CN109747650A

CN109747650A - 用于控制车辆轮胎-道路摩擦估计的方法和系统

Info

Publication number: CN109747650A
Application number: CN201811294478.4A
Authority: CN
Inventors: M·约纳松; M·布伦斯特伦; R·尼尔松
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-05-14
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: CN109747650B; EP3480074A1; US20190126933A1; EP3480074B1; US10967874B2

Abstract

提供了一种用于控制车辆(200)在道路(202)上行驶的方法。该方法包括：识别(100)即将到来的弯道(204)并确定(102)弯道的特性；确定(104)当前车速v_v；估计(106)车辆的轮胎与道路之间的摩擦μ_e；基于弯道特性、车速和估计的摩擦来估计(108)当进入弯道时的最大可允许车速v_{max_e}；如果当前车速高于估计的最大可允许车速，则确定(112)需要摩擦测量；如果车辆与弯道入口之间的距离d_v高于预定阈值距离d_T，并且如果检测到制动动作，则在制动动作期间执行(116)摩擦测量以确定当前摩擦μ_c；如果车辆与弯道入口之间的距离低于预定阈值距离，则执行(118)摩擦测量以确定当前摩擦；以及基于弯道半径、车速和当前摩擦确定(120)最大可允许车速v_{max_d}。

Description

用于控制车辆轮胎-道路摩擦估计的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的方法和系统。具体地，本发明涉及一种用于在即将到来的弯道之前确定轮胎-道路摩擦的方法和系统。

背景技术

自主车辆和人类驾驶员都需要在进入弯道之前调整速度以便能够保持在道路上。可以进入弯道的最大速度主要由汽车将经历的轮胎-道路摩擦以及路径的半径确定。

对于自主车辆，认为对摩擦的了解对保证不离开道路特别重要。大的摩擦不确定性意味着车速必须更低并且对于驾驶员接受度来说可能太低。可以使用例如车载摄像机或地图信息估计路径上的半径，其中也可以考虑弯道相切行为。众所周知，获得轮胎-道路摩擦的可靠估计会更加困难。最简单的方法是完全制动并测量减速度，但这会对驾驶员和周围的道路使用者造成干扰。

为了克服这个问题，已经做出了若干尝试以使用例如前视摄像头、LIDAR和车轮内的加速度计来完成轮胎-道路摩擦的非侵入式(nonintrusive)测量。

最近，已经开发了一种用于在不降低车速的情况下可靠地测量轮胎-道路摩擦的有前途的新技术，参见EP3106360A1。该技术通过同时地在后轴上制动和在前轴上加速来测量摩擦。使用该技术，可以在不降低车速的情况下完成对轮胎-道路摩擦的测量。然而，驾驶员和乘客可能通过制动/推进系统的声音注意到该测量。当执行测量时，车辆也可能呈现为“坐”在其后轴上，因为暂时地后轴上的制动和前轴上的加速将使车辆轻微地延伸。此外，如果频繁执行该测量，它们将对燃料消耗有负面影响。因此，需要最小化测量的数量，同时仍以足够的置信度提供轮胎-道路摩擦的测量以协助驾驶员和自主车辆调整速度以能够留在道路上。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的一个目的是提供一种用于控制车辆以便仅在需要时执行摩擦测量的方法。

根据本发明的第一方面，该目的是通过一种用于控制车辆在道路上行驶的方法来实现的。该方法包括：识别即将到来的弯道并确定弯道的特性；确定当前车速；估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦；基于弯道特性、车速和估计的摩擦估计当进入弯道时的最大可允许车速；如果当前车速高于估计的最大可允许车速，则确定需要摩擦测量，其中所述摩擦测量需要制动车辆；如果车辆与弯道入口之间的距离高于预定的阈值距离并且如果检测到制动动作，则在制动动作期间执行摩擦测量以确定当前摩擦；如果车辆与弯道入口之间的距离低于预定的阈值距离，则执行摩擦测量以确定当前摩擦；以及基于弯道半径、车速和当前摩擦来确定最大可允许车速。

在本方法中，在EP3106360A1中描述的摩擦测量技术可用于确定轮胎-道路摩擦。该技术通过同时地在后轴上制动和在前轴上加速来测量摩擦。由此，该摩擦测量不涉及车辆的制动，即它不涉及降低车辆的速度。但是，在正常驾驶期间，驾驶员仍然可能注意到执行了摩擦测量。由此，如果可能，通过在制动期间执行摩擦测量，可以在驾驶员未注意的情况下以非冒失的方式执行摩擦测量。然而，应该注意，也可以使用其它类型的摩擦测量技术。

因此，本发明基于以下认识：当接近弯道时并不总是需要执行摩擦测量，并且在许多情况下如果需要摩擦测量，可以在车辆的正常行驶期间执行摩擦测量。例如，许多驾驶员将在弯道之前减速到足够慢，使得可以在驾驶员启动的制动期间执行摩擦测量。除非在驾驶员启动的制动期间执行了摩擦测量，否则有利地采用非制动摩擦测量以最小化由驾驶员体验的对车辆的影响。因此，可以避免不必要的摩擦测量、最小化执行的摩擦测量的数量，以及最小化强制摩擦测量的驾驶员不便性。

由此，可以确保使用尽可能正确的摩擦值来确定当到达弯道入口时的最大可允许的车速以防止车辆在弯道中失去抓地力。在此假设弯道中的轮胎-道路摩擦与弯道前的轮胎-道路摩擦没有显著差异。换句话说，所描述的方法并不旨在考虑影响弯道的摩擦特性的意外和瞬态事件，例如溢油或冰区(ice patches)。还假设在进入弯道时车辆的速度(即最大可允许车速)可以在整个弯道中安全地保持。此外，即使车辆在弯道中失去抓地力，也假设其它车辆系统采取控制，例如电子稳定控制(ESC)系统。

根据本发明的一个实施例，该方法可以进一步包括：如果当前车速高于所确定的最大可允许车速，则制动车辆使得当到达弯道时的车速低于或等于所确定的最大可允许车速。由此，可以执行车辆的自动制动而不需要驾驶员交互以确保当到达弯道入口时车速不会太高。因此，所描述的方法可以有利地被实现为自主或半自主车辆中的安全特征。

根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括：如果当前车速高于最大可允许车速，则以恒定减速度将车辆从车辆的当前位置制动到弯道入口，使得当车辆到达弯道入口时车速等于或低于所确定的最大可允许车速。通过以恒定减速度制动，实现了平稳和舒适的制动体验。

根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括：如果当前车速高于所确定的最大可允许车速，则警告驾驶员，指示除非车速被减小到所确定的最大可允许车速否则存在离开道路的风险。由此，该方法还有利地用于没有自驾驶功能的车辆中，以在车速高于所确定的最大可允许速度时警告驾驶员。所述警告可以是可见或可听指示的形式或其组合。所述警告优选地在需要制动之前在良好的时间提供，使得驾驶员有时间在需要时安全地降低车速。可以假设与自动化的系统相比驾驶员需要更多时间(即更长的距离)来安全地降低车速。因此，在假设驾驶员意图控制车速的车辆中实施该方法时可以将到弯道入口的预定阈值距离设置得更高。

根据本发明的一个实施例，预定阈值距离基于在进入弯道时将车速从当前速度降低到估计的最大可允许车速所需的距离。因此，该阈值距离可以基于车速、估计的摩擦以及车辆制动能力。该阈值距离还可以被设定成使得可以以对车辆乘员舒适的方式制动车辆，因为其可能不希望施加尽可能高的制动力。出于上述原因，与在驾驶员操作的车辆中相比，自主车辆中的阈值距离也可以被不同地设定。

根据本发明的一个实施例，估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦可以包括获取先前测量的弯道的摩擦值，并且估计所述摩擦低于先前测量的摩擦。如果车辆先前已经在类似的道路状况下行驶通过弯道，则先前测量的摩擦值可以例如在车辆中可用。还可以从诸如云服务器的远程位置获取先前测量的摩擦值，所述云服务器可以存储来自不同车辆和在各种道路状况下的测量的摩擦值。摩擦估计还可以考虑当前的当地天气信息，例如温度信息和挡风玻璃雨刷活动。

根据本发明的一个实施例，估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦可以包括获取车辆行驶其上的道路的最近测量的摩擦值，并且估计所述摩擦低于最近测量的摩擦值。以与上述类似的方式，最近测量的摩擦值可以是由车辆测量的摩擦或从远程位置获得的值。还可以通过利用车辆到车辆(V2V)通信系统从在道路上行驶的另一车辆接收最近测量的摩擦值。因此，术语“估计”在本文中应当被广泛地解释，其中估计的摩擦由被假设为代表弯道中的轮胎-道路摩擦的摩擦值表示。

根据本发明的一个实施例，估计的摩擦优选地比预期的摩擦低至少两个标准偏差(standard deviations)。由此可以确定估计的摩擦值以95％的确定性低于预期的平均值。预期的值可以基于先前讨论的测量的摩擦值中的任一种。当然也可以使用甚至更低的估计的摩擦值，并且估计的摩擦值和预期的值之间的差异可以至少部分地基于诸如道路和天气状况的外部因素。

根据本发明的一个实施例，确定弯道的特性可以包括确定弯道半径。此外，确定弯道的特性可以包括确定弯道形状、道路宽度、车道宽度和道路拱度(camber)。通常希望具有尽可能多描述弯道的信息以便能够基于当前摩擦精确地估计通过弯道的最大可允许车速。弯道特性可以被存储在车辆中或者从远程服务器(例如使用云通信基础设施)获取。还可以仅使用诸如摄像机、雷达/LIDAR及其类似物的车辆中传感器来确定弯道特性。例如，可以仅使用由车载摄像机获取的信息来估计弯道半径。因此，弯道的特性可包括描述弯道的、能用于估计当进入弯道时的最大可允许车速的任何参数。

根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括基于弯道特性估计通过弯道的车辆路径。由此，车速可以适应于通过弯道的估计的并且优选地优化的路径，其中能取决于有多少描述弯道特性的信息可获得来改进路径。通过弯道的路径可以例如包括与弯道相交使得车辆不总是在车道的中间。这可以允许车辆以更类似于驾驶员会如何通过弯道的方式行驶通过弯道，由此提供更熟悉的用户体验。

根据本发明的一个实施例，确定弯道的特性可以包括从先前建立的地图(例如车辆的导航系统中的地图)获取信息。

根据本发明的第二方面，所述目的是通过一种车辆控制系统来实现的，该车辆控制系统包括车辆控制单元，该车辆控制单元被配置成：识别即将到来的弯道并确定弯道的特性；确定当前车速；估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦；基于弯道特性、车速和估计的摩擦估计当进入弯道时的最大可允许车速；如果当前车速高于估计的最大可允许车速，则确定需要摩擦测量；如果车辆与弯道入口之间的距离高于预定的阈值距离并且如果检测到制动动作，则在制动动作期间执行摩擦测量以确定当前摩擦；如果车辆与弯道入口之间的距离低于预定的阈值距离，则执行摩擦测量以确定当前摩擦；以及基于弯道半径、车速和当前摩擦确定最大可允许车速。

本发明第二方面的附加效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的那些。

当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创造除了下面描述的实施例之外的实施例。

附图说明

现在将参考示出本发明的一个示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1是概述根据本发明的一个实施例的方法的总体步骤的流程图；

图2示意性地示出了由车辆执行的根据本发明的一个实施例的方法；以及

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的控制系统。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应被解释为限制于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是为了透彻性和完整性以及向技术人员全面传达本发明的范围而被提供。相同的附图标记始终指代相同的元件。

图1是概述根据本发明的一个实施例的控制车辆200的方法的总体步骤的流程图；并且将进一步参考图2描述该方法，图2示意性地示出了由车辆200执行的方法。

当车辆在道路202上行驶并且接近道路202中的弯道204时应用该方法。具体地，该方法旨在确定是否以及何处必须执行摩擦测量，从而确定最大可允许车速以使车辆能够在不失去抓地力的情况下行驶通过弯道204。

以下标号将被用于该方法的描述：

-v_v＝当前车速

-μ_e＝估计的轮胎-道路摩擦

-v_{max_e}＝估计的最大可允许车速

-d_v＝从车辆到弯道入口的距离

-d_T＝阈值距离

-μ_c＝当前(测量的)轮胎-道路摩擦

-v_{max_d}＝确定的最大可允许车速

-R＝弯道半径

-g＝引力常数

-d_{min_e}＝估计的最小制动距离

-a_{max_e}＝估计的最大减速度

该方法的第一步骤涉及识别100即将到来的弯道204并确定102弯道的特性。弯道信息能例如从车辆中导航系统或从先前描述的远程服务器获取。确定弯道的特性的直接方式可以是将弯道近似为整个弯道具有固定半径R。然而，弯道特性优选地包括描述弯道形状、道路宽度、车道宽度和道路拱度的附加信息。此外，该方法可以例如被进一步细化以考虑大多数道路以及车辆轨迹成形为回旋曲线而不是直线和圆形。但是为了简单起见，本说明书使用道路形状的简单描述来描述本发明的核心思想。

一旦识别了弯道并确定了弯道特性，则确定104当前车速v_v并且估计106弯道的摩擦值μ_e。所述摩擦值相对于预期的摩擦有意地被低估使得实际摩擦低于估计的摩擦的概率非常低。

当弯道半径R、车速v_v和估计的摩擦μ_e已知时，估计的最大可允许车速v_{max_e}能被估计108为

由于估计的摩擦μ_e，假设当前车速v_v高于估计的最大可允许车速v_{max_e}，对于在弯道之前车辆的估计的最大可允许减速度a_{max_e}也存在限制。所述估计的最大可允许减速度a_{max_e}能被确定为

a_{max_e}＝-μ_eg.

最大可允许减速度a_{max_e}又确定了距弯道的最小距离d_{min_e}，在该最小距离处必须启动制动以在到达弯道入口206之前达到最大可允许车速v_{max_e}，其中距弯道的最小距离d_{min_e}被确定为

因此，如果车速v_v高于最大可允许车速v_{max_e}，则车辆的制动必须最迟在距弯道入口的距离对应于估计的最小距离d_{min_e}处开始。

由此，如果当前车速v_v高于估计的最大可允许车速v_{max_e}，则确定112需要摩擦测量。在EP3106360A1中详细描述了说明如何能通过同时地在后轴上制动和在前轴上加速来执行摩擦测量的细节，在本公开中将不再详细讨论。然而，应该注意，所描述的方法涉及在不改变车速的情况下测量摩擦。因此，后轴的制动(其通过前轴的加速抵消)不会导致改变车速。所列举的方法可以被称为非制动摩擦测量方法(non-braking frictionmeasurement method)。这与先前已知的涉及车辆制动的方法形成对比。除了上述参考的方法之外，还可以使用其它非制动摩擦测量方法，例如道路特性的光学测量。

接下来，如果车辆200与弯道入口之间的距离d_v高于预定阈值距离d_T并且如果检测到制动动作，则在制动动作期间执行116摩擦测量以确定当前摩擦μ_c。预定阈值距离d_T被设定为高于估计的最小距离d_{min_e}使得有足够的时间来执行摩擦测量。阈值距离超过最小距离d_{min_e}的量可以例如基于当前车速v_v、估计的摩擦μ_e以及执行摩擦测量所需的估计时间/距离。足够长的用于执行制动摩擦测量的车辆制动动作可以例如在1-2秒的范围内。

因此，如果车辆200处于距弯道入口206的安全距离处并且如果驾驶员制动车辆，则在驾驶员启动的制动期间执行摩擦测量。由此，当前摩擦是已知的并且不需要额外的摩擦测量。如果没有检测到制动动作，则从车辆200到弯道204的距离最终将小于阈值距离d_T。

接下来，如果车辆200和弯道入口206之间的当前距离d_v低于预定阈值距离d_T，并且由于识别出弯道204而没有执行摩擦测量，则执行118摩擦测量以确定当前轮胎-道路摩擦μ_c。至少，阈值距离d_T是估计的最小制动距离d_{min_e}加上执行摩擦测量所需的距离。

基于所确定的(即所测量的)当前轮胎-道路摩擦μ_c，最大可允许车速v _{max_d}能基于弯道半径、车速和当前摩擦被确定120为

由此，执行对最大允许车速v_{max_d}的更清楚的确定，并且如果当前车速高于所确定的最大可允许车速v_{max_d}，则制动车辆使得当到达弯道时的车速低于或等于所确定的最大可允许车速v_{max_d}。车辆200可以被自动制动或通过驾驶员启动的制动而被制动。在非自动化系统中，有利地增加了安全余量使得驾驶员有时间作出反应以及以安全的方式执行所需的制动。换句话说，阈值距离d_T在非自动化系统中优选地更高。

车辆控制系统300包括控制单元208，该控制单元208配置成控制车辆执行所述方法的所描述的步骤。控制单元208可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备。控制单元208还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或数字信号处理器。在控制单元208包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程设备的情况下，所述处理器可进一步包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。

此外，控制单元208可以体现为一个或多个控制单元，其中每个控制单元可以是通用控制单元或用于执行特定功能的专用控制单元。

图3示意性地示出了控制系统300，其中所述控制单元被连接到负责执行所述方法的各种功能的各个子系统。

如图3所示，控制系统300包括：环境传感器单元302，其使用例如GPS、摄像机、雷达或类似物以确定车辆位置；运动规划器304，其执行战略性和策略性运动规划，例如确定加速/减速曲线。所述控制系统300还包括：车辆状态估计器306，其确定车辆的运动状态，例如，地面上的车速以及轮胎-道路摩擦；摩擦测量监控器308，其确定何时开始摩擦测量；车辆运动控制器310，其接收运动请求并向致动器(例如动力系和制动器)输出请求以执行所述运动请求；以及最后是摩擦测量执行器312，其确定动作(例如车轮扭矩)以执行摩擦测量。

本说明书基于弯道的简化模型，应当注意，还可以修改所描述的方法和系统以在进入弯道时控制车辆具有一个车速，以及在弯道中时修改车速。这可能例如对于具有偏离简单弧形的复杂形状的弯道、对于长弯道或对于多个连续弯道是期望的。

因此，所描述的方法旨在在如下假设情况下最大化车辆将能够处于道路上的可能性：在给定车辆的当前速度、前方道路的形状以及最小可用轮胎-道路摩擦的先验知识的情况下，弯道中的摩擦不显著低于弯道之前的摩擦。

尽管已经参考本发明的特定示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改及类似物将变得显而易见。而且，应该注意，可以以各种方式省略、互换或布置本方法和系统的部分，该方法和系统仍能够执行本发明的功能。

另外，从对附图、公开内容和所附权利要求的研究，所公开实施例的变型可以被本领域技术人员在实践所要求保护的发明中理解和实现。在各权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。

Claims

1.一种用于控制车辆(200)在道路(202)上行驶的方法，所述方法包括：

识别(100)即将到来的弯道(204)并确定(102)弯道特性；

确定(104)当前车速v_v；

估计(106)车辆的轮胎与道路之间的摩擦μ_e；

基于弯道特性、车速和估计的摩擦来估计(108)当进入所述弯道时的最大可允许车速v_{max_e}；

如果当前车速高于估计的最大可允许车速，则确定(112)需要摩擦测量；

如果车辆与弯道入口之间的距离d_v高于预定阈值距离d_T，并且如果检测到制动动作，则在所述制动动作期间执行(116)摩擦测量以确定当前摩擦μ_c；

如果车辆与弯道入口之间的距离低于所述预定阈值距离，则执行(118)摩擦测量以确定当前摩擦；以及

基于弯道半径、车速和当前摩擦确定(120)最大可允许车速v_{max_d}。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括如果当前车速高于所确定的最大可允许车速，则制动车辆使得当到达弯道时车速低于或等于所确定的最大可允许车速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括如果当前车速高于所述最大可允许车速，则从车辆的当前位置到弯道入口以恒定减速度制动车辆，使得当车辆到达所述弯道入口时车速等于或低于所确定的最大可允许车速。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括如果当前车速高于所确定的最大可允许车速，则警告驾驶员，指示除非车速被减小到所确定的最大可允许车速，否则存在离开道路的风险。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定阈值距离基于将车速从当前速度降低到进入弯道时的所估计的最大可允许车速所需的距离。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦包括获取所述弯道的先前测量的摩擦值，并且估计所述摩擦低于先前测量的摩擦。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦包括获取所述车辆行驶在其上的道路的最近测量的摩擦值，并且估计所述摩擦低于最近测量的摩擦值。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中估计的摩擦低于预期的摩擦至少两个标准偏差。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述弯道的特性包括确定弯道半径。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述弯道的特性包括确定弯道形状。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述弯道的特性包括确定道路宽度、车道宽度和道路拱度中的至少一个。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述弯道的特性包括从远程服务器获取弯道特性。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括基于所述弯道特性估计通过所述弯道的车辆路径。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述弯道的特性包括从先前建立的地图获取信息。

15.一种车辆控制系统(300)，其包括车辆控制单元(200)，所述车辆控制单元(200)被配置成：

识别即将到来的弯道(204)并确定(102)所述弯道的特性；

确定当前车速v_v；

估计车辆的轮胎与道路之间的摩擦μ_e；

基于弯道特性、车速和估计的摩擦来估计当进入所述弯道时的最大可允许车速v_{max_e}；

如果当前车速高于估计的最大可允许车速，则确定需要摩擦测量；