CN115743103A - 用于脱手驾驶辅助的车载设备、车载***和方法 - Google Patents

用于脱手驾驶辅助的车载设备、车载***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于脱手驾驶辅助的车载设备、车载***和方法。该车载设备包括：获取模块，配置成获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号；判断模块，配置成基于所述脱手辅助状态信号判断所述车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障；触发模块，配置成在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发短促制动；以及确定模块，配置成基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中的动态建压。

Description

用于脱手驾驶辅助的车载设备、车载***和方法
技术领域
本申请总体上涉及脱手驾驶辅助(Hands-free driving assistance)中的汽车功能安全，尤其涉及一种用于脱手驾驶辅助的车载设备以及一种用于脱手驾驶辅助的车载***，还涉及相应的脱手驾驶辅助方法以及相应的机器可读存储介质。
背景技术
在脱手驾驶辅助的研发过程中，关于汽车安全性的课题是最为关注的方面。例如，在本车处于脱手驾驶辅助的过程中，一旦预测出本车将偏离其行驶车道(本车道)，则需要转向***立马作出反应以将本车拉回本车道的中心线附近。但是，这时如果车辆的转向***出现了故障导致其丢失了转向辅助能力，则本车将很快脱离本车道，这可能引起严重的碰撞事件。
鉴于此，一种现有的解决方案是在车辆中采用冗余的转向***。这样，在车辆的脱手驾驶辅助过程中，一旦主转向***出现故障，就可以立马启用备用的转向***来执行转向辅助功能。但是，冗余的转向***会导致车辆成本大幅度上升，由此并不被广为接受。
另一种现有的解决方案是在车辆中发出声学/光学报警。研究表明，驾驶员在接收到声光报警之后，通常会及时接管车辆。但是，其中存在一部分驾驶员会以仅一只手握住方向盘的方式来接管车辆。这将使得驾驶员难以操作方向盘以偏转车辆，因为在车辆转向***的转向辅助功能已丢失的情况下，将导致手工转动方向盘非常重，通常单手操作方向盘无法实现车辆迅速转向。这样，虽然驾驶员作出了接管车辆的响应，但车辆依然会脱离本车道。
因此，需要研究有效的安全手段来解决现有技术中的上述问题。
发明内容
在此背景下，本发明旨在提供一种用于脱手驾驶辅助的解决方案，其能够符合车规级的功能安全标准。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于脱手驾驶辅助的车载设备，其包括：获取模块，配置成获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号；判断模块，配置成基于所述脱手辅助状态信号判断所述车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障；触发模块，配置成在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发短促制动；以及确定模块，配置成基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中的动态建压。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于脱手驾驶辅助的车载***，其包括：如上所述的车载设备，构造成判断是否触发短促制动，并在判定为触发短促制动时确定用于所述短促制动的动态制动力；以及人机交互界面，构造成在车内提供用于提醒用户用双手握住方向盘并接管车辆的信息。
根据本发明的第三方面，提供了一种脱手驾驶辅助方法，可选地由如上所述的车载设备和/或如上所述的车载***执行，所述方法包括：获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号；基于所述脱手辅助状态信号判断车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障；在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发车辆的短促制动；以及基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中动态建压。
根据本发明的第四方面，提供了一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得一个或多个处理器执行上述方法。
以上给出了本发明主要方面的概要，以便对这些方面的基本理解。该概要不旨在描述本发明全部方面的关键或重要元素，也不旨在限定本发明任一或全部方面的范围。该概要的目的是以简化的形式给出这些方面的一些实现，作为后文将给出的详细描述的序言。
附图说明
图1示意性示出了可以在其中实施本发明的一些实现的环境。
图2是根据本发明一实施方式的车载设备的示意性框图。
图3是根据本发明一实施方式的脱手驾驶辅助过程的流程图。
图4是根据本发明一实施方式的短促制动曲线。
图5是根据本发明一实施方式的脱手驾驶辅助方法的流程图。
具体实施方式
车辆的脱手驾驶辅助功能应当符合车规级的功能安全要求。例如，脱手驾驶辅助功能应当符合汽车电子功能安全标准ISO26262。
为此，对驾驶员在脱手驾驶辅助过程中的可控性进行了细致调研。调研结果表明，采用短促制动(Brake jerk)的警示手段能够充分地使驾驶员感受到当前情况的急迫性并本能地用双手握住方向盘，从而接管车辆。
另外，虽然短促制动的警示手段会带来一定程度的不舒适。但是，在车辆的生命周期中，横向控制丢失的概率是极低的。例如，在车辆的生命周期中，横向控制丢失最多发生一次。因此，短促制动这种最为有效的警示手段是可以被接受的。
而且，经过研究和论证，在车辆的生命周期中，横向控制丢失并且短促制动无法执行两者在同一个驾驶循环中出现的概率更是极低的(从安全角度可以接受)。例如，在车辆的生命周期中，同时发生横向控制丢失并且短促制动无法执行的概率约为10^(-6)。因此，本发明的短促制动手段具备鲁棒性和可行性。
本发明主要涉及脱手驾驶辅助的安全性解决方案，其能够检测出在脱手驾驶辅助期间车辆横向控制丢失的情形，及时触发短促制动，并且确定出用于短促制动的合理参数。
本发明实施例的技术方案尤其适用于高速、高架、国道之类的场景下的脱手驾驶辅助安全性解决方案。
根据本发明实施例的技术方案，能够实现脱手驾驶辅助功能的车规级安全目标，即，在在整个脱手驾驶辅助过程中，避免车辆偏离自车道，符合车规级安全标准(ASIL：Automotive Safety Integration Level)。
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1示意性示出了可以在其中实施本发明的一些实现的环境，该环境可以是车载应用环境。在图1示出的环境中，主要包括设置在车辆中的脱手驾驶辅助***1、制动***2、转向***3、人机交互界面4以及车载设备5。
脱手驾驶辅助***1接收用户输入，以激活脱手驾驶辅助功能，并提供脱手驾驶辅助的控制逻辑。该***的控制逻辑可以设置车辆的域控制器(未示出)中。
制动***2在接收到短促制动的触发指令后，按照根据本发明实施例确定出的短促制动参数(例如，短促制动的时长和在该时长期间的动态制动力)来执行短促制动。
转向***3提供车辆的横向控制。转向***3在无故障情况下与制动***2和脱手驾驶辅助***1(域控制器)实时通信，这样它们能够知道彼此的状况。
人机交互界面4在车内提供用户与车机之间的交互。人机交互界面4可以接收用户输入并向用户输出信息。人机交互界面4可以借助于多种人机交互方式来实现车内用户与车机之间的信息交互。人机交互方式可以包括触屏、语音识别(ASR)、动作识别(例如，手势识别)、眼球识别、脑波识别中的一项或多项。
本发明一个方面提供了一种用于脱手驾驶辅助的车载***，其可以包括人机交互界面(HMI)4和车载设备5。车载设备5构造成确定是否触发短促制动，并在确定为触发短促制动时确定用于该短促制动的制动力。人机交互界面4构造成在车内提供用于提醒用户用双手握住方向盘并接管车辆的信息。
车载设备5包括根据本发明实施例的脱手驾驶辅助策略。在图2中，示出了根据本发明一实施方式的车载设备5，其主要包括检测模块51、获取模块52、判断模块53、触发模块54和确定模块55。检测模块51、获取模块52、判断模块53、触发模块54和确定模块55可以设置在车辆的制动***2中。这些模块的工作原理和过程将在下文中具体介绍。
在一实施例中，车载设备5还可以包括提醒模块56。提醒模块56可以设置在车辆的域控制器中。提醒模块56可以与人机交互界面4通信，并在车内触发短促制动的同时向人机交互界面4输出提醒信号，以便人机交互界面4向用户提供双手握住方向盘并接管车辆的提醒信息。
可以理解的是，车载设备5的各模块可以以软件或硬件或软件与硬件结合的方式实现，它们的命名是逻辑上的(功能性的)，并非对它们的物理位置或具体实现方式的限定。例如，这些模块可以设置在同一芯片或电路中，也可以设置在不同的芯片或电路中。
图3示出了根据本发明一实施方式的脱手驾驶辅助过程300。下面，参照图3介绍根据本发明实施例的车载***和车载设备的工作原理和过程。
在框302中，检测模块51检测车辆的制动***2是否能够产生短促制动。在检测结果为制动***2无法产生短促制动时，向脱手驾驶辅助***1发送用于禁用脱手驾驶辅助功能的控制信号。这时，脱手驾驶辅助功能无法被激活，驾驶员应当双手握住方向盘并驾驶车辆，并且退出脱手驾驶辅助过程300(框304)。在检测结果为制动***2可以产生短促制动时，允许脱手驾驶辅助功能被激活，并且继续执行脱手驾驶辅助过程300。
在一实施例中，在车辆的每个驾驶周期之初，检测模块51在制动***2中进行自检。例如，检测模块51向制动***2的马达发送试运转的控制信号，用于检测其是否能够正常运转。如果制动***的马达能够正常运转，则认为制动***能够产生短促制动。相反，如果制动***的马达无法运转，则认为制动***无法产生短促制动。
在框306中，获取模块52获取来自脱手驾驶辅助***1的脱手辅助状态信号和来自转向***3的转向辅助状态信号。脱手辅助状态信号可以表示脱手驾驶辅助功能是否被激活。转向辅助状态信号可以表示转向***的状态。
在框308中，判断模块53判断是否满足触发短促制动的条件，即，判断脱手驾驶辅助功能是否被激活并判断转向辅助***是否出现故障。
在框3081中，判断模块53基于脱手辅助状态信号判断脱手驾驶辅助功能是否被激活。脱手辅助状态信号可以包含表示脱手驾驶辅助功能是否被激活的标志位。判断模块53识别该标志位信息就可以判断出脱手驾驶辅助是否被激活。
在框3082中，判断模块53基于转向辅助状态信号判断转向***是否出现故障。转向***3以预定的时间间隔向制动***2发送转向辅助状态信号。该转向辅助状态信号可以包含多个字段，每个字段表示转向***的一项功能状态。例如，多个字段分别对应于转向***的微控制器状态、电源状态、通信状态。在检测到转向***的任一项功能状态出现故障，则认为转向***出现了故障。
另外，存在转向***与制动***之间通信已发生故障而使得制动***无法接收到转向辅助状态信号的情形。在该情况下，可以通过超时判断来实现检测。例如，如果制动***超过预定时长没有接收到该转向辅助状态信号，则判定为转向***出现了故障。在转向***与制动***之间传送的转向辅助状态信号应当按照预定时间间隔(即，预定时长)来传送，该预定时长作为检测标准预先设置在制动***和转向***两者中。换言之，制动***具有用于判断转向辅助状态信号是否超时的判断标准。
由此可见，在转向***的转向辅助功能出现故障和转向***与制动***之间的通信出现故障中的至少之一发生时，就判定为转向***出现了故障。
可以理解的是，本发明旨在最大程度地检测出故障并采取安全措施，并不旨在区别出故障类型或故障原因。换言之，针对转向***的判断逻辑的设计是为了能够检测出故障，并非鉴别故障来源或故障类型。
在框310中，触发模块54在判断模块53判定为脱手驾驶辅助功能已激活并且转向***出现了故障的情况下，触发短促制动。
在判断模块53判定为脱手驾驶辅助功能未被激活或者转向***未出现故障的情况下，返回到框306。
在框312中，确定模块55确定用于短促制动的制动力，以便制动***按照确定出的制动力实现短促制动。该短促制动的制动力在整个短促制动过程中是动态变化的，与车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率相关联，其中，车辆纵向减速度的变化率可以表征车辆在制动过程中的抖动(震动)程度。
车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率这个三个参数综合起来会影响用户对于短促制动的感觉，即，触发的短促制动是否足以引起用户警觉。总的来说，用户的感觉不能过弱，以免该短促制动无法引起用户足够的警觉。
在一实施例中，在整个短促制动过程中，车辆纵向减速度的变化率和短促制动的总时长都是变量。在该实施例中，可以为车辆纵向减速度的变化率和短促制动的总时长分别设置下限值，确保这两个参数值不会过小而起不到上述警示效果。当然，也可以为这两个参数分别设置上限值，以避免这两个参数值过大而造成车辆或驾驶员损伤。在该实施例中，在这两个参数各自的上下限范围内，根据具体的应用场景，可以调节车辆纵向减速度的变化率和/或短促制动的总时长，以满足足以引起用户用双手握住方向盘并接管车辆的注意。
在另一实施例中，该短促制动具有预定时长。该预定时长可以通过实验和/或模型计算得到。确定模块55基于以下公式计算短促制动的制动力：
F(t)＝J(k)*m*t
其中，F(t)为短促制动在时刻t所需的制动力；
t为短促制动的已持续时长，t的最大值为短促制动的预定时长；
J(k)为车辆纵向减速度的变化率，该值与车辆的悬架刚度k相关联；
m为车辆的质量。
在该实施例中，预先设定短促制动的总时长，并实时计算在该总时长内的动态制动力。车辆纵向减速度的变化率J(k)可以采用查表的方式来确定。例如，在确定模块55中存储有包含J(k)值与车辆悬架刚度k之间对应关系的对应关系表。确定模块55将当前车辆的悬架刚度输入到该对应关系表中并查找出相应的J(k)值。
由此可见，车辆的质量越大和/或悬架刚度越小，短促制动的制动力越大。相反，车辆的质量越小和/或悬架刚度越大，短促制动的制动力越小。这样，针对不同的车辆参数，提供匹配的短促制动制动力，能够更有效地实现车辆安全性。
图4示出了根据本发明一实现方式的短促制动曲线。参见图4，横坐标表示时间t，纵坐标表示车辆纵向减速度a，该曲线表示车辆纵向减速度a相对于时间t的变化率。“TRIGGER”示出的位置表示短促制动的触发点(即，生成短促制动的触发信号的时刻)。t1表示制动***在接收到该触发信号后的准备时长，例如，制动***在该准备时长内计算制动液量和预填充。t2表示短促制动的总时长。k表示在短促制动过程中车辆纵向减速度的变化率。
在一实施例中，准备时长t1为300ms。短促制动的总时长t2为350ms。车辆纵向减速度的变化率k为17m/s3。
另外，在车辆中触发短促制动的同时，可以在人机交互界面上呈现用于提醒驾驶员双手握住方向盘并接管车辆的信息。例如，转向***3在其出现故障时向域控制器发送故障信号，设置于域控制器中的提醒模块56响应于该故障信号生成提醒信号，并将该提醒信号传输给人机交互界面4，以便人机交互界面4在车内提供用于提醒驾驶员双手握住方向盘并接管车辆的信息。
可以理解的是，在转向***的通信出现故障而无法发送故障信号的情况下，域控制器可以通过与上面描述类似的超时判断逻辑来判断出转向***出现了故障，从而生成并向人机交互界面发送提醒信号。
图5示出了根据本发明一实施方式的脱手驾驶辅助方法500。该方法可以由上述车载设备或车载***执行，以上关于车载设备和车载***的描述同样适用于此。
参见图5，在步骤502中，获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号。
在步骤504中，基于所述脱手辅助状态信号判断车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障。
在步骤506中，在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发车辆的短促制动。
在步骤508中，基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中动态建压。
本发明还提供机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得一个或多个处理器执行上述脱手驾驶辅助方法500。
可以理解的是，以上描述的所有模块都可以通过各种方式来实施。这些模块可以被实施为硬件、软件、或其组合。此外，这些模块中的任何模块可以在功能上被进一步划分成子模块或组合在一起。
可以理解的是，处理器可以使用电子硬件、计算机软件或其任意组合来实施。这些处理器是实施为硬件还是软件将取决于具体的应用以及施加在***上的总体设计约束。作为示例，本发明中给出的处理器、处理器的任意部分、或者处理器的任意组合可以实施为微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门逻辑、分立硬件电路、以及配置用于执行在本公开中描述的各种功能的其它适合的处理部件。本发明给出的处理器、处理器的任意部分、或者处理器的任意组合的功能可以实施为由微处理器、微控制器、DSP或其它适合的平台所执行的软件。
可以理解的是，软件应当被广泛地视为表示指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、运行线程、过程、函数等。软件可以驻留在计算机可读介质中。计算机可读介质可以包括例如存储器，存储器可以例如为磁性存储设备(如，硬盘、软盘、磁条)、光盘、智能卡、闪存设备、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器或者可移动盘。尽管在本发明给出的多个方面中将存储器示出为是与处理器分离的，但是存储器也可以位于处理器内部(如，缓存或寄存器)。
虽然前面描述了一些实施方式，这些实施方式仅以示例的方式给出，而不意于限制本发明的范围。所附的权利要求及其等同替换意在涵盖本发明范围和主旨内做出的所有修改、替代和改变。

Claims (11)

1.一种用于脱手驾驶辅助的车载设备，包括：
获取模块，配置成获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号；
判断模块，配置成基于所述脱手辅助状态信号判断所述车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障；
触发模块，配置成在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发短促制动；以及
确定模块，配置成基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中动态建压。
2.如权利要求1所述的车载设备，其中，所述车载设备还包括检测模块，其配置成在脱手驾驶辅助功能被激活之前，检测车辆的制动***是否能够产生短促制动，
在检测结果为所述制动***无法产生短促制动时，向车辆的脱手驾驶辅助***发送用于禁用脱手驾驶辅助功能的控制信号，结束本次脱手驾驶辅助过程；并且
在检测结果为所述制动***能够产生短促制动时，允许脱手驾驶辅助功能被激活，继续本次脱手驾驶辅助过程。
3.如权利要求1或2所述的车载设备，其中，车辆纵向减速度的变化率和短促制动的总时长都是变量，并且各自具有预定的下限值和上限值；并且
所述确定模块配置成将车辆纵向减速度的变化率和短促制动的总时长两者的调节成满足足以引起用户用双手握住方向盘并接管车辆的注意。
4.如权利要求1或2所述的车载设备，其中，所述短促制动具有预定时长，所述确定模块配置成基于以下公式计算出用于所述短促制动的制动力，
F(t)＝J(k)*m*t
其中，F(t)为短促制动在时刻t所需的制动力；
t为短促制动的已持续时长，t的最大值为所述短促制动的预定时长；
J(k)为车辆纵向减速度的变化率，该值与车辆的悬架刚度k相关联；
m为车辆的质量。
5.如权利要求4所述的车载设备，其中，在确定模块中具有包含J(k)值与车辆悬架刚度之间对应关系的对应关系表，并且所述确定模块在所述对应关系表中查找出与当前车辆悬架刚度相应的J(k)值。
6.如权利要求1-5中任一项所述的车载设备，其中，所述判断模块在基于所述转向辅助状态信号判断出转向***的转向辅助功能丢失和与制动***之间的通信丢失中的至少之一出现时，判定为转向***出现了故障。
7.如权利要求2所述的车载设备，其中，所述车载设备还包括提醒模块，其配置成在所述短促制动被触发的同时，向车辆的人机交互界面传输提醒信号，以便在车内提供用于提醒用户用双手握住方向盘并接管车辆的信息。
8.如权利要求7所述的车载设备，其中，所述检测模块、所述获取模块、所述判断模块、所述触发模块和所述确定模块设置在车辆的制动***中，并且所述提醒模块设置车辆的域控制器中。
9.一种用于脱手驾驶辅助的车载***，包括：
如权利要求1-8中任一项所述的车载设备，构造成判断是否触发短促制动，并在判定为触发短促制动时确定用于所述短促制动的动态制动力；以及
人机交互界面，构造成在车内提供用于提醒用户用双手握住方向盘并接管车辆的信息。
10.一种脱手驾驶辅助方法，可选地由如权利要求1-8中任一项所述的车载设备和/或如权利要求9所述的车载***执行，所述方法包括：
获取来自车辆的脱手驾驶辅助***的脱手辅助状态信号和来自所述车辆的转向***的转向辅助状态信号；
基于所述脱手辅助状态信号判断车辆的脱手驾驶辅助功能是否被激活以及基于所述转向辅助状态信号判断所述转向***是否出现故障；
在判定为脱手驾驶辅助功能已被激活并且转向***出现了故障的情况下，在所述车辆的制动***中触发车辆的短促制动；以及
基于车辆的质量、短促制动的已持续时长和车辆纵向减速度的变化率来实时计算用于所述短促制动的制动力，用于短促制动过程中在所述制动***中动态建压。
11.一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得一个或多个处理器执行如权利要求10所述的方法。
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