CN104797483A - 使用高度数据的自动驾驶辅助 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于实施车辆的自动运动的***和方法。一种方法包括：获得包括第一位置点和第二位置点的车辆的当前位置，通过至少一个网络将所述第一位置点和所述第二位置点传送到服务器，以及从所述服务器接收所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度。所述方法也包括在控制器上根据所述第一位置点的高度、所述第二位置点的高度以及所述第一位置点和所述第二位置点之间的纵向距离来确定所述车辆的驾驶表面的斜度。此外，所述方法包括根据所述斜度确定车辆载荷并且根据所述车辆载荷和所述斜度来确定用于将所述车辆自动地停止到目标位置处的制动力。

Description

使用高度数据的自动驾驶辅助

背景技术

自动泊车***在泊车操纵期间辅助车辆的驾驶员。例如，所述***可以(i)帮助驾驶员寻找可供使用的泊车空间，(ii)向驾驶员指示沿着用于泊车到泊车空间中的泊车轨迹的操纵方向，(iii)在与泊车空间中或者周围的静止物体的碰撞之前警告驾驶员，(iv)自动地操纵车辆以便使驾驶员的注意力集中到油门踏板和制动踏板上，并且(v)将车辆自动地制动在目标泊车位置处。在一些实施例中，在实施自动泊车操纵的完全自动的泊车辅助***中组合这些特征。此外，所述辅助***可以类似地用于在实施其它操纵——如车道变换、并道并且甚至常规驾驶(例如匹配交通信号和道路上的其它车辆及对象的停走行驶)方面辅助驾驶员。

为了确保所述自动驾驶操纵***正确地运行，车辆必须精确地停止在所期待的目标位置处。然而，许多现实因素、包括驾驶表面斜度可能引起所述自动***将车辆不精确地停止在目标位置处，这可能导致不期望的碰撞和不舒适的(例如跳跃的)车辆控制。

发明内容

因此，本发明的实施例提供用于根据斜度和车辆载荷来改善制动精确度的***和方法。一个实施例提供用于控制车辆的***。所述***包括控制器，所述控制器配置用于获得车辆的第一位置点的高度和车辆的第二位置点的高度。所述控制器也配置用于根据第一位置点的高度和第二位置点的高度来确定车辆的驾驶表面的斜度并且用于至少部分根据所述斜度来自动地控制车辆。

另一个实施例提供用于控制车辆的方法。所述方法包括：获得所述车辆的当前位置，其中所述当前位置包括车辆的第一位置点和车辆的第二位置点；获得所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度；以及在控制器上根据所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度来确定在车辆的当前位置处车辆的驾驶表面的斜度。

另一个实施例提供用于实施车辆的自动运动的方法。所述方法包括：基于由车辆接收的全球定位信号获得车辆的当前位置，其中所述当前位置包括第一位置点和第二位置点。所述方法也包括通过至少一个网络将所述第一位置点和所述第二位置点传送到存储高度模型的服务器；以及从所述服务器接收第一位置点的高度和第二位置点的高度。此外，所述方法包括在控制器上根据第一位置点的高度、第二位置点的高度以及第一位置点和第二位置点之间的纵向距离来确定车辆的驾驶表面的斜度。所述方法也包括根据所述斜度确定车辆载荷并且根据所述斜度和车辆载荷确定用于使车辆自动地停止在目标位置处的制动力。

在考虑详细描述和附图的情况下，本发明的其它方面变得显而易见。

附图说明

图1示出包括车辆控制***的车辆；

图2示意性示出在图1的***中所包括的控制器；

图3是示出由图2的控制器实施的自动车辆控制方法的流程图；

图4示意性示出获得位置数据和高度数据的车辆；

图5示出用于利用斜度和车辆载荷来确定用于使车辆自动地停止在目标位置处的制动力的方法。

具体实施方式

在详细阐述本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明不局限于其对在以下描述中所提及的或者在以下附图中所示出的结构细节和元件布置的应用。本发明能够实现其它实施例并且能够以多种方式实现或者实施。

图1示出车辆10。车辆10包括车辆控制***12。所述***12包括控制器14。控制器14与网络、例如控制器局域网(“CAN”)总线16连接。发动机控制器18和制动控制器20也与总线16连接。此外，一个或多个周围环境传感器(未示出)与总线16连接以便探测车辆的周围环境。所述周围环境传感器可以包括安装在车辆10的表面上并且探测位于车辆10周围的对象(例如其它停泊的车辆、路缘、行人等)的一个或多个雷达传感器、超声传感器和/或光学传感器(例如一个或多个摄像机)。尽管在车辆10中示出总线，但是元件之间的其它连接(无论是有线的、无线的、直接的还是间接的)是可能的。

接收器22也与总线16连接。接收器22从至少一个外部源接收定位信号、处理该信号以确定车辆10的当前位置并且将车辆的当前位置传送到控制器14(例如通过总线16或直接传送)。在一些实施例中，接收器22包含在控制器14中。在一些实施例中，接收器22接收全球定位***(“GPS”)信号。GPS是根据卫星的导航***，其包括由美国国防部设置到轨道中的卫星的网络。GPS卫星以精确的轨道环绕地球并且向地球传送信号。接收器22从一个或多个卫星接收信号并且利用三角测量来计算GPS接收器的当前位置。特别地，接收器22将由卫星传送信号的时间与接收器22接收该信号的时间进行比较。接收器22使用所述时间差来确定车辆10与卫星离多远。接收器22借助与多个卫星的距离测量确定车辆的当前位置。特别地，如果接收器22从至少三个卫星接收信号，则接收器22可以计算车辆10的二维位置(即纬度和经度)并且可以跟踪车辆10的运动。如果接收器22从四个或更多个卫星接收信号，则接收器22可以计算车辆10的三维位置(即纬度、经度和高度)。此外，在一些实施例中，接收器22使用车辆的当前位置来计算其它信息——如速度、方位、所行驶的距离、至目的地的距离、日落时间和日出时间等。此外，在一些实施例中，接收器在车辆10内的显示器或用户界面上所显示的电子地图上示出车辆的当前位置。返回到图1，两个或更多个高度计24(例如大气压力传感器)也可选择地与总线16连接。高度计24测量车辆10中的不同位置点处的大气压力并且通过总线16传送所测量的压力。

如在图2中示出的那样，控制器14包括输入/输出接口30、电子处理单元(“EPU”)32和非暂时性计算机可读的介质34。计算机可读的介质34可以包括随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)。输入/输出接口30通过总线16传送并且接收信息。输入/输出接口30可以与车辆内部和车辆10外部的其它元件进行通信(例如通过总线16)。例如，在一些实施例中，输入/输出接口30通过网络、如因特网无线地访问远离车辆10的***。

EPU 32从输入/输出接口30接收信息并且通过一个或多个指令或者模块的执行来处理所述信息。所述指令或者模块存储在计算机可读的介质34中。EPU 32也将信息(例如从总线16接收的信息或者由EPU 32执行的指令或者模块产生的信息)存储到介质34中。应当理解为，尽管在图2中示出仅仅一个单独的EPU、输入/输出接口以及计算机可读介质模块，但是控制器14可以包括多个处理单元、存储器模块和/或输入/输出接口。

当由EPU 32执行时，存储在计算机可读介质34中的指令提供特定的功能。一般而言，当由EPU 32执行时，所述指令实施车辆10的自动操纵的至少一部分。特别地，控制器14配置用于确定用于车辆的用于将车辆定位到目标位置处并且用于自动地控制车辆以便使车辆定位在目标位置处的轨迹。特别地，控制器14使用来自周围环境传感器的信息来确定车辆的周围环境并且确定用于使车辆10自动地运动到目标位置处的轨迹。然后，控制器14向发动机控制器18和制动控制器20传送命令以便使车辆10沿着所述轨迹自动地运动到所述目标位置。

特别地，控制器14确定沿着所述轨迹的用于车辆的所期望的行驶速度并且将所期望的行驶速度传送到发动机控制器18。当车辆沿着所述轨迹行驶时，控制器14也自动地控制车辆的操纵方向。在其它实施例中，控制器14指示驾驶员(例如借助视觉的和/或听觉的指令)施加加速踏板以便当控制器14控制操纵方向时使车辆10沿着所述轨迹运动，反之亦然。在任何一个实施例中，控制器14可以使车辆10的速度和/或加速度保持在预确定的阈值以下。例如，在一些实施例中，即使驾驶员在自动操纵期间压下加速踏板，控制器14也仅仅允许车辆10加速至预确定的速度阈值，除非在自动操纵期间需要或者可接受额外的速度。

随着车辆沿着所述轨迹行驶，控制器14确定使车辆10停止在目标位置处所需要的制动力。控制器14将所要求的制动力传送到制动控制器20。制动控制器20根据所要求的制动力来控制车辆的制动装置(与当驾驶员将大量压力施加到车辆的制动踏板时类似)。在一些实施例中，控制器14利用显示器来通知驾驶员自动操纵的当前进度并且当操纵已经完成并且自动控制结束时来通知驾驶员。

如上所述，在自动操纵期间车辆的精确定位期望用于防止碰撞和不舒适的(例如跳跃的)的车辆操纵。然而，驾驶表面的斜度影响自动制动的精确度。特别地，假设施加相同量的制动力，位于陡峭的下降面或倾斜面上的车辆在达到停止之前比位于平的表面上的车辆更多地运动。因此，控制器14确定驾驶表面的斜度以便更精确地控制车辆10。

例如，图3示出由控制器14实施的、考虑车辆10所位于的驾驶表面的斜度的自动的车辆控制方法40。为了开始所述方法40，控制器14确定车辆10的当前位置(步骤42)。在一些实施例中，控制器14从接收器22(例如通过总线16)接收车辆的当前位置。如上所述，接收器22可以接收GPS信号并且可以根据所接收的信号确定车辆的当前位置。车辆的当前位置可以包括第一位置点和第二位置点。例如，如在图4中示出的那样，第一位置点43a可以位于车辆10的前方附近而第二位置点43b可以位于车辆的尾部附近。在一些实施例中，接收器22直接从GPS信号确定出第一位置点43a和第二位置点43b。在其它实施例中，接收器22(或者控制器14)根据GPS信号和车辆10的特性、例如车辆的长度来确定第一位置点43a和第二位置点43b。例如，接收器可以确定车辆的中间位置的当前位置并且可以根据车辆的长度计算第一位置点43a和第二位置点43b。

在获得车辆的当前位置后，控制器14确定车辆的高度。在一些实施例中，控制器14通过将车辆的当前位置传送到存储高度数据的外部服务器44(参见图4)来确定车辆的高度(步骤46)。特别地，控制器14的输入/输出模块30将第一位置点43a和第二位置点43b通过网络、如因特网传送到服务器44。服务器44接收位置点43a和43b并且将用于位置点43a和43b中的每一个的高度传送回输入/输出模块30(步骤48)。

在一些实施例中，存储在服务器44中的高度数据包括用于地球的至少一部分的至少一个高度模型50。在一些实施例中，高度模型50包括数字高度模型(“DEM”)，所述数字高度模型是地球表面的数字模型或者三维表示。DEM是一类栅格的地理信息***(“GIS”)层。栅格的GIS将表面地形表示为像元(cell)的网格状布置，其中每一个像元具有高度值。因此，服务器44将由控制器14传送的位置点43a和43b的坐标与DEM中的点进行匹配并且与DEM中的点相关联地确定高度。

应当理解为，在一些实施例中，不具有与服务器44通信的输入/输出模块30，而是车辆10可以包括收发器52(例如与总线16连接，参见图1)。收发器52可以将车辆的当前位置(即位置点43a和43b)传送到服务器44并且从服务器44接收高度数据，如以上所描述的那样。因此应当理解为，在一些实施例中，相对于车辆10本地存储高度数据、例如存储在控制器14的计算机可读的介质34中。在这些情况下，控制器14不需要访问外部服务器44来获得高度数据。

此外，在一些实施例中，作为访问外部服务器44替代地或附加地，控制器14从高度计24获得压力测量值。一般而言，大气压力越低，则高度越高。因此，控制器14可以利用由定位在车辆10的每一个端部处的高度计24所测量的压力来确定车辆的每一个端部的高度。因此，在这些实施例中，高度计24提供与服务器44类似的高度数据。

在获得高度数据(例如从服务器44、从车辆10中的本地存储器和/或从高度计24)之后，控制器14计算车辆10所定位的驾驶表面53的斜度(参见图4)(步骤54)。例如，在一些实施例中，控制器14利用基本上实时提供的高度数据来连续计算驾驶表面53的斜度。控制器14可以利用以下几何关系来计算所述斜度：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{H_2-H_1}{\sqrt{S_x^2-{(H_2-H_1)}^2}}$

其中，H₁和H₂是用于第一和第二位置点43a和43b的高度数据(即用于车辆10前部的高度数据和用于车辆10后部的高度数据)，S_x是两个位置点43a和43b之间的纵向距离，而α是斜度。

控制器14可以借助斜度确定车辆10的其它特性、例如车辆的载荷或者质量(步骤58)。特别地，可以借助以下方程式计算纵向的车辆运动方程式：

M_vehα_vehx＝F_engine+F_slope-F_drag-F_roll-F_brake

在使用以下方程式的情况下计算F_drag：

$F_{\mathrm{drag}}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}\·A\·C_d\·v^2$

其中，ρ是空气密度，A是车辆的前方面积，C_d是车辆的牵引系数(dragcoefficient)，而v是车辆的速率。

类似地，在使用以下方程式计算F_roll：

F_roll＝f(rolling_coefficient,vehicle_mass)

然而，当车辆没有(由驾驶员或者由车辆控制器)制动并且在低速范围内行驶以便使空气动力(F_drag)阻力和滚动(F_roll)阻力可忽略时，控制器14可以计算车辆载荷。因此，可以在使用以下方程式的情况下计算车辆的载荷或者质量(M_veh)：

$M_{\mathrm{veh}}=\frac{F_{\mathrm{engine}}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{vehx}}-g*\sin \left(\mathrm{\α}\right)}$

控制器14利用所计算的斜度和/或车辆载荷以便在实施自动的车辆控制时更精确地控制车辆10(步骤60)。特别地，控制器14利用所计算的斜度和车辆载荷来降低在自动制动期间斜度的影响。例如如上所述，当车辆沿着轨迹运动时，控制器14确定用于使车辆停止在目标位置处的制动力。控制器14可以利用所计算的斜度和车辆载荷来确定更精确的制动力。

特别地，图5示出用于根据斜度和车辆载荷来确定用于车辆10的制动力的方法90。如在图5中示出的那样，控制器14使用GPS和DEM数据(或者高度计数据)来计算斜度，如以上所描述的那样(步骤100)。控制器14也从斜度计算车辆载荷(步骤101)。将所计算的斜度提供给斜度前馈模块(步骤102)。如在图5中示出的那样，斜度前馈模块获得斜度和目标位置并且输出斜度补偿。在一些实施例中，斜度补偿是用于目标加速度的补偿。

为了确定目标加速度，控制器14可以首先确定出目标速率。特别地，控制器14可以将目标位置与当前的车辆位置进行比较(步骤104)。在一些实施例中，里程计模块提供代表车辆的当前位置的信息。例如，里程计模块可以提供来自周围环境或者探测传感器(soundings sensor)以及来自车轮速度传感器的可用于确定车辆的当前位置的信息。如在图5中示出的那样，在一些实施例中，控制器14也可以使用来自里程计模块的信息(例如车辆的当前位置)来计算斜度。

位置误差反馈模块获得目标位置和车辆的当前位置(或者其比较)(步骤108)。位置误差反馈模块可以补偿车辆位置和/或目标位置(或者其比较)以便考虑误差、未知因素或者其它可变因素。位置误差反馈模块也输出车辆的目标速率以便使车辆从其当前位置移动到目标位置。

将目标速率与车辆的当前速率进行比较(步骤110)。在一些实施例中，车辆动态估计模块根据来自车轮速度传感器和惯性传感器的信息提供车辆的当前速率。速率误差反馈模块也获得目标速率和车辆的当前速率(或者其比较)(步骤114)。速率误差反馈模块可以补偿目标速率和车辆速率以考虑任何误差、未知因素或者其它可变因素。速率误差反馈模块也输出目标加速度。如上所述，根据目标加速度和由斜度前馈模块输出的斜度补偿来确定斜度补偿的目标加速度(步骤116)。在一些实施例中，如在图5中示出的那样，也根据当前的车辆加速度来确定补偿斜度的目标加速度。车辆动态估计模块可以根据来自一个或多个惯性传感器和/或车轮速度传感器的信息提供车辆的当前加速度。

将补偿斜度的目标加速度提供给车辆载荷模块(步骤118)。所述车辆载荷模块118也接收车辆载荷。车辆载荷模块根据斜度和车辆载荷输出用于将车辆定位到目标位置处的目标加速度(所述目标加速度包括加速度或者减速度)。因此，车辆载荷模块输出斜度与车辆载荷补偿的目标加速度。将由车辆载荷模块输出的目标加速度提供给加速度误差反馈模块(步骤122)。加速度误差反馈模块补偿目标加速度以考虑任何误差、未知因素、或其它可变因素并且输出用于得到目标加速度的制动力。将所述制动力提供给制动控制器20，并且制动控制器20根据制动卡钳和车轮的参数将所述制动力转换成制动压力。

应当理解为，在一些实施例中，在图5中所示出的元件和模块包含在控制器14中。然而，在其它实施例中，在图5中所示出的元件和模块可以包含在与控制器14分离的其它控制器或模块中。例如，可以在与控制器14分离的电子稳定控制(“ESC”)***中提供里程计模块和车辆动态估计模块。

应当理解为，在图1中所示出的***12的配置是仅仅一种可能的配置并且其它配置也是可能的。此外应当理解为，由控制器14确定的斜度和车辆载荷除自动辅助***以外可以用于在车辆中所包含的其它***。例如，在一些实施例中，包含在车辆中的ESC***从控制器14(例如通过总线16)获得高度、斜度和/或车辆载荷信息并且使用所述信息来调节其运行参数，以便更精确地实施用于车辆10的稳定控制。

此外应当理解为，控制器14的功能可以分布在车辆10中所包含的多个控制器或模块上、包括发动机控制器18、制动控制器20、接收器22和ESC***。例如如上所述，在一些实施例中，里程计模块和车辆动态估计模块112包含在车辆的ESC***中。同样，在一些实施例中，控制器14可以配置用于确定驾驶表面的斜度和/或车辆载荷并且将所确定出的信息(例如通过总线16)提供给一个或多个其它控制器(例如确定斜度与载荷补偿的制动力，如以上所描述的那样)，所述一个或多个其它控制器配置用于自动地控制车辆10。

因此，本发明的实施例通过确定驾驶表面的斜度来增加目标制动的精确度。相应地，所描述的***和方法增加自动辅助***的稳健性，这降低***的扰动敏感性。此外，斜度和/或车辆载荷信息也可用于缩短在自动泊车操纵期间所实施的紧急制动(例如为了避开位于以当前泊车轨迹的航线上的对象)的反应时间。此外应当理解为，除确定斜度与载荷补偿的制动力以外，控制器14可以配置用于在使用如以上所描述的类似方法的情况下确定斜度与载荷补偿的驱动力。

在以下权利要求书中提及本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于控制车辆的***，所述***包括：

控制器，其配置用于获得所述车辆的第一位置点的高度和所述车辆的第二位置点的高度，根据所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度来确定所述车辆的驾驶表面的斜度并且至少部分根据所述斜度自动地控制所述车辆。

2.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器还配置用于根据由所述车辆接收的至少一个定位信号来确定所述车辆的当前位置，所述车辆的当前位置包括所述车辆的第一位置点和所述车辆的第二位置点。

3.根据权利要求2所述的***，其中，所述控制器配置用于通过以下方式获得所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度：

通过至少一个网络将所述第一位置点和所述第二位置点传送到存储高度模型的服务器；

通过所述至少一个网络从所述服务器接收所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度。

4.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器配置用于通过下述方式获得所述高度：

从位于所述第一位置点处的第一高度计获得所探测的大气压力并且根据来自所述第一高度计的所探测的大气压力来计算所述第一位置点的高度；

从位于所述第二位置点处的第二高度计获得所探测的大气压力并且根据来自所述第二高度计的所探测的大气压力来计算所述第二位置点的高度。

5.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器配置用于根据所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度以及所述第一位置点和所述第二位置点之间的纵向距离来确定所述斜度。

6.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器还配置用于根据所述斜度来计算车辆载荷。

7.根据权利要求6所述的***，其中，所述控制器配置用于根据所述车辆载荷自动地控制所述车辆。

8.根据权利要求6所述的***，其中，所述控制器配置用于通过根据所述斜度和所述车辆载荷确定用于将所述车辆自动定位到目标位置处的制动力来自动地控制所述车辆。

9.根据权利要求8所述的***，所述***还包括：

斜度前馈模块，其配置用于根据所述斜度和当前的车辆位置输出斜度补偿；

位置误差反馈模块，其配置用于根据目标位置和所述当前的车辆位置输出目标速率；

速率误差反馈模块，其配置用于根据所述目标速率、当前的车辆速率和当前的车辆加速度输出目标加速度；

车辆载荷模块，其配置用于根据所述斜度补偿、目标加速度和车辆载荷输出已补偿的目标加速度；以及

加速度误差反馈模块，其配置用于根据所述已补偿的目标加速度输出制动力。

10.根据权利要求9所述的***，其中，所述斜度前馈模块还配置用于从里程计模块获得所述当前的车辆位置。

11.根据权利要求9所述的***，其中，所述速率误差反馈模块还配置用于从车辆动态估计模块获得所述当前的车辆速率和所述当前的车辆加速度。

12.根据权利要求1所述的***，所述***还包括第二控制器，所述第二控制器配置用于从所述第一控制器接收所述斜度并且根据所述斜度确定用于将所述车辆定位到目标位置处的制动力。

13.一种用于控制车辆的方法，所述方法包括：

获得所述车辆的当前位置，所述当前位置包括所述车辆的第一位置点和所述车辆的第二位置点；

获得所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度；

在控制器上根据所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度来确定在所述车辆的当前位置处所述车辆的驾驶表面的斜度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，获得所述车辆的当前位置包括从全球定位***接收器获得所述车辆的当前位置。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，获得所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度包括：

通过至少一个网络将所述第一位置点和所述第二位置点传送到存储高度模型的服务器；

通过所述至少一个网络从所述服务器接收所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述斜度包括根据所述第一位置点的高度和所述第二位置点的高度以及所述第一位置点和所述第二位置点之间的纵向距离来确定所述斜度。

17.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括根据所述斜度来计算车辆载荷。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，计算所述车辆载荷包括根据所述斜度、发动机力和车辆加速度来计算所述车辆载荷。

19.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括根据所述斜度和所述车辆载荷中的至少一个来确定用于将所述车辆自动地定位到目标位置处的制动力。

20.一种用于实施车辆的自动运动的方法，所述方法包括：

根据由所述车辆接收的定位信号来确定所述车辆的当前位置，所述当前位置包括第一位置点和第二位置点；

通过至少一个网络将所述第一位置点和所述第二位置点传送到存储高度模型的服务器；

从所述服务器接收用于所述第一位置点的高度和用于所述第二位置点的高度；

在控制器上根据所述第一位置点的高度、所述第二位置点的高度以及所述第一位置点和所述第二位置点之间的纵向距离来确定所述车辆的驾驶表面的斜度；

根据所述斜度确定车辆载荷；

根据所述斜度和所述车辆载荷来确定用于将所述车辆自动地停止到目标位置处的制动力。