CN107415944B - 用于在风力情况下的自主车辆的车道保持系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在风力情况下的自主车辆的车道保持系统。车道保持系统包括位于车辆(10)的每个相对侧面上的车门(24)中的绝对压力传感器(26)。每个传感器产生指示车辆(10)该侧面上的门空腔(36)压力的信号。安全限制系统(SRS)控制器(18)与压力传感器(26)通信。SRS控制器(20)被配置成响应于上述信号(例如，当车门(24)被压碎时门中所增加的压力)来确定碰撞事件，并且响应于所确定的碰撞事件来激活安全限制部件。车道保持系统(LKS)控制器(18)与压力传感器通信。LKS控制器(30)响应于来自每个压力传感器(26)的信号来确定车辆(10)上的横向风力。LKS控制器(30)响应于所确定的横向风力确定校正，以将车辆(10)保持在期望的路径上。

Description

用于在风力情况下的自主车辆的车道保持系统
技术领域
本公开涉及在完全自主车辆或驾驶员辅助的车辆中的车道保持系统。所公开的系统在受到差异的横向力时(诸如当车辆被风冲击时)将车辆保持在其车道内。
背景技术
在异常大风的情况下，车辆被冲击，导致驾驶员和乘客的不适。风干扰可能是稳定的或一阵阵的，或是由风引起的阴影区域或过往的车辆。在所有情况下，由于施加到车辆上的横向风压该车辆被冲击。阵风可以在短时间内或者缓慢变化的条件下引发从零到数百磅的横向力。在某些情况下，已经观察到由于阵风引起的车道偏移已达10—20厘米。
典型的自动车道保持系统使用闭环系统，以使车辆在道路上行驶时保持车辆相对于车道的位置。通过提供由风力引起的转向校正输入，这些系统已得到改进，但是由于所需的额外部件或者一直难以实施，它们一直很昂贵。
发明内容
在一个示例性实施例中，用于车辆的车道保持系统包括一个压力传感器，其被配置成用来产生指示压力的信号。一个安全限制系统SRS控制器与该压力传感器进行通信。SRS控制器被配置成响应于信号来确定碰撞事件，并且响应于所确定的碰撞事件来激活安全限制部件。车道保持系统LKS控制器与压力传感器通信。LKS控制器被配置成响应于信号来确定车辆上的横向风力。LKS控制器被配置成响应于所确定的横向风力来确定校正，以将车辆保持在期望的路径上。
在上述任何一个进一步的实施例中，车辆主体包括至少部分限定封闭空腔的外部车身面板。压力传感器被布置在封闭空腔中。外部车身面板包括与封闭空腔流体连通的开口。
在上述任何一个进一步的实施例中，车辆主体包括车门，该车门提供外部车身面板外部车身面板和所述封闭空腔。
在上述任何一个进一步的实施例中，通过开口将车体模制件安装到外部车身面板上。车体模制件包括与开口流体连通的孔。
在上述任何一个进一步的实施例中，安全限制部件包括气囊。
在上述任何一个进一步的实施例中，所述压力传感器是绝对压力传感器。车辆包括相对的侧面。在每个相对的侧面上布置一个所述压力传感器。
在上述任何一个进一步的实施例中，压差是通过绝对压力传感器来测量的。横向风力是根据压差与车辆侧面面积的乘积来确定的。校正取决于横向风力、车辆速度、转向比、轮胎系数和悬挂系数。
在上述任何一个进一步的实施例中，转向系统与LKS控制器通信。LKS控制器被配置成向被命令的转向角添加风力补偿值，以使车辆保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
在上述任何一个进一步的实施例中，悬架系统与LKS控制器通信。LKS控制器被配置成向期望的悬架刚度添加风力补偿值，以使车辆保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
在上述任何一个进一步的实施例中，SRS控制器包括被配置成滤波器，其用来调节信号并且消除由风引起的噪声的影响。
在另一示例性实施例中，用于车辆的车道保持系统包括第一和第二绝对压力传感器，它们被配置成分别用来产生指示第一和第二压力。车道保持系统LKS控制器与第一和第二压力传感器通信。LKS控制器被配置成响应于第一和第二信号之间的差异以确定车辆上的横向风力。LKS控制器被配置成响应于所确定的横向风力来确定校正，以使车辆保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
在上述任何一个进一步的实施例中，车身包括第一和第二车门板，每个车门板至少部分地限定一个封闭空腔。第一压力传感器布置在车辆一侧的第一车门板的封闭空腔中。第二压力传感器布置在车辆另一侧的第二车门板的封闭空腔中。
在上述任何一个进一步的实施例中，第一和第二车门板各自包括与其封闭空腔流体连通的开口。
在上述任何一个进一步的实施例中，车体模制件被安装在每个车门板中，通过其各自的开口。车体模制件包括与其相应的开口流体连通的孔。
在上述任何一个进一步的实施例中，压差是通过第一和第二信号来测量的。横向风力是根据压差与车辆侧面面积的乘积来确定的。校正取决于横向风力、车辆速度、转向比、轮胎系数和悬挂系数。
在上述任何一个进一步的实施例中，转向系统与LKS控制器通信。LKS控制器被配置成向被命令的转向角添加风力补偿值，以使车辆保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
在上述任何一个进一步的实施例中，悬架系统与LKS控制器通信。LKS控制器被配置成向期望的悬架刚度添加风力补偿值，以使车辆保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
在另一示例性实施例中，将车辆保持在所期望的路径上的方法包括使用第一和第二绝对压力传感器来确定压差这个步骤。根据压差确定校正。基于该校正将风力补偿值添加到被命令的转向角和期望悬架刚度中的至少一个。
在上述任何一个进一步的实施例中，第一和第二绝对压力传感器分别布置在车辆相对侧面上的第一和第二车门空腔内。
在上述任何一个进一步的实施例中，校正取决于横向风力、车辆速度、转向比、轮胎系数和悬挂系数。
附图说明
通过参考以下结合附图的详细描述可以进一步理解本公开，其中：
图1是具有车道保持系统和安全限制系统的车辆的示意图。
图2是如图1所示的车道保持系统和安全限制系统的示意图，所述两个系统使用这两个系统所公有的压力传感器。
图3A是带有压力传感器的车门的示意性侧视图。
图3B是图3A所示的车门的横截面图。
图4是描绘使用图1—图2所示系统的车道保持方法的流程图。
上述段落的实施例、示例和替代方案、权利要求或者以下描述和附图，包括其各个方面或各自特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合进行。结合一个实施例所描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。
具体实施方式
通过引入部分或全部自动化车辆控制，存在使用横向力感测来增强车辆控制和安全性的能力。通过使用横向力感测，车辆路径可以主动地适应横向干扰，而不是简单地在横向力已经使车辆偏离车道之后才起反应。可以立即获得风力修正数据，因此不是一个保守系统，对于一个自主系统来说，可能是数百毫秒的延迟。根据公开的系统和方法，使用现有的用于检测横向碰撞的压力传感器，通过由车辆外部施加的车辆外部压力来测量由风引起的横向车辆力，这降低了与提供该功能相关的成本。
所公开的系统和方法通过使用测量车辆的横向力的压力传感器和控制系统来改善车辆的舒适性，并且在车辆偏离车道之前对转向角和/或悬架进行修正。横向风力检测可以用于减少现代手动转矩辅助转向系统中的用户提供的风力转矩反转矩，例如，作为车道保持系统或自主操作的车辆的一部分。
参考图1，以高度示意性的方式示出了车辆10。车辆10包括由悬架14支撑的车轮12，这可以是任何合适的悬架配置。在一个示例中，悬架14(可包括液压、气动和/或机械阻尼和弹簧元件)是在车辆操作过程中可以被主动地硬化或软化，或者提供乘坐高度改变的那种类型。所示的转矩辅助转向系统16被配置成用于操纵前轮12，但是如果需要，可以提供全轮或后轮转向。应当理解，车辆10可以是具有任何合适配置的任何类型的车辆。
横向风力(水平箭头)作用在车辆10的一侧，这产生了相对于车辆10另一侧上的压力L的高压H。这种横向风力，如果足够大，可能需要操作者向转向系统16提供校正转向输入，以使车辆保持在所期望的路径上。如果是车道保持系统或自主车辆，横向风力可能需要转向系统16提供转向角校正，但无需任何来自车辆操作者的输入。
控制器18包括安全限制系统(SRS)控制器20和车道保持系统(LKS)控制器30。控制器18可以是单个处理器，或者可以包括分布在车辆10中的多个处理器。
SRS控制器20，例如，与方向盘中的气囊22和侧面冲击气囊23连通。当然，其他安全限制部件也可以与SRS控制器20连通，诸如其他气囊和安全带张紧装置。
第一和第二绝对压力传感器26和28布置在车门24内并且与SRS控制器20通信。遭到侧面撞击时，车门被压碎，从而增加车门内的压力。在题为“AIR-PRESSURE SENSOR FORSIDE-IMPACT DETECTION(用于侧面碰撞检测的空气压力传感器)”的美国专利No.7,568,393中描述了这样一种系统，其全部内容通过引用并入本文。SRS控制器20响应于压力信号来确定是否存在碰撞事件，并且响应于确定的碰撞事件来激活安全限制部件。在使用压力传感器检测侧面碰撞的一个示例系统中，有效碰撞的典型压力升高大约是8毫秒上升15kPa。在例如购物车撞到车门的不需要安全气囊部署的滥用事件中，小于5kPa。
LKS控制器30也与SRS控制器20相同的第一和第二绝对压力传感器26和28通信。由于这些压力传感器位于车辆每个相对侧面上的车门上，如果压力传感器暴露于车辆外部的压力，这些压力传感器也可用于检测车辆上的横向风力。
参考图3A和3B，更详细地示出了示例车门24。车门24具有外部车身面板32，其上施加的风力能够使车辆移出所期望的路径。例如，压力传感器26布置在空腔36内，基本上被例如修剪板38包围。开口40设置在外部车身面板32中，并且车体模制件34布置在开口40上方用作防溅罩并且防止水和碎屑进入空腔36。车体模制件34中提供了孔42，使得车辆10侧面环境中的压力与空腔36内的压力传感器26连通。
每个压力传感器产生用来指示车辆侧面上的车门空腔压力的信号。在四门车辆中，最好使用前门中的压力传感器，因为转向时的风力效应在前轴比在后轴的大，因为旋转力矩围绕后轴。在平静的状态下，空腔36处于压力L。当风吹在车辆10的侧面时，在空腔36内的压力传感器26检测到增加的压力H。在一个示例中，11mph的横向阵风将产生大约0.02kPa的感测压力增加，这正处于滥用事件级别的范围之内。响应于来自每个压力传感器的信号，LKS控制器30确定车辆10上的横向风力。LKS控制器30响应于所确定的横向风力来确定校正，以将车辆保持在期望的路径上。
参考图2，SRS控制器20通过施加过滤器44来调节来自第一和第二压力传感器26和28的压力传感器信号来从增加的压力中辨别由于风的碰撞事件，并且消除由于风引起的“噪音”的影响。期望添加到外部车身面板32的小开口40对侧面碰撞感测功能的影响会很小。事实上，当车体模制件34在外部车身面板32上被压碎时，车体模制件34的这种独特的布置将关闭车门空腔36。这种开口/车体模制件布置可能的益处是迎面而来的车辆将具有压力波阵面，这将在实际碰撞发生之前提高内部车门空腔的压力。这可能会导致侧面冲击压力系统的性能的改进。
LKS控制器30命令与转向系统16通信的转向控制系统52，以及/或者命令与悬架14通信的悬架控制系统来保持所期望的路径。在使用转向控制系统52的情况下，LKS控制器30被配置成将风力补偿值添加到被命令的转向角上，以使车辆保持在期望的路径上并且抵消已确定的风力。在使用悬架控制系统54的情况下，LKS控制器30被配置成将风力补偿值添加到期望的悬架刚度，包括升高或降低相对于另一侧的车辆的一侧，以使车辆保持在期望的路径上并且抵消已确定的风力。
除了压力信号之外，LKS控制器30可以使用车速(N)48、风向50以及其他变量来确定风力补偿值。风向可以由一个或多个压差传感器确定，它(们)可以位于车辆主体上部，例如引擎盖、车顶或后车箱盖。其他变量可以包括转向比(转向比)、轮胎系数(C轮胎)和悬挂系数(C悬挂)和/或其他的车辆动态特性。这些变量可以提供给LKS控制器30作为查找表46的一部分。
车道保持的示例方法56在图4中示出。压差ΔP横向被测量作为绝对压力传感器的差(P1-P2)，其指示车辆10上的风力(方框58)。横向风力F横向根据压差ΔP横向与车辆侧面面积A侧面的乘积来确定，其存储在用于特定车辆的控制器存储器中(方框60)。维持车辆沿着期望路径行驶所需的校正取决于横向风力F横向、车辆速度N、转向比转向比、轮胎系数C轮胎和悬挂系数C悬挂(方框62)。如果需要，可以使用额外的或者不同的车辆动态特性。基于校正，风力补偿值被添加到被命令的转向角和期望的悬架刚度中的至少一个(方框64)。
所公开的车道保持系统和方法提供了低成本的方法来主动地补偿车辆上可能导致车辆偏离期望路径的不希望出现的风力。
所公开的控制器18可以包括处理器和非瞬时存储器，在其中存储用于控制操作的计算机可读代码。在硬件架构方面，这样的控制器可以包括处理器、存储器以及通过本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)设备接口。本地接口可以包括，例如但不限于，一个或多个总线和/或其他有线或无线连接。本地接口可以具有附加元件以实现通信，为了简单起见省略了这些元件，例如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器。此外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现上述部件之间的适当通信。
控制器18可以是用于执行软件的硬件设备，特别是存储在存储器中的软件。处理器可以是定制的或可商购的处理器、中央处理单元(CPU)、与控制器相关联的多个处理器之间的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)或者是通常用来执行软件指令的任何设备。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM等)中的任何一个或组合。此外，存储器可以包含电子、磁性、光学和/或其他类型的存储介质。存储器还可以具有分布式架构，其中各种部件彼此远离，但是可以通过控制器来访问。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。体现为软件的系统部件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本，或者包括要执行的一组指令的任何其他实体。当被构造为源程序时，这些程序通过编译器、汇编器、解释器或诸如此类来翻译，它们可以包括或不包括在存储器内。
可连接到系统I/O接口的输入/输出设备可以包括输入设备，例如但不限于扫描仪、麦克风、照相机、邻近设备等。此外，输入/输出设备还可以包括输出设备，例如但不限于显示器等。最后，输入/输出设备还可以包括将这两者作为输入和输出来通信的设备，例如但不限于，调制器/解调器(用于访问另一设备、系统或网络)、射频(RF)或其他收发器、桥接器、路由器等。
当控制器18处于运行状态时，处理器可被配置成用于执行存储在存储器内的软件，以便数据和存储器双向通信，并且通常根据软件控制计算设备的操作。整个或部分内存中的软件通过处理器来读取，可能在处理器内缓冲，然后被执行。
还应当理解，虽然在所示实施例中公开了一种特定的部件布局，但是其他部件布局将从中受益。尽管显示、描述和说明了特定的步骤序列，但是应当理解，除非另有说明，步骤可以以任何顺序进行分离或组合，并且仍然将会受益于本发明。
虽然不同示例具有图示中所示的特定部件，但是本发明的实施例不限于那些特定的组合。可以将来自实施例之一的某些部件或功能结合来自另一个实施例的功能或部件。
虽然已经公开了示例性实施例，但是本领域普通技术人员将会认识到某些修改会在权利要求的范围内。为此，应研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种用于车辆(10)的车道保持系统，包括：
压力传感器(26)，被配置成产生指示压力的信号；
安全限制系统SRS控制器(18)，与所述压力传感器(26)通信，所述SRS控制器(20)被配置成响应于由所述压力传感器(26)产生的所述信号来确定碰撞事件，并且响应于所确定的碰撞事件来激活安全限制部件；以及
车道保持系统LKS控制器(18)，与所述压力传感器(26)通信，所述LKS控制器(30)被配置成响应于由所述压力传感器(26)产生的所述信号来确定车辆(10)上的横向风力，LKS控制器(30)响应于所确定的横向风力来确定校正以将车辆(10)保持在所期望的路径上。
2.根据权利要求1所述的系统，包括车辆(10)主体，所述车辆主体包括外部车身面板(32)，所述外部车身面板至少部分地限定封闭空腔(36)，所述压力传感器(26)布置在所述封闭空腔(36)中，并且所述外部车身面板(32)包括与所述封闭空腔(36)流体连通的开口(40)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述车辆(10)主体包括车门(24)，所述车门提供所述外部车身面板(32)和所述封闭空腔(36)。
4.根据权利要求2所述的系统，包括车体模制件(34)，所述车体模制件通过所述开口(40)安装到所述外部车身面板(32)，所述车体模制件(34)包括与所述开口(40)流体连通的孔(42)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全限制部件包括气囊(22)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力传感器(26)是绝对压力传感器(26)，所述车辆(10)包括相对侧面，并且在所述相对侧面的每一个上布置一个所述压力传感器(26)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，压差从所述绝对压力传感器测量，并且根据所述压差与所述车辆(10)的侧面面积的乘积来确定所述横向风力，其中所述校正取决于所述横向风力、车辆(10)速度、转向比、轮胎系数和悬挂(14)系数。
8.根据权利要求1所述的系统，包括转向系统(16)，所述转向系统与所述LKS控制器(30)通信，所述LKS控制器(30)被配置成向被命令的转向角添加风力补偿值，以使所述车辆(10)保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
9.根据权利要求1所述的系统，包括悬架(14)系统，所述悬架系统与所述LKS控制器(30)通信，所述LKS控制器(30)被配置成向期望悬架(14)刚度添加风力补偿值以使所述车辆(10)保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SRS控制器(20)包括滤波器(44)，所述滤波器被配置为用于调节所述信号并且消除由于风引起的噪声的影响。
11.一种用于车辆(10)的车道保持系统，包括：
车辆(10)主体，所述车辆(10)主体包括：在所述车辆(10)主体的第一侧上的第一车门(24)板，和在所述车辆(10)主体的另一侧上的第二车门(24)板；
第一绝对压力传感器和第二绝对压力传感器(26，28)，被配置成分别产生第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号分别用于指示第一压力和第二压力，所述第一绝对压力传感器位于所述第一车门(24)板中，并且所述第二绝对压力传感器位于所述第二车门(24)板中；以及
车道保持系统LKS控制器(18)，与所述第一压力传感器和第二压力传感器(26，28)通信，所述LKS控制器(30)被配置成响应于所述第一信号和第二信号之间的差异来确定所述车辆(10)上的横向风力，所述LKS控制器(30)被配置成响应于所确定的横向风力来确定校正，以将所述车辆(10)保持在所期望的路径上。
12.根据权利要求11所述的系统，所述第一车门(24)板和所述第二车门(24)板各自至少部分地限定封闭空腔(36)，所述第一压力传感器(26)被布置在所述第一车门(24)板的所述封闭空腔(36)中，并且所述第二压力传感器(26)被布置在所述第二车门(24)板的所述封闭空腔(36)中。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一车门(24)板和第二车门(24)板各包括与其所述封闭空腔(36)流体连通的开口(40)。
14.根据权利要求13所述的系统，包括车体模制件(34)，所述车体模制件通过其各自开口(40)安装到每个车门(24)板，所述车体模制件(34)包括与其各自开口(40)流体连通的孔(42)。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，从所述第一信号和第二信号来测量压差，并且基于所述压差与所述车辆(10)的侧面面积的乘积来确定所述横向风力，其中所述的校正取决于所述横向风力、车辆(10)速度、转向比、轮胎系数和悬挂(14)系数。
16.根据权利要求11所述的系统，包括转向系统(16)，所述转向系统与所述LKS控制器(30)通信，所述LKS控制器(30)被配置成向被命令的转向角添加风力补偿值，以使所述车辆(10)保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
17.根据权利要求11所述的系统，包括悬架(14)系统，所述悬架系统与所述LKS控制器(30)通信，所述LKS控制器(30)被配置成向期望的悬架(14)刚度添加风力补偿值以使所述车辆(10)保持在所期望的路径上并且抵消已确定的风力。
18.一种将车辆(10)保持在期望的路径上的方法(56)，包括以下步骤：
使用第一绝对压力传感器和第二绝对压力传感器(26，28)来确定压差，其中所第一绝对压力传感器位于车辆(10)主体的第一侧上的第一车门(24)板中，并且所述第二绝对压力传感器位于所述车辆(10)主体的第二侧上的第二车门(24)板中；
从所述压差确定校正；并且
基于所述校正将风力补偿值添加到被命令的转向角和期望悬架(14)刚度中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的方法(56)，其特征在于，所述第一绝对压力传感器和第二绝对压力传感器(26，28)被分别布置在第一车门(24)空腔和第二车门(24)空腔内，所述第一车门空腔和第二车门空腔布置在所述车辆(10)相对侧面上。
20.根据权利要求18所述的方法(56)，其特征在于，校正取决于横向风力、车辆(10)速度、转向比、轮胎系数和悬挂(14)系数。
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