CN107406077B - 控制车队中的车辆之间间隙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制车队(10)中的车辆之间间隙(24a‑24c)的方法，该车队(10)包括前导车辆(12)和一个或多个跟随车辆(14a‑14c)。所述方法包括以下步骤：获得由前导车辆的自主式紧急制动***(16)识别出的潜在碰撞威胁(26)的指示参数(27)，其中，前导车辆的所述自主式紧急制动***包括多个预定义的控制阶段(28a‑28c)，并且其中，该指示参数至少部分地确定所述自主式紧急制动***的当前控制阶段；以及，将所获得的该指示参数发送到所述一个或多个跟随车辆。

Description

控制车队中的车辆之间间隙的方法
技术领域
本发明涉及一种控制车队中的车辆之间间隙的方法，该车队包括前导车辆和一个或多个跟随车辆。本发明还涉及一种计算机程序、计算机可读介质和用于控制车队中的车辆之间间隙的控制单元。本发明例如能够应用在重型车辆中，比如卡车和公共汽车。
背景技术
汽车工业、研究产业和其它产业已探索了驱动具有小的时间间隔的所谓的“车队(platoon)”或“道路列车(road trains)”中的道路车辆的可能性，主要为了节省燃料并且也为了减小驾驶员工作负荷和道路占用面积(road footprint)。通过车辆对车辆(vehicle-to-vehicle，V2V)通信和纵向控制的自动化来实现所述小的时间间隔。纵向控制和横向控制的水平在不同的车辆编队概念和道路环境之间可能不同。
通常，车队中的前导车辆努力维持目标速度，并且，假如车队中的后面的车辆由于某些原因不能采用其对前导车辆的速度，它目标在于复制(copy)具有额外限制的纵向控制以维持与前方车辆的时间间隔。然而，V2V通信的太长响应时间和车队中的车辆的过于不同的制动性能的风险可使得所期望的时间间隔大小变得不可能。
WO2013/147684公开了一种用于在由至少两个车辆形成的移动式车辆队列(train)中调节间距的方法，其包括如下步骤：连续地维持该队列的车辆之间的通信，连续地确定以队列的行程为特征的参数并使用所述参数，所述参数因此被确定为用于为该队列的车辆确定适当相互间距的基础，其中，确定该队列的车辆的所述适当相互间距的步骤包括以下步骤：使用所识别的具有对每个风险因素的概率(probability)指示的风险因素作为评估由所述风险因素产生的风险的基础，并因此调节所述间距。考虑了与车辆队列的行程相关的地方因素的地方因素包含装置包括交通状况确定装置，用于确定与该队列的车辆的行程有关的当前和/或预期交通状况，该当前和/或预期交通状况可能影响与车辆之间的间距有关的安全性并可能因此构成一个风险因素。该交通状况确定装置包括传感器装置，该传感器装置位于该队列中的车辆上，以监视它们附近的其它车辆和其它物体，例如其它的道路使用者，如骑车人或行人或者例如该队列的前导车辆的障碍物。然而，WO2013/147684的缺点是包含了概率指示，比如“稍微”，对于每一个风险因素都能够使得该方法不精确和不可预知。不精确和不可预知的风险因素评估可产生“仅为了安全(just-to-be-safe)”的裕量，这将经常由于较大的跟随间隙和较频繁的分散(dissolving)而降低车辆编队的利益(gain)和协作ACC(自适应巡航控制)。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的、控制车队中的车辆之间间隙的方法，该方法可以克服或至少减少上述及其它缺点。
根据本发明的第一方面，通过根据权利要求1所述的方法来实现上述目的。根据本发明的第二方面，通过根据权利要求12所述的方法来实现上述目的。
根据所述第一方面，提供了一种控制车队中的车辆之间间隙的方法，该车队包括前导车辆和一个或多个跟随车辆，其中，该方法包括以下步骤：获得由前导车辆的自主式紧急制动***识别出的潜在碰撞威胁的指示参数(indicator)，其中，前导车辆的所述自主式紧急制动***包括多个预定义的控制阶段，并且其中，该指示参数至少部分地确定所述自主式紧急制动***的当前控制阶段；以及，将所获得的该指示参数发送到所述一个或多个跟随车辆。这些步骤可由前导车辆执行。
所述自主式紧急制动***的所述预定义的控制阶段例如可以是标准化的或法定的。本发明是基于以下的理解：通过将从前导车辆的自主式紧急制动***获得的所述指示参数发送到所述跟随车辆，由于所述自主式紧急制动***的预定义的控制阶段，所述跟随车辆能够预测前导车辆将做什么并采取适当的超前(pre-emptive)行动。所述方法可以还包括以下步骤：在所述一个或多个跟随车辆中接收所述指示参数；以及，基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙。
所述指示参数可以是避撞时间(TTC)。其它的指示参数可以是所述潜在碰撞威胁和前导车辆之间的相对速度、所述潜在碰撞威胁和前导车辆之间的距离等。
基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤可以包括：所述一个或多个跟随车辆中的跟随车辆根据该跟随车辆在车队中的位置而从所述避撞时间中减去预定时间，从而产生减少的避撞时间；以及，该跟随车辆基于所述减少的避撞时间来调节它与前一车辆之间的间隙。车队中的最后一个车辆例如可以减去最长的时间，倒数第二个车辆可以减去第二最长的时间，如此等等。这样，该车队可以在各个车辆之间从车队的末端开始平稳地扩展出安全边界距离(safety margin distance)。基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤可以开始于车队的最后一个车辆，从而增加该最后一个车辆与前一车辆之间的间隙。
基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤可以在前导车辆的自主式紧急制动***的完全制动阶段之前被启动。这使得本方法对于车队的车辆之间的通信延迟较不敏感。此外，还可建立起缓冲距离，以减少车队中的各个车辆的不同制动能力的影响。
所述方法还可以包括：将与该车队中的最后一个车辆如何调节它与前一车辆之间的间隙有关的信息呈现给前导车辆的驾驶员。这可以允许前导车辆的驾驶员采取横向和纵向控制，以避免该车队的后部中的增加的间隙。该信息例如可以经由人机界面(例如显示器)来呈现。
可以使用车辆对车辆通信装置来执行所述指示参数的发送。也可以使用车辆对车辆通信装置来执行所述指示参数的接收。所述指示参数例如可以从前导车辆被广播(broadcast)给所述一个或多个跟随车辆。车辆对车辆通信可以在车队的车辆之间提供最快速的通信。然而，经由某些基础设施进行的通信也是可以的。
所述方法可以还包括：基于摩擦力估算值来确定前导车辆的减速能力。而且，基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤可以包括：还考虑了所述减速能力。这样，即使湿滑道路(低摩擦力)降低了减速能力并要求更早的制动，前导车辆也可以保持对所述跟随车辆来说是可预测的。
根据本发明的第二方面，提供了一种控制车队中的车辆之间间隙的方法，该车队包括前导车辆和一个或多个跟随车辆，其中，所述方法的特征在于以下步骤：在所述一个或多个跟随车辆中接收由前导车辆的自主式紧急制动***识别出的潜在碰撞威胁的指示参数，其中，前导车辆的所述自主式紧急制动***包括多个预定义的控制阶段，并且其中，该指示参数至少部分地确定所述自主式紧急制动***的当前控制阶段；以及，基于所接收到的指示参数自动地调节所述车辆之间间隙。这些步骤可以由所述一个或多个跟随车辆执行。本方面可以与本发明的第一方面具有相同或相似的特征和/或技术效果。
本发明还涉及一种包括程序代码的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。
本发明还涉及一种计算机可读介质，该计算机可读介质携载有包括程序代码的计算机程序，当所述程序产品在计算机上运行时，所述程序代码执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。
本发明还涉及一种控制单元，该控制单元用于控制车队中的车辆之间间隙，该控制单元被配置成执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。该控制单元例如可以被包括在前导车辆和/或所述跟随车辆中。
本发明还涉及一种车辆，该车辆被配置成执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。
在下文的描述和从属权利要求中，公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图描述
参考附图，下面是作为示例给出的、对本发明的实施例的更详细描述。在附图中：
图1示意性地示出了包含本发明的各个方面的车队。
图2示出了图1中的车队的前导车辆的自主式紧急制动***的预定义的控制阶段。
图3是控制图1的车队中的车辆之间间隙的方法的流程图。
图4示出了在图2的方法的背景下的预定义的控制阶段。
图5是根据另一实施例的、控制车队中的车辆之间间隙的方法的流程图。
图6示出了在图5的方法的背景下的、修改后的控制阶段。
具体实施方式
图1是车队(或道路列车)10的侧视图。在本发明的背景下的车队可以定义为由手动操作的重型前导车辆引导的一组车辆，其中，在后车辆(例如卡车、公共汽车和/或轿车)自动地——横向和纵向跟随前导车辆。在前导车辆之后的车辆被称为跟随车辆。车队10的车辆是机动道路车辆，尽管这些车辆中的至少一个可以具有挂车。尽管前导车辆具有可手动操作该车辆的驾驶员，但该驾驶员也可使用不同的自动化水平，例如，辅助速度控制或完全速度控制，车道保持辅助或完全横向转向支持。
图1中示出的车队10包括前导车辆12和三个跟随车辆14a-14c，但所述跟随车辆的数目可以更少或更多。
前导车辆12包括自主式紧急制动(AEB)***16、车辆对车辆(V2V)通信装置18、人机界面(HMI)20、以及用于控制车队10中的车辆之间间隙24a-24c的电子控制单元(ECU)22。控制单元22连接到AEB***16、V2V通信装置18和HMI 20。
AEB***16也可以称为高级紧急制动***(AEBS)。AEB***16适于识别潜在碰撞威胁26，并针对所识别出的碰撞威胁26得到安全指示参数(indicator)27，该安全指示参数27为避撞时间(TTC)的形式。可以通过前导车辆12与潜在碰撞威胁26之间的相对速度和距离来得到该避撞时间(time to collision)(其中所有车辆都在同一车道上横向固定的稳定状况)，但也可以考虑加速度、驾驶员响应、横向威胁等(动态状况)。该避撞时间例如可以用秒来表示。潜在碰撞威胁26例如可以是位于前导车辆12的预计路径上的另一车辆。AEB***16还适于根据所得到的避撞时间自动地使前导车辆12减速或制动。
特别地，AEB***16包括多个预定义的控制阶段28a-28c，如图2所示。在图2中，x轴是避撞时间，而y轴是减速度。所述预定义的控制阶段28a-28c例如可以是标准化的或法定的(由法律确定)。所述预定义的控制阶段28a-28c包括第一警报(alert)阶段28a、第二警告(warning)阶段28b和第三完全制动阶段28c。当前控制阶段28a-28c取决于所得到的避撞时间。在警报阶段28a中，前导车辆12的驾驶员被警报：已检测到潜在碰撞威胁26。该阶段28a中的警报例如可以是光学的、听觉的和/或包括某些光脉冲制动。图2中示出了后一种情况。在警告制动阶段28b中，AEB***16通过应用制动和/或关小的油门来自动地使前导车辆12减速。如图2所示，减速度可以随着避撞时间的变短而增加。最后，在完全制动阶段28c中，AEB***16自动地对前导车辆12应用完全制动。
车辆对车辆通信装置18通常适于将数据发送到跟随车辆14a-14c中的至少一个车辆和/或从跟随车辆14a-14c中的至少一个车辆接收数据。V2V通信装置18例如可适于对所有的跟随车辆14a-14c广播数据。特别地，V2V通信装置18可用于将所得到的避撞时间从前导车辆12发送到跟随车辆14a-14c。例如，V2V通信装置18可基于WLAN，例如IEEE802.11p标准。
人机界面20通常适于为前导车辆12的驾驶员呈现信息。特别地，如下文将进一步说明的，HMI界面20可用于呈现关于该车队的最后一个车辆14c如何调节它与前一车辆14b的间隙24c的信息。HMI界面20例如可以是在前导车辆12的仪表板上的显示器。
现在转到所述跟随车辆14a-14c，每一个跟随车辆14a-14c都包括自动纵向控制***30a-30c、车辆对车辆(V2V)通信装置32a-32c、以及用于控制车队10中的车辆之间间隙24a-24c的电子控制单元(ECU)34a-34c。在每一个跟随车辆14a-14c中，控制单元34a-34c连接到自动纵向控制***30a-30c和V2V通信装置32a-32c。
自动纵向控制***30a-30c通常适于基于至少一个输入来自动地控制所述跟随车辆14a-14c的油门/制动/速度。特别地，如下文将进一步说明的，自动纵向控制***30a-30c可用来基于AEB***16所得到的避撞时间而自动地调节与在前车辆的间隙24a-24c。自动纵向控制***30a-30c也能够基于来自一个或多个车载传感器的读数来调节与在前车辆的间隙24a-24c，该一个或多个车载传感器测量与在前车辆的实际间隙。
车辆对车辆通信装置32a-32c通常适于接收来自该车队的一个或多个其它车辆的数据和/或将数据发送到该车队的一个或多个其它车辆。特别地，V2V通信装置32a-32c可用于接收来自前导车辆12的所得到的避撞时间。像前导车辆12的车辆对车辆通信装置18一样，V2V通信装置32a-32c也可以基于WLAN，例如IEEE802.11p标准。
在操作中，并且通过进一步参考图3和4，可以如下地控制车队10中的车辆之间间隙24a-24c(即，车队10的车辆之间的时间和/或距离)：
最初，前导车辆12的AEB***16识别出潜在碰撞威胁26(步骤S1)，并开始得到所述避撞时间TTC(步骤S2)。
控制单元22获得所得到的TTC(步骤S3)，并且，所得到的TTC经由V2V通信装置18从前导车辆12发送(广播)到跟随车辆14a-14c(步骤S4)，如图1中的附图标记27所示。
在每一个跟随车辆14a-14c中，经由V2V通信装置32a-32c接收所述TTC(步骤S5)，并且，控制单元34a-34c使用所述TTC通过自动纵向控制***30a-30c自动地调节车辆之间间隙24a-24c(步骤S6)。
上述步骤S1-S6(至少步骤S2-S6)可以被连续地执行。
前导车辆的AEB***16的所述预定义的控制阶段28a-28c通常是已知的。因此，(仅)通过接收该TTC，所述跟随车辆14a-14c就能够预测前导车辆12将做什么并相应地采取超前行动，而不是必须使用V2V通信将所述控制阶段28a-28c从前导车辆12预先传送到所述跟随车辆14a-14c。所述预定义的控制阶段28a-28c例如可以预存储在所述跟随车辆14a-14c的控制单元34a-34c中。
为了自动地调节车辆之间间隙24a-24c，每一个跟随车辆14a-14c都可以从所接收到的TTC减去预定时间。所接收到的TTC在图4中被表示为TTC12。此预定时间取决于该跟随车辆在车队10中的位置。最后一个跟随车辆14c减去最长的预定时间，从而导致减少的TTC14c，倒数第二个跟随车辆14b减去第二最长的预定时间，从而导致(较少)减少的TTC14b，并且最靠近前导车辆12的跟随车辆14a减去最短的预定时间，从而导致(最少)减少的TTC14a。图4中示出了所接收到的TTC12(即，用于前导车辆的TTC)和减少的TTC14a、TTC14b、TTC14c。在图4中，可见看到前导车辆12处于早期的警报阶段28a，没有减速度。另一方面，第一个跟随车辆14a具有与警报阶段28a的后期相对应的TTC14a，因此，它的自动纵向控制***30a可应用与警报阶段28a的光脉冲制动相对应的光脉冲制动，从而使间隙24a稍微增大。中间的跟随车辆14b具有与警告制动阶段28b的早期相对应的TTC14b，因此，它的自动纵向控制***30b可应用与警告制动阶段28b的制动和/或关小的油门相对应的制动和/或关小的油门，从而使间隙24b增大。最后一个跟随车辆14c具有与警告制动阶段28b的后期相对应的TTC14c，因此，它的自动纵向控制***30c可应用与警告制动阶段28b的制动和/或关小的油门相对应的更大制动和/或进一步关小的油门，从而使间隙24c比间隙24b增加得更多。这样，车队10可以在各个车辆12和14a-14c之间从车队10的末端开始平稳地扩展出安全边界距离。此外，由于图4中的间隙尺寸的增加开始于完全制动阶段28c之前，车队10的控制对V2V通信中的延迟很不敏感。此外，还在车队10的车辆12和14a-14c中建立起了缓冲距离，以减少不同制动能力的影响。如果潜在碰撞威胁26消失了或者仅造成更长的TTC，则仅进行小而平稳的减速，从而仅对燃料消耗和行驶协调性有轻微影响。
为了使前导车辆12的驾驶员意识到与前导车辆12的预计路径上的潜在碰撞威胁26之间的时间间隔(TTC)如何影响最后一个跟随车辆14c的纵向控制，关于车队10的最后一个车辆14c如何调节其与前一车辆14b的间隙24c的信息可以在人机界面20上呈现给前导车辆12的驾驶员(步骤S7)。HMI 20例如可以示出最后一个跟随车辆14c到接下来的控制阶段28a-28c的裕量(margins)。例如，如果驾驶员看到最后一个跟随车辆14c即将从警报阶段28a转到警告制动阶段28b，则驾驶员可以平稳地增加与潜在碰撞威胁26的距离，以便避免最后一个跟随车辆14c自动地减速并且车队10拉长。因此，通过该HMI 20，前导车辆12的驾驶员也能采用横向和纵向控制以避免车队10后部中的增加的间隙24。
图5是控制车队10中的车辆之间间隙24a-24c的方法的另一实施例的流程图。图5中的步骤S1-S5和S7可以与图3所公开的方法中相同，但图5的方法还包括步骤S8-S10和修改后的步骤S6’。
在步骤S8中，基于摩擦力估算值来确定前导车辆12的当前减速能力。例如，减速能力可由控制单元22确定，并从前导车辆12经由V2V通信装置18发送(广播)到跟随车辆14a-14c(步骤S9)。
在每一个跟随车辆14a-14c中，所述减速能力被经由V2V通信装置32a-32c接收到(步骤S10)，并且与所接收到的TTC一起被控制单元34a-34c用于通过所述自动纵向控制***30a-30c来自动地调节车辆之间间隙24a-24c(步骤S6’)。
如果例如由于道路湿滑(低摩擦力)而使得前导车辆12的当前减速能力被确定为低于在干燥柏油碎石路面(dry tarmac)上的减速能力，则可以修改所述警告制动阶段和完全制动阶段，如图6所示。在图6中，由于道路湿滑，修改后的完全制动阶段28c’的减速度(y轴)与图4的完全制动阶段28c相比降低了(图6中的虚线)。为了补偿该降低的减速度，修改后的完全制动阶段28c’开始得更早。也就是说，修改后的完全制动阶段28c’的持续时间(x轴)被延长了，使得修改后的完全制动阶段28c’的面积A’(积分)与图4的完全制动阶段28c的面积A保持相同。修改后的警告制动阶段28b’缩短的幅度可以与修改后的完全制动阶段28c’延长的幅度一样多。此外，修改后的警告制动阶段28b’的减速度增加了，以使其面积B’保持恒定。图4的警告制动阶段28b的面积由B表示。因此，修改后的控制阶段28b’和28c’导致最后一个跟随车辆14c(TTC14c)和中间的跟随车辆14b(TTC14b)相比于图4增加了其减速度，以克服由于道路湿滑而引起的减速能力下降。
可以各种方式来估算上述摩擦力：
·前导车辆12上或路旁的光学传感器可以检测道路表面的物理状态，例如干燥、湿、雪、冰等。然后使用查找表将所检测到的物理状态转换为摩擦力估算值。
·可以使用所测量到的、驱动轮或发动机制动轮与自由滚动轮之间的滑移水平之间的差值。滑移差值和驱动轮/发动机制动轮上的扭矩差值以及车轮上的重力(法向力)一起为计算或估算所述摩擦力提供了数学基础。
·可以使用在特定转向角度下测量到的横向滑移。车辆的不同部件中的偏航率传感器或GNNS(全球导航卫星***)接收器之间的相对定位给出了偏航率，该偏航率可以与如下情况中的理论或数学上的偏航率进行比较：特定速度和转向角度下的、以及不同轴线上的重量分布、差速制动的特定水平下的偏航率，等等。
·所测量到的在特定转向角速度和转向角度下进行动力转向的旋转阻力可用来估算摩擦力，尤其在低速下。
·可以利用车辆的ESP(电子稳定程序)或ABS(防抱死制动***)***的介入来估算摩擦力。
应当理解，本发明不限于上文描述并在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将意识到，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变型。例如，诸如车辆12或14a-14c的车辆均可以构造成充当前导车辆和跟随车辆。这样，该车辆在车队中没有预定作用，而是能够根据情况用作前导车辆或用作跟随车辆。

Claims (10)

1.一种控制车队(10)中的车辆之间间隙(24a-24c)的方法，所述车队(10)包括前导车辆(12)和一个或多个跟随车辆(14a-14c)，其中，所述方法包括以下步骤：
获得由所述前导车辆的自主式紧急制动***(16)识别出的潜在碰撞威胁(26)的指示参数(27)，其中，所述前导车辆的所述自主式紧急制动***包括多个预定义的控制阶段(28a-28c)，并且其中，所述指示参数至少部分地确定所述自主式紧急制动***的当前控制阶段；以及
将所获得的所述指示参数发送到所述一个或多个跟随车辆，
其特征在于，所述指示参数是避撞时间。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在所述一个或多个跟随车辆中接收所述指示参数；和
基于所接收到的所述指示参数自动地调节所述车辆之间间隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所接收到的所述指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤包括：
所述一个或多个跟随车辆中的跟随车辆(14c)根据该跟随车辆在所述车队中的位置而从所述避撞时间中减去预定时间，从而产生减少的避撞时间(TTC14C)；以及
该跟随车辆基于所述减少的避撞时间来调节该跟随车辆与前一车辆(14b)之间的间隙(24c)。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所接收到的所述指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤开始于所述车队的最后一个车辆(14c)，从而增加所述最后一个车辆(14c)与前一车辆(14b)之间的间隙(24c)。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所接收到的所述指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤在所述前导车辆的所述自主式紧急制动***的完全制动阶段(28c)之前被启动。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括：
为所述前导车辆的驾驶员呈现关于所述车队的最后一个车辆(14c)如何调节所述最后一个车辆(14c)与前一车辆(14b)之间的间隙(24c)的信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用车辆对车辆通信装置(18)来执行所述指示参数的发送。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，使用车辆对车辆通信装置(32a-32c)来执行所述指示参数的接收。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于摩擦力估算值来确定所述前导车辆的减速能力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于所接收到的所述指示参数自动地调节所述车辆之间间隙的步骤包括：还考虑了所述减速能力。
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