CN108349467A - 用于包括自动紧急制动***的车辆的控制***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于包括自动紧急制动***(16)的车辆(10)的控制***(18)，其特征在于，该控制***包括：制动控制装置(26)，其适于在自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计致动；制动力能力估计装置(28)，其适于基于所施加的摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、车辆的制动力能力；道路信息装置(30)，其适于获得关于车辆前方的道路曲率的信息；横向轮胎力预测装置(32)，其适于基于所获得的关于道路曲率的信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力；以及制动策略调节装置(34)，其被构造成基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节自动紧急制动***的制动策略。

Description

用于包括自动紧急制动***的车辆的控制***和方法
技术领域
本发明涉及一种用于包括自动紧急制动***的车辆的控制***和方法。本发明例如能应用于重型车辆中，例如卡车、公共汽车和建筑设备。
背景技术
自动紧急制动(AEB)***也可以被称为高级紧急制动***(AEBS)，它是一种自主的道路车辆安全***，其监视车辆前方的交通状况并在满足特定条件时自动施加车辆的制动，以避免或减轻事故。然而，AEBS假设特定的条件是适用的。例如，根据***欧洲经济委员会(UN/ECE)第131条规定的针对AEBS的测试程序写明了：在该测试的功能部分(functional part)之前，车辆应直线行驶达至少两秒。而且，AEBS具有带有至少4m/s2减速度的紧急制动阶段。
此外，US2013173132(Yuasa等人)公开了一种制动力控制装置，它与驾驶员的制动操作无关地基于该制动力控制装置与车辆前方的障碍物的关系来控制施加到车辆的制动力，其中，在驾驶员进行避让转向以便避开已检测到的障碍物的情况下可能产生的横向力被预测，并且，根据可以在车辆的纵向方向上施加的且基于如此预测的横向力及车辆相对于车辆所行驶的路面的摩擦力而计算出的制动力来限制实际施加到车辆的纵向方向所的实际制动力。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的、用于包括自动紧急制动***的车辆的控制***和方法，该控制***和方法尤其可以考虑到“非理想的”路况。
根据本发明的一个方面，该目的通过根据权利要求1所述的***来实现。根据本发明的另一个方面，该目的通过根据权利要求12所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于包括自动紧急制动***的车辆的控制***，其中，该控制***包括：制动控制装置，该制动控制装置适于在自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计制动；制动力能力估计装置，该制动力能力估计装置适于基于所施加的摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、车辆的制动力能力；道路信息装置，该道路信息装置适于获得关于车辆前方的道路曲率的信息；横向轮胎力预测装置，该横向轮胎力预测装置适于基于所获得的关于道路曲率的信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力；以及制动策略调节装置，该制动策略调节装置被构造成基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节自动紧急制动***的制动策略。
本发明是基于这样的理解：当在车辆前方的弯道中检测到物体时施加“标准的”自动紧急制动(例如，前述的≥4m/s2的减速度)可能导致车辆滑出道路(或离开其车道)，这是因为所施加的制动可能严重减小横向轮胎力，需要该横向轮胎力以留在道路上(或在车道中)。为此，通过基于与车辆前方的道路曲率有关的信息来预测紧急制动期间所需的横向轮胎力，可以调节自动紧急制动***的制动策略，使得该车辆在弯道中紧急制动期间不会滑出道路(或车道)。此外，通过在自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计制动，可以对这种特定干预的发生时间和地点处的实际道路摩擦力加以考虑。如果摩擦力相对低(例如，由于湿路况、冰路况或雪路况)和/或在车辆前方识别出较大的道路曲率，则通常可以调节制动策略而使得自动紧急制动被更早地发起且具有比理想状况下(干燥的直道)低的纵向制动力。总体而言，当在非理想状况下施加自动紧急制动时，本控制***可以降低事故风险。此外，可以基于调节后的制动策略来估计到停止位置的更精确距离。
关于车辆前方的道路曲率的信息可以从车辆的摄像头获得。使用摄像头的优点在于检测车辆前方的实际道路曲率。替代地或补充地，关于车辆前方的道路曲率的信息可以从车辆的导航***获得。该导航***例如可以是内置GPS。使用导航***的优点在于这种导航***可以已存在于车辆中，由此，该控制***可以利用车辆中已存在的设施。
关于车辆前方的道路曲率的信息可以包括半径r。然后，可以使用公式Fy＝(mvx 2)/r来预测所需的横向轮胎力Fy，其中m是车辆的质量，并且vx是车辆的速度。
所述横向轮胎力预测装置可适于通过朝着如下状态反复地预测横向轮胎力来预测横向轮胎力：该状态即所述车辆相对于由自动紧急制动***在车辆前方道路的自身车道中检测到的物体的、期望的免碰撞状态。以这种方式，可以在干预期间连续地更新制动策略，例如考虑到车辆的减速会降低所需的横向轮胎力和/或道路的曲率(半径)可能改变。减小的半径导致横向轮胎力增加，而增大的半径导致横向轮胎力减小。“免碰撞状态”可以被解释为车辆相对于由自动紧急制动***检测到的静止物体的停止位置，或者其中该车辆与运动物体之间的碰撞时间(TTC)为无限的状态。“自身车道”可以被解释为该车辆正在其中行驶的车道。
所述摩擦力估计制动可以仅施加于车辆的特定轮轴，例如从动轮轴(tag axle)或驱动轮轴(pusher axle)。其优点在于可以减小摩擦力估计制动对车辆的正常行为和稳定性的影响。
摩擦力确定装置可适于在所述可能的干预被发起时或所述可能的干预被发起之后的预定时间直接施加摩擦力估计制动。其优点在于摩擦力预测制动可以用作已经开始自动紧急制动***干预的触觉警示。摩擦力估计制动也可以是自动紧急制动***的预制动阶段的一部分。此外，由于仅与自动紧急制动***的干预相结合地施加摩擦力估计制动，所以不存在令人讨厌的燃料消耗增加或制动盘磨损。
该车辆可以是包括挂车的铰接式车辆，其中，所述制动策略调节装置被构造成调节制动策略，以便留有足够的摩擦力来维持挂车稳定性。所需的摩擦力可以被计算为Fy＝(mtrailervx 2)/r，其中mtrailer是挂车的质量，vx是车辆的速度，并且r是道路曲率半径。
该控制***还可以包括警报装置，该警报装置适于在自动紧急制动***基于调节后的制动策略确定车辆不能制动到避开由自动紧急制动***检测到的物体的情况下警告车辆的驾驶员。该警报装置例如可适于发出“不能通过制动避免事故且转向是唯一选择”的视觉和/或听觉警示。由于该控制***考虑了实际状况(摩擦力和道路曲率)，所以可以发出更准确的警示。
该控制***还可包括辅助装置，该辅助装置适于在自动紧急制动***基于调节后的制动策略确定车辆不能制动到避开由自动紧急制动***检测到的物体的情况下，通过自动地制动车辆的各个车轮以增加或减少避开该物体所需的车辆的偏航运动，来辅助驾驶员在转向操作中避开由自动紧急制动***检测到的物体。这可以通过缩小用于车辆的偏航控制的基准偏航率频带、通过其中排除了使用简单的自行车模型根据车辆速度和方向盘角度计算出的基准偏航率周围的死区的期望偏航率的反馈控制来实现。该辅助装置的制动然后主要修正转向不足/转向过度(under/over steer)，这可以增加成功的转向避开操作的机会。
根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，其包括根据第一方面的控制***。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于包括自动紧急制动***的车辆的控制方法，该方法包括以下步骤：在自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计制动；基于所施加的摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、车辆的制动力能力；获得关于车辆前方的道路曲率的信息；基于所获得的关于道路曲率的信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力；以及，基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节自动紧急制动***的制动策略。此方面可以呈现与本发明的其他方面相同或相似的特征和/或技术效果。
根据本发明的第四方面，提供了一种包括程序代码组件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，该程序代码组件执行根据第三方面的控制方法的步骤。
根据本发明的第五方面，提供了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组件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，该程序代码组件执行根据第三方面的控制方法的步骤。
在以下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。
附图说明
参考附图，下面是作为示例给出的、本发明的实施例的更详细描述。在附图中：
图1示意性地示出了包括本发明的各方面的车辆。
图2a示出了图1的车辆的自动紧急制动***的各阶段。
图2b示出了该自动紧急制动***的调节阶段。
图3示出了作为纵向滑移的函数的轮胎力。
图4是进入弯道的图1的车辆的俯视图。
图5是根据本发明的实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
图1是车辆10的侧视图。车辆10是道路机动车辆，例如(单个)卡车。可替代地，车辆10可以是铰接式的，并且包括拖车12和挂车14。拖车12可以是牵引车。
车辆10包括自动紧急制动***16和控制***18。
自动紧急制动***16通常适于监测车辆10前方的交通状况并在满足特定条件时自动施加车辆的制动，以避免与车辆10前方的物体22碰撞。物体22可以是静止的或移动的。例如，物体22可以是另一个车辆。参见图2a，自动紧急制动***16的干预可以具有至少两个阶段：碰撞警示阶段24a和紧急制动阶段24b。在图2a中，图2a中的横轴是碰撞时间(TTC)，而纵轴是减速度。在碰撞警示阶段24a中，自动紧急制动***16可以向车辆10的驾驶员警示潜在的前向碰撞(即，物体22)。在随后的紧急制动阶段24b中，自动紧急制动***16自动地对车辆10进行制动。碰撞警示阶段和紧急制动阶段及它们的定时(timing)、持续时长和/或相关联的动作可以被称为自动紧急制动***16的制动策略。
车辆10的控制***18包括制动控制装置26、制动力能力估计装置28、道路信息装置30、横向轮胎力预测装置32和制动策略调节装置34。控制***18的各种装置可以通过适当的硬件和/或软件来实现。
制动控制装置26通常可以控制车辆10的制动。尤其是，制动控制装置26适于在自动紧急制动***16已经发起可能的干预时施加摩擦力估计制动。该摩擦力估计制动可以很短。该摩擦力估计制动可以仅施加于车辆10的特定轮轴。此外，可以在发起可能的干预时(例如，在碰撞警示阶段24a开始时)直接施加该摩擦力估计制动。替代地，可以在发起所述可能的干预之后的预定的短时间内(例如，在碰撞警示阶段24a开始之后<3秒)施加该摩擦力估计制动。
制动力能力估计装置28可以连接到制动控制装置26。制动力能力估计装置28适于基于由制动控制装置26施加的摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、车辆10的制动力能力。所估计的制动力可以表示为作为纵向滑移率的函数的、纵向轮胎力Fx和横向轮胎力Fy，如图3所示。在图3中，纵轴是轮胎力Fx、Fy[kN]，而横轴是纵向滑移率。滑移是轮胎与轮胎正在其上移动的路面36之间的相对运动。纵向滑移率为0意味着轮胎的转速等于自由滚动速度，而纵向滑移率为1意味着轮胎被锁死并且仅沿着路面36滑行。作为滑移率的函数的Fx可以基于以下公式来确定：
Fx＝(BrakePressure*ToWheelTorque-(dwheelspeed/dt)*InertiaWheel)/WheelRadius
滑移率＝(vx-wheelspeed*WheelRadius)/vx
其中，BrakePressure来自摩擦力估计制动，ToWheelTorque是制动因数[bar/Nm](压力除以所获得的制动扭矩)，(dwheelspeed/dt)是车轮加速度，InertiaWheel是所研究的车轮的转动惯量，并且WheelRadius是所研究的车轮的半径。BrakePressure可以具有单位[bar]，ToWheelTorque可以具有单位[Nm/bar]，(dwheelspeed/dt)可以具有单位[rad/s^2]，InertiaWheel可以具有单位[kgm^2]，并且WheelRadius可以具有单位[m]。BrakePresure可以在摩擦力估计制动期间被多次采样，以生成图3所示的示例性Fx曲线。可以估计出Fy，如图3所示。
道路信息装置30适于获得关于车辆前方的道路曲率的信息。该信息例如可以包括车辆10前方的道路或车道的至少一个半径r，例如参见图4，下文将对此进行更详细的说明。可以从车辆10的摄像头38和导航***40中的至少一者获得关于道路曲率的信息。导航***40例如可以是内置的GPS。
横向轮胎力预测装置32连接到道路信息装置30。横向轮胎力预测装置32适于基于由道路信息装置30获得的关于道路曲率的信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力Fy。可以使用公式Fy＝(mvx 2)/r来预测所需的横向轮胎力Fy，其中m是车辆10的质量，并且vx是车辆10的速度。类似地，Fy＝may，其中ay是车辆10的横向加速度。在自动紧急制动期间所需的横向轮胎力Fy可以在碰撞警示阶段期间预测至少一次，但其也可以在紧急制动阶段期间被预测，以便能够更新自动紧急制动***16的制动策略。
制动策略调节装置34连接到制动力能力估计装置28和横向轮胎力预测装置32。制动策略调节装置34被构造成基于由制动力能力估计装置28估计的制动力能力和由横向轮胎力预测装置32预测出的所需的横向轮胎力Fy来调节自动紧急制动***16的制动策略。例如，如果横向轮胎力预测装置32预测出在当前速度vx下需要4kN的横向轮胎力Fy以便车辆10应对道路曲率r，则对应的纵向轮胎力Fx大约为9kN，参见图3。Fx＝9kN低于最佳制动点42，但在最佳制动点42处，对应的横向轮胎力太低(大约2kN)。制动策略调节装置34因此调节自动紧急制动***16的制动策略，使得更早地发起自动紧急制动并且具有较低的减速度(＝较低的纵向制动力)。这在图2b中被示出，其中，碰撞警示阶段24a'较短，并且，紧急制动阶段24b'较长，开始得较早且具有较低的纵向制动力。图2b还示出了在碰撞警示阶段24a'中的前述摩擦力估计制动44。
现将进一步参考图4至图5来描述与控制***16对应的控制方法。图4示出了车辆10进入弯道46。该弯道具有半径r。车辆10位于其自己的车道48中。车辆10具有质量m和速度vx。车辆10的自动紧急制动***16检测到车辆10前方的弯道46中的物体22，并且发起可能的干预。在不首先调节制动策略的情况下施加自动紧急制动可能导致车辆10离开其自己的车道48，甚至如箭头50所示地滑出道路，尤其当道路很滑时和/或当弯道46很急(小半径r)时。
然而，根据该控制方法，当自动紧急制动***16已经发起可能的干预时，施加摩擦力估计制动(S1)。基于所施加的摩擦力估计制动，估计作为车轮纵向滑移的函数的、车辆10的制动力能力(S2)。此外，获得关于车辆前方的道路曲率的信息，例如半径r(S3)。基于所获得的关于道路曲率的信息，预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力(S4)。然后，基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节自动紧急制动***16的制动策略(S5)。
然后，自动紧急制动***16可以按照调节后的制动策略来自动地制动车辆10，以避免与物体22碰撞。如果摩擦力估计制动表明与路面36的摩擦力相对低(例如，由于湿路况、冰路况或雪路况)和/或弯道46很急，通常可以调节制动策略而使得自动紧急制动(即，紧急制动阶段)被更早地发起且具有比理想状况下(干燥的直路)低的纵向制动力。以这种方式，在紧急制动期间，车辆10可以留在其车道48中。图4中的附图标记10'表示在物体22静止的情况下该车辆的停止位置(s是所需的制动距离)。替代地，10'示出该车辆已减慢到非常慢使其以与移动的物体22'相同或更低的速度行驶(TTC是无限的)的状态。
在车辆10是铰接式的情况下，制动策略调节装置34可以被构造成调节制动策略成，以便留有足够的摩擦力来维持挂车稳定性。所需的摩擦力可以被计算为Fy＝(mtrailervx 2)/r，其中mtrailer是挂车的质量，vx是车辆10的速度，并且r是道路的半径。
此外，如果自动紧急制动***16基于调节后的制动策略确定车辆10不能制动到避开物体22(例如，制动距离s可能过长或者TTC可能比紧急制动阶段24b'短)，则可以相应地警告车辆10的驾驶员。为此，控制***18还可以包括警报装置52(图1)。该警报装置例如可适于发出“不能通过制动避免事故且转向是唯一选择”的视觉和/或听觉警示。控制***18还可以包括辅助装置54，该辅助装置54适于通过自动地制动车辆10的各个车轮来辅助驾驶员进行转向操作，以改善(例如，增加或降低)避开物体22所需的车辆10的偏航运动。这例如可以通过减小用于车辆10的偏航控制的基准偏航率频带(例如，排除死区)来实现。
应该理解，本发明不限于上文描述的和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。

Claims (14)

1.一种用于包括自动紧急制动***(16)的车辆(10)的控制***(18)，其特征在于，所述控制***包括：
制动控制装置(26)，所述制动控制装置(26)适于在所述自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计制动；
制动力能力估计装置(28)，所述制动力能力估计装置(28)适于基于所施加的所述摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、所述车辆的制动力能力；
道路信息装置(30)，所述道路信息装置(30)适于获得关于所述车辆前方的道路曲率的信息；
横向轮胎力预测装置(32)，所述横向轮胎力预测装置(32)适于基于所获得的关于道路曲率的所述信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力；以及
制动策略调节装置(34)，所述制动策略调节装置(34)被构造成基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节所述自动紧急制动***的制动策略。
2.根据权利要求1所述的控制***，其中，关于所述车辆前方的道路曲率的所述信息是从所述车辆的摄像头(38)获得的。
3.根据权利要求1所述的控制***，其中，关于所述车辆前方的道路曲率的所述信息是从所述车辆的导航***(40)获得的。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，其中，关于所述车辆前方的道路曲率的所述信息包括半径(r)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，其中，所述横向轮胎力预测装置(32)适于通过朝着如下状态反复地预测横向轮胎力来预测所述横向轮胎力：该状态即所述车辆相对于由所述自动紧急制动***在所述车辆前方道路的自身车道(48)中检测到的物体(22)的、期望的免碰撞状态。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，其中，所述制动控制装置(26)适于将所述摩擦力估计制动仅施加到所述车辆的特定轮轴。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，其中，所述制动控制装置(26)适于在所述可能的干预被发起时或所述可能的干预被发起之后的预定时间直接施加所述摩擦力估计制动。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，其中，所述车辆是包括挂车(14)的铰接式车辆，并且其中，所述制动策略调节装置(34)被构造成调节所述制动策略，以便留有足够的摩擦力来维持挂车稳定性。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，还包括警报装置(52)，所述警报装置(52)适于在所述自动紧急制动***基于调节后的制动策略确定所述车辆不能制动到避开由所述自动紧急制动***检测到的物体(22)的情况下警告所述车辆的驾驶员。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的控制***，还包括辅助装置(54)，所述辅助装置(54)适于在所述自动紧急制动***基于调节后的制动策略确定所述车辆不能制动到避开由所述自动紧急制动***检测到的物体的情况下，通过自动地制动所述车辆的各个车轮以增加或减少避开所述物体所需的所述车辆的偏航运动，来辅助驾驶员在转向操作中避开由所述自动紧急制动***检测到的所述物体(22)。
11.一种车辆(10)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的控制***(18)。
12.一种用于包括自动紧急制动***(16)的车辆(10)的控制方法，所述方法的特征在于以下步骤：
在所述自动紧急制动***已发起可能的干预时施加摩擦力估计制动；
基于所施加的所述摩擦力估计制动来估计作为车轮纵向滑移的函数的、所述车辆的制动力能力；
获得关于所述车辆前方的道路曲率的信息；
基于所获得的关于道路曲率的信息来预测自动紧急制动期间所需的横向轮胎力；以及
基于所估计的制动力能力和预测出的所需的横向轮胎力来调节所述自动紧急制动***的制动策略。
13.一种包括程序代码组件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求12所述的步骤。
14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载有包括程序代码组件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求12所述的步骤。
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