物之前停止，则障碍物规避系统确定车辆的主动悬架是否能够实际使车轮提升越过障碍物，如通过菱形框1216所示。如果是，则障碍物规避系统确定提升越过障碍物的一个或多个指定车轮，如通过框1218所示。即，障碍物规避系统确定必须被提升以避免接触障碍物的车辆的特定车轮。
对于每个指定车轮，障碍物规避系统确定施加以使那个车轮提升越过障碍物的致动力(和适当的方向)，如通过框1220所示。对于每个指定车轮，障碍物规避系统还确定其中施加所确定的致动力(在适当的方向上)以使那个车轮提升越过障碍物的致动时间，如通过框1222所示。对于每个指定车轮，在用于那个车轮的所确定的致动时间，障碍物规避系统使用那个车轮的主动悬架的致动器施加所确定的致动力(在适当的方向上)以使那个车轮提升越过障碍物，如通过框1224所示。过程1200然后结束。
如果在菱形框1216障碍物规避系统相反地确定车辆的主动悬架不能实际使车轮提升越过障碍物，则障碍物规避系统确定车辆的主动悬架是否能够实际使车轮跳跃越过障碍物，如通过菱形框1218所示。如果不是，则过程1200结束。
另一方面，如果在菱形框1218障碍物规避系统确定车辆的主动悬架能够实际使车轮跳跃越过障碍物，则障碍物规避系统确定跳跃越过障碍物的一个或多个指定车轮，如通过框1228所示。即，障碍物规避系统确定必须被跳跃以避免接触障碍物的车辆的特定车轮。
对于每个指定车轮，障碍物规避系统确定施加以使那个车轮跳跃越过障碍物的致动力(和适当的方向)，如通过框1230所示。对于每个指定车轮，障碍物规避系统还确定施加所确定的致动力(在适当的方向上)以使那个车轮跳跃越过障碍物的致动时间，如通过框1232所示。对于每个指定车轮，在用于那个车轮的所确定的致动时间，障碍物规避系统使用那个车轮的主动悬架的致动器施加所确定的致动力(在适当的方向上)以使那个车轮跳跃越过障碍物，如通过框1234所示。过程1200然后结束。
过程1200的某些步骤在下面更详细地描述。
2.1确定障碍物是否处在车辆路径上
障碍物规避系统可以确定障碍物是否处在车辆10的行驶路径上，如果是，则以任何各种已知的方式——比如美国专利号为8,788,146，标题为“具有道路预览的自适应主动悬架系统”的美国专利中所描述的那些，该美国专利的整体内容在此通过引用并入——确定障碍物的位置和尺寸。
2.2确定车辆是否能够实际驾驶越过障碍物
2.2.1以道路表面上的坑的形式的障碍物
图4示出了其中车轮16朝向以道路表面200上的坑200a(例如，坑洞)的形式的障碍物行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(1)至(7)来确定车辆10是否能够实际以车辆的当前速度驾驶越过障碍物200a。
T表示要求车轮16穿过障碍物200a的时间。W表示图4中所示的距离，该距离是在车轮16的行驶方向上障碍物200a的上部开口的宽度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vz表示在朝向障碍物200a的底部的方向上车轮16的速率。mus表示非簧载质量(已知的值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Ka表示悬架弹簧132的弹簧常数(已知值)。z0表示主动悬架130的静载挠度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Jnc表示车轮震动(在此情况下是消极的)。Ca表示悬架减振器134的阻尼系数(已知值)。h表示图4中所示的距离，该距离是车轮16在道路表面200下方行驶的距离。g表示地球重力(约9.8米/秒2)。dW表示图4中所示的距离。rw表示车轮16的半径(已知值)。Δt表示车轮16和障碍物200a之间的碰撞的持续时间。Idx表示碰撞指数。
一旦障碍物规避系统确定Idx，障碍物规避系统就将Idx与预定值进行比较。如果Idx大于此预定值，则障碍物规避系统确定车辆10不能实际驾驶越过障碍物200a(因为，例如，这样做将会损坏车轮16)。另一方面，如果Idx不大于此预定值，则障碍物规避系统确定车辆10能够实际驶过障碍物200a。
2.2.2道路表面上方延伸的障碍物
图5示出了其中车轮16朝向道路表面200上方延伸的障碍物200b行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(8)和(9)来确定车辆10是否能够实际以车辆的当前速度驾驶越过障碍物200b。
Δt表示车轮16和在车轮16的行驶方向上障碍物200b的上升边缘之间的碰撞的持续时间。W表示图5中所示的距离，该距离是在车轮16的行驶方向上障碍物200b的上升边缘的宽度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。hobj表示图5中所示的距离，该距离是道路表面200上方的障碍物200b的高度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Idx表示碰撞指数。
一旦障碍物规避系统确定Idx，障碍物规避系统就将Idx与预定值进行比较。如果Idx大于此预定值，则障碍物规避系统确定车辆10不能实际驾驶越过障碍物200b。另一方面，如果Idx不大于此预定值，则障碍物规避系统确定车辆10能够实际驾驶越过障碍物200b。
2.3确定车辆是否能够实际通过转向绕过障碍物来避开障碍物
图6示出了其中车辆10朝向道路表面200上的障碍物200c行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(10)至(12)来确定车辆10是否能够实际通过转向绕过障碍物200c来避开障碍物200c。
r表示车辆10的转弯半径(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vx表示在行驶方向上车辆10的速率(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。ay,max表示车辆10的最大允许横向加速度(例如，0.7g)。rf表示从车辆10的转弯中心到车辆10的外前拐角的距离(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。VW表示车辆10的宽度(已知值)。RF表示从车辆10的后桥到车辆10的前保险杆的距离(已知值)。Dmin表示对车辆10必要以实际能够转向绕过障碍物200c的车辆10和障碍物200c之间的最小距离。Objy表示障碍物200从车辆10的外前拐角的横向偏移(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。
一旦障碍物规避系统确定Dmin，障碍物规避系统就确定车辆和障碍物200c之间的实际距离是否大于Dmin。如果车辆和障碍物200c之间的实际距离大于Dmin，则障碍物规避系统确定车辆10能够实际转向绕过障碍物200c。另一方面，如果车辆和障碍物200c之间的实际距离不大于Dmin，则障碍物规避系统确定车辆10不能实际转向绕过障碍物200c。
2.4确定车辆是否能够实际在撞击障碍物之前停止
在一个实施例中，障碍物规避系统使用下面的等式(13)至(15)来确定车辆10是否能够实际在撞击车辆路径上的障碍物之前停止。
μ表示估算的道路摩擦力。ax表示车辆10的横向加速度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。ay表示车辆10的纵向加速度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。ax,max表示可以实现的车辆10的最大横向减速度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。t表示以最大横向减速度停止车辆10需花费的时间。Vx表示在行驶方向上车辆10的速率(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Dmin表示对车辆10必要以实际能够在撞击障碍物之前停止的在车辆10和障碍物之间的最小距离。
具体地，障碍物规避系统首先使用等式(13)估算道路摩擦力μ。障碍物规避系统然后选择可以实现的车辆10的最大横向减速度ax,max，其应该小于估算的道路摩擦力μ。障碍物规避系统然后分别使用等式(14)和(15)确定t和Dmin。
一旦障碍物规避系统确定Dmin，障碍物规避系统就确定车辆和障碍物之间的实际距离是否大于Dmin。如果车辆和障碍物之间的实际距离大于Dmin，则障碍物规避系统确定车辆10可以实际在撞击障碍物之前停止。另一方面，如果车辆和障碍物之间的实际距离不大于Dmin，则障碍物规避系统确定车辆10不能实际在撞击障碍物之前停止。
2.5确定主动悬架是否能够实际使车轮提升越过障碍物
使用车轮的主动悬架提升该车轮包含主动悬架的致动器快速施加致动力于控制臂，其中车轮在朝向车身的方向上附接到控制臂。
2.5.1以道路表面上的坑的形式的障碍物
图7示出了其中车轮16朝向以道路表面200上的坑(例如，坑洞)的形式的障碍物行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(16)至(19)来确定主动悬架是否能够实际使车辆10的一个或多个车轮提升越过障碍物200d。
T表示要求车轮16穿过障碍物200d的时间。W表示图8中的距离，该距离是在车轮16的行驶方向上障碍物200d的上部开口的宽度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Vz表示震动速率。mus表示非簧载质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Fmax表示主动悬架可以施加的最大力(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Ka表示悬架弹簧的弹簧常数(已知值)。z0表示主动悬架的静载挠度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Jnc表示车轮震动(在此情况下是积极的)。Ca表示悬架减振器的阻尼系数(已知值)。h表示图7中所示的距离，该距离是车轮16在道路表面200上方行驶的距离。g表示地球重力(约9.8米/秒2)。
一旦障碍物规避系统确定h(T)，障碍物规避系统就确定h(T)是否大于零。如果h(T)大于零，则障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使车轮16提升越过障碍物200d。另一方面，如果h(T)不大于零，则障碍物规避系统确定主动悬架不能实际使车轮16提升越过障碍物200d。
2.5.2道路表面上方延伸的障碍物
图8示出了其中车轮16朝向道路表面200上方延伸的障碍物200e行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(20)至(22)来确定主动悬架是否能够实际使车辆10的一个或多个车轮提升越过障碍物200e。
T表示要求到达震动缓冲器的时间。Vz表示震动速率。mus表示非簧载质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Fmax表示主动悬架可以施加的最大力(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Ka表示悬架弹簧的弹簧常数(已知值)。z0表示主动悬架的静载挠度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Jnc表示车轮震动(在此情况下是积极的)。Ca表示悬架减振器的阻尼系数(已知值)。h表示图8中所示的距离，该距离是车轮16在道路表面200上方行驶的距离。g表示地球重力(约9.8米/秒2)。hobj表示图8中所示的距离，该距离是道路表面200上方的障碍物200e的高度(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。
具体地，障碍物规避系统使用等式(20)和(21)来确定T以使Jnc是最大震动。障碍物规避系统然后使用等式(22)来确定h(T)。
一旦障碍物规避系统确定h(T)，障碍物规避系统就确定h(T)是否大于hobj。如果h(T)大于hobj，则障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使车轮16提升越过障碍物200e。另一方面，如果h(T)不大于hobj，则障碍物规避系统确定主动悬架不能实际使车轮16提升越过障碍物200e。
2.6确定哪些车轮提升且何时提升它们
2.6.1以道路表面上的坑的形式的障碍物
如果障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使它们相应的车轮提升越过以道路表面上的坑的形式的障碍物，比如图7中所示的障碍物200d，则障碍物规避系统通过来自一个或多个传感器的反馈来确定指定的一个或多个车轮，在其路径上障碍物存在。对于每个指定车轮，障碍物规避系统控制那个指定车轮的主动悬架的致动器仅在那个指定车轮到达障碍物之前提升那个指定车轮(如通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。
2.6.2道路表面上方延伸的障碍物
如果障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使它们相应的车轮提升越过道路表面上方延伸的障碍物，比如图8中所示的障碍物200e，则障碍物规避系统确定指定的一个或多个车轮，在其路径上障碍物存在。障碍物规避系统使用下面的等式(23)来确定何时控制指定车轮的主动悬架的致动器来提升指定车轮。
W＝Vx·T (23)
W表示图8中所述的距离，该距离是当主动悬架开始提升车轮16时车轮16的中心和障碍物200e的上升边缘的顶部之间的距离。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率。T表示需要达到震动缓冲器的时间。
对于每个指定车轮，障碍物规避系统控制那个指定车轮的主动悬架的致动器以当那个指定车轮的中心和障碍物的上升边缘的顶部之间的水平距离等于W(通过来自一个或多个传感器的反馈确定)时提升那个指定车轮。
2.7确定主动悬架是否能够实际使车轮跳跃越过障碍物
使用那个车轮的主动悬架使车轮跳跃包含一系列步骤：(1)主动悬架的致动器在朝向车身的方向上缓慢地将第一致动力施加于其中那个车轮附接的控制臂，直到主动悬架到达它的震动止动值；(2)主动悬架的致动器在远离车身的方向上将第二致动力迅速施加于控制臂，直到主动悬架到达它的回弹止动值，这将使车轮提升离开道路表面；和(3)一旦在竖直方向上车轮的速率达到零，主动悬架的致动器就在朝向车身的方向上将第三致动力迅速施加于控制臂，直到主动悬架到达它的震动止动值，这使车轮能够跳过障碍物。
2.7.1道路表面上方延伸的障碍物
图9示出了其中车轮16朝向道路表面200上方延伸的障碍物200f行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(24)至(30)来确定主动悬架是否能够实际使车辆10的一个或多个车轮跳跃越过障碍物200f。
图9示出了当使车轮16跳跃越过障碍物200f时车辆10通过的阶段1至5。阶段1示出了在跳跃之前在其正常高度的主动悬架130。阶段2示出了压缩直到其已到达震动止动值(jounce stop)(Jstop，已知值)以准备跳跃的主动悬架130。阶段3表示在其已快速延伸且到达回弹止动值(rebound stop)(Rstop，已知值)之后的主动悬架130。阶段4表示在竖直方向的车轮的速率已达到零的时间点空运的车轮16。阶段5表示被快速压缩以使车轮16更靠近车身并且跳过障碍物200f的主动悬架130。
Vz表示震动/回弹速率。mb表示车身质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。mus表示非簧载质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Fmax表示主动悬架可以施加的最大力(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Ka表示悬架弹簧的弹簧常数(已知值)。z0表示主动悬架的静载挠度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Jnc表示车轮震动。Ca表示悬架减振器的阻尼系数(已知值)。Rstop表示主动悬架的回弹止动值(已知值)。h1表示在阶段4车轮16在道路表面200上方的距离。h2表示在阶段4的车轮16的底部和在阶段5的车轮16的底部之间的距离。g表示地球重力(约9.8米/秒2)。T1表示从阶段2到阶段3的时间。T2表示从阶段3到阶段4的时间。T3表示从阶段4到阶段5的时间。
具体地，障碍物规避系统使用等式(24)和(25)来确定T1以使Jnc等于Rstop。障碍物规避系统使用等式(28)和(29)来确定T3以使Jnc等于Jstop。
一旦障碍物规避系统确定h1和h2，障碍物规避系统就确定h1+h2是否大于hobj。如果h1+h2大于hobj，则障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使车轮16跳跃越过障碍物200f。另一方面，如果h1+h2不大于hobj，则障碍物规避系统确定主动悬架不能实际使车轮16跳跃越过障碍物200f。
2.7.2以道路表面上的坑的形式的障碍物
图10示出了其中车轮16朝向以道路表面200上的坑200g(例如，坑洞)的形式的障碍物行驶的情境。在这种情境下，障碍物规避系统使用下面的等式(31)至(39)来确定主动悬架是否能够实际使车辆10的一个或多个车轮提升越过障碍物200g。
图10示出了当使车轮16跳跃越过障碍物200g时车辆10通过的阶段1至7。阶段1示出了在跳跃之前在其正常高度的主动悬架130。阶段2示出了压缩直到其已到达震动止动值(Jstop，已知值)以准备跳跃的主动悬架130。阶段3表示在其已达到震动止动值之后主动悬架130开始延伸的时间点。阶段4表示在其已快速延伸且到达回弹止动值(Rstop，已知值)之后的主动悬架130。阶段5表示在竖直方向的车轮的速率已达到零的时间点空运的车轮16。阶段6表示被快速压缩以使车轮16更靠近车身并且跳过障碍物200g的主动悬架130。阶段7表示在其已着陆在道路表面200上之后的车轮16。
Dista＝Vx·(T2+T3+T4) (39)
Vz表示震动/回弹速率。mb表示车身质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。mus表示非簧载质量(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Fmax表示主动悬架可以施加的最大力(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Ka表示悬架弹簧的弹簧常数(已知值)。z0表示主动悬架的静载挠度(已知值或通过来自一个或多个传感器的反馈确定)。Jnc表示车轮震动。Ca表示悬架减振器的阻尼系数(已知值)。Rstop表示主动悬架的回弹止动值(已知值)。h1表示在阶段5车轮16在道路表面200上方的距离。h2表示在阶段5的车轮16的底部和在阶段6的车轮16的底部之间的距离。g表示地球重力(约9.8米/秒2)。T1表示从阶段3到阶段4的时间。T2表示从阶段4到阶段5的时间。T3表示从阶段5到阶段6的时间。T4表示从阶段6到阶段7的时间。Dista表示图10中所示的距离，该距离是在行驶方向上当车轮16离开道路表面200时车轮16的中心和当车轮16返回到道路表面上时车轮16的中心之间的距离。
具体地，障碍物规避系统使用等式(31)和(32)来确定T1以使Jnc等于Rstop。障碍物规避系统使用等式(35)和(36)来确定T3以使Jnc等于Jstop。
一旦障碍物规避系统确定Dista，障碍物规避系统就确定Dista是否大于在行驶方向上障碍物200g的宽度。如果Dista大于在行驶方向上障碍物200g的宽度，则障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使车轮16跳跃越过障碍物200g。另一方面，如果Dista不大于在行驶方向上障碍物200g的宽度，则障碍物规避系统确定主动悬架不能实际使车轮16跳跃越过障碍物200g。
2.8确定哪些车轮跳跃且何时使它们跳跃
2.8.1道路表面上方延伸的障碍物
如果障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使它们相应的车轮提升越过道路表面上方延伸的障碍物，比如图9中所示的障碍物200f，则障碍物规避系统确定指定的一个或多个车轮，在其路径上障碍物存在。障碍物规避系统使用下面的等式(40)来确定何时控制指定车轮的主动悬架的致动器来使指定车轮跳跃。
W＝Vx·(T1+T2+T3) (40)
W表示图9中所述的距离，该距离是当车轮16在行进方向上离开道路表面200时车轮16的中心和障碍物200f的上升边缘的顶部之间的距离。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率。T1表示从阶段2到阶段3的时间。T2表示从阶段3到阶段4的时间。T3表示从阶段4到阶段5的时间。
对于每个指定车轮，障碍物规避系统控制那个指定车轮的主动悬架的致动器以开始使那个指定车轮跳跃(即，开始阶段2悬架弹簧压缩)以使当车轮16开始离开道路表面200时那个指定车轮的中心和障碍物的上升边缘的顶部之间的水平距离等于W。
2.8.2以道路表面上的坑的形式的障碍物
如果障碍物规避系统确定主动悬架能够实际使它们相应的车轮提升越过以道路表面上的坑的形式的障碍物，比如图10中所示的障碍物200g，则障碍物规避系统确定指定的一个或多个车轮，在其路径上障碍物存在。障碍物规避系统使用下面的等式(41)来确定何时控制指定车轮的主动悬架的致动器使指定车轮跳跃。
Distj＝Vx·T1 (41)
Distj表示图10中所示的距离，该距离是在行驶方向上当主动悬架130在阶段3开始延伸时车轮16的中心和当车轮16在阶段4离开道路表面200时车轮的中心之间的距离。Vx表示在行驶方向上车轮16的速率。T1表示从阶段3到阶段4的时间。
对于每个指定车轮，障碍物规避系统控制那个指定车轮的主动悬架的致动器以开始使那个指定车轮跳跃(即，开始阶段2悬架弹簧压缩)以使当主动悬架在阶段3开始延伸时那个指定车轮的中心和障碍物的边缘之间的距离等于Distj。
3.变体
在某些实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆路径上但车辆能够实际以其当前速度驾驶越过障碍物，则障碍物规避系统产生要提供给驾驶员的指示以通知驾驶员这个事实。例如，在一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的扬声器输出障碍物处在车辆路径上但实际驾驶越过障碍物的消息。
在各种实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆路径上但车辆能够实际通过转向绕过障碍物来避开障碍物，则障碍物规避系统产生要提供给驾驶员的指示以通知驾驶员这个事实。该指示可以包括用于使车辆转向绕过障碍物的指令。例如，在一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的扬声器输出障碍物处在车辆路径上且向右转弯以转向绕过障碍物的消息。在另一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的显示装置(比如，车辆的信息娱乐系统的显示装置)显示障碍物处在车辆路径上且向右转弯以转向绕过障碍物的消息。在其它实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆路径上但车辆能够实际通过转向绕过障碍物来避开障碍物，则车辆的自主驾驶系统控制车辆以使车辆转向绕过障碍物。
在某些实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆路径上但车辆能够实际在车辆撞击障碍物之前停止，则障碍物规避系统产生要提供给驾驶员的指示以通知驾驶员这个事实。该指示可以包括开始制动的指令。例如，在一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的扬声器输出障碍物处在车辆路径上且立即开始制动以在车辆撞击障碍物之前停止的消息。在另一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的显示装置(比如，车辆的信息娱乐系统的显示装置)显示障碍物处在车辆路径上且立即开始制动以在车辆撞击障碍物之前停止的消息。在其它实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆的路径上但车辆能够实际在车辆撞击障碍物之前停止，则车辆的自主驾驶系统控制车辆以在车辆撞击障碍物之前停止车辆。
在各种实施例中，如果障碍物规避系统确定障碍物处在车辆路径上但主动悬架不能实际使车轮提升或跳跃越过障碍物，则障碍物规避系统产生要提供给驾驶员的指示以通知驾驶员这个事实。该指示可以包括准备碰撞的指令。例如，在一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的扬声器输出障碍物处在车辆路径上且立即准备碰撞的消息。在另一个示例实施例中，障碍物规避系统使车辆的显示装置(比如，车辆的信息娱乐系统的显示装置)显示障碍物处在车辆路径上且立即准备碰撞的消息。
在某些实施例中，当障碍物规避系统确定使车辆的一个或多个车轮跳跃越过障碍物时，障碍物规避系统使用于车轮的主动悬架的致动器在车轮到达障碍物之前使主动悬架振荡。跳跃之前的这种振荡使需要跳跃越过障碍物的致动力最小化并且也能够跳跃越过较高的障碍物。
附图中的任何过程描述或框应该被理解为表示模块、段、或包括用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的部分，并且供选择的实施方式被包括在本文所描述的实施例的范围内，其中功能可以不按所示或所讨论的顺序执行，包括大体上同时或以相反的顺序，这取决于所涉及的功能，如将通过本领域的普通技术人员理解的。
上述实施例并且特别是任何“优选的”实施例是实施方式的可能示例并且仅阐述为了更清楚地理解本发明的原则。可以对上述实施例做出许多变化和修改，而大体上不脱离本文所描述的技术的精神和原则。所有修改都旨在在此被包括在本发明的范围内且由下面的权利要求来保护。

Claims (20)

1.一种障碍物规避系统，包含：
传感器，所述传感器被配置为获取车辆外部的数据；
主动悬架，所述主动悬架连接到所述车辆的车轮；以及
控制器，所述控制器被配置为使用所述获取的数据以识别所述车辆路径上的障碍物并且，在所述车辆不能转向绕过所述障碍物或不能在撞击所述障碍物之前停止的情况下，控制所述主动悬架以使所述车轮提升越过所述障碍物。
2.根据权利要求1所述的障碍物规避系统，其中所述主动悬架设置在所述车辆的车身和控制臂之间，所述控制臂连接到所述车辆的所述车轮。
3.根据权利要求2所述的障碍物规避系统，其中所述主动悬架包括致动器和弹簧。
4.根据权利要求3所述的障碍物规避系统，其中所述控制器被配置为控制所述主动悬架以通过控制所述致动器施加至少一个力到所述控制臂来使所述车轮提升越过所述障碍物。
5.根据权利要求4所述的障碍物规避系统，其中所述控制器被配置为在所述障碍物具有第一尺寸的情况下控制所述致动器施加至少一个力到所述控制臂并且所述控制器被配置为在所述障碍物具有第二较大尺寸的情况下控制所述致动器施加多个连续的力到所述控制臂。
6.根据权利要求5所述的障碍物规避系统，其中所述多个连续的力包括第一向上施加的力，所述第一向上施加的力之后是向下施加的力，所述向下施加的力之后是第二向上施加的力。
7.根据权利要求6所述的障碍物规避系统，其中所述第一向上施加的力压缩所述弹簧，所述向下施加的力使所述弹簧延伸，并且所述第二向上施加的力压缩所述弹簧。
8.根据权利要求5所述的障碍物规避系统，其中在所述障碍物具有第一尺寸的情况下所述力是向上施加的力。
9.根据权利要求1所述的障碍物规避系统，其中所述控制器被配置为确定所述车辆是否能够转向绕过所述障碍物且所述车辆是否能够在撞击所述障碍物之前停止。
10.根据权利要求1所述的障碍物规避系统，其中所述控制器被配置为确定所述车辆是否能够实际驾驶越过所述障碍物并且在所述车辆不能实际驾驶越过所述障碍物、所述车辆不能转向绕过所述障碍物且所述车辆不能在撞击所述障碍物之前停止的情况下控制所述主动悬架以使所述车轮提升越过所述障碍物。
11.一种障碍物规避方法，包含：
通过传感器获取车辆外部的数据；
使用所述数据通过控制器识别所述车辆路径上的障碍物；
使用所述数据通过所述控制器确定所述车辆是否能够转向绕过所述障碍物或在撞击所述障碍物之前停止；以及
在所述车辆不能转向绕过所述障碍物或不能在撞击所述障碍物之前停止的情况下，通过所述控制器控制主动悬架以使车辆车轮提升越过所述障碍物。
12.根据权利要求11所述的障碍物规避方法，其中所述主动悬架设置在所述车辆车身和控制臂之间，所述控制臂连接到所述车辆车轮。
13.根据权利要求12所述的障碍物规避方法，其中所述主动悬架包括致动器和弹簧。
14.根据权利要求13所述的障碍物规避方法，所述方法包括通过所述控制器控制所述主动悬架以通过所述控制器控制所述致动器施加至少一个力到所述控制臂来使所述车轮提升越过所述障碍物。
15.根据权利要求14所述的障碍物规避方法，所述方法包括，在所述障碍物具有第一尺寸的情况下，通过所述控制器控制所述致动器施加一个力到所述控制臂并且在所述障碍物具有第二较大尺寸的情况下，通过所述控制器控制所述致动器施加多个连续的力到所述控制臂。
16.根据权利要求15所述的障碍物规避方法，其中所述多个连续的力包括第一向上施加的力，所述第一向上施加的力之后是向下施加的力，所述向下施加的力之后是第二向上施加的力。
17.根据权利要求16所述的障碍物规避方法，其中所述第一向上施加的力压缩所述弹簧，所述向下施加的力使所述弹簧延伸，并且所述第二向上施加的力压缩所述弹簧。
18.根据权利要求15所述的障碍物规避方法，其中在所述障碍物具有第一尺寸的情况下所述力是向上施加的力。
19.根据权利要求11所述的障碍物规避方法，所述方法包括通过所述控制器确定所述车辆是否能够实际驾驶越过所述障碍物。
20.根据权利要求19所述的障碍物规避方法，所述方法包括在所述车辆不能实际驾驶越过所述障碍物、所述车辆不能转向绕过所述障碍物且所述车辆不能在撞击所述障碍物之前停止的情况下，通过所述控制器控制所述主动悬架以使所述车轮提升越过所述障碍物。
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