專利名稱：用于車輛安全系統(tǒng)的判斷線計算的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體涉及一種用于汽車的車輛安全系統(tǒng)，以及更具體地涉及 由車輛安全系統(tǒng)進行的制動和轉向確定。
背景技術：
傳統(tǒng)的車輛安全系統(tǒng)根據(jù)速度設置來調節(jié)車輛速度，車輛操作員能 夠在駕駛的同時對所述速度設置進行設置和調整。自適應巡航控制系統(tǒng)
檢測車輛路徑中的移動對象(object),諸如前方車輛，以及如果需要 則提供節(jié)氣門和制動器控制，以維持距前方車輛的尾隨距離(trailing distance )。
然而，這些系統(tǒng)沒有考慮到主車輛(host vehicle)或所;險測的對 象的加速或減速。由于當計及加速度變化時發(fā)生的情況的多樣性，現(xiàn)有 的車輛安全系統(tǒng)不能對所有情況執(zhí)行計算而不發(fā)生無效值(null value)。因此，這些安全系統(tǒng)被編程為使用當前車輛速度維持尾隨距 離。這些安全系統(tǒng)使用車輛的速度并且頻繁地執(zhí)行計算以將速度的任何 改變考慮進去。

發(fā)明內容
期望提供一種車輛安全系統(tǒng)，其確定直到必須開始制動或轉向以避 免與對象接觸的時間，包4舌計及(account for )車輛和所沖全測對象的 力口速度。
車輛具有安全系統(tǒng)，該安全系統(tǒng)包括至少一個對象傳感器，用于檢 測距該車輛的路徑上的對象的距離以及該對象的速度和加速度。另外， 至少一個車輛傳感器確定車輛的速度和加速度。傳感器數(shù)據(jù)被輸入到控
制器中，以基于傳感器信息來確定直到車輛必須開始制動以避免與對象 接觸的時間(即"制動判斷線(judgment line)")以及直到車輛必 須開始轉向以避免與對象接觸的另一時間(即"轉向判斷線")。
一種用于確定對車輛安全系統(tǒng)的警告的方法包括利用來自傳感器 的至少一個輸入啟動安全系統(tǒng)。該安全系統(tǒng)然后將車輛加速度與對象加速度進行比較以確定安全系統(tǒng)場景?；跒樗_定的場景選擇的方程， 安全系統(tǒng)計算對象與車輛之間的判斷線。該判斷線然后被用于確定警告 距離并警告車輛操作者。
結合附圖根據(jù)下面用于實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例和最佳模式的詳 細描述，本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點將變得更加顯而 易見。


圖l是示出具有車輛安全系統(tǒng)的車輛和目標車輛的示意性平面以及
圖2是示出用于圖l的車輛安全系統(tǒng)的確定制動判斷線和轉向判斷 線的方法的流程圖。
具體實施例方式
參考附圖，其中，在多個視圖中相同的參考數(shù)字表示相同或相似的 部件。圖i是示范性機動車輛的示意圖，所述示范性機動車總體用io
表示，且具有車輛安全系統(tǒng)12。前方或目標車輛14位于主車輛10前面 一定距離處的路上。
控制器16管理車輛安全系統(tǒng)12?？刂破?6被連接到對象傳感器 18,所述對象傳感器18用于檢測在主車輛10與目標車輛14之間的距 離，以及檢測目標車輛14的速度及速度改變。傳感器18可以是提供所 需信息的任何類型的傳感器，或可以合并各自提供一種類型信息的多個 傳感器。為了簡化的目的，該實施例將所檢測對象示為目標車輛14。任 何位于主車輛10所在路上的對象也會被檢測到并受到車輛安全系統(tǒng)12 的處理。
另夕卜，主車輛10包括用于測量主車輛10的速度的速度計20。來自 速度計20的信息被發(fā)送到控制器16以用于車輛安全系統(tǒng)12的操作。
主車輛10的判斷線(幾)確定最遲可能(latest possible)時間， 在該最遲可能時間主車輛IO應該制動或轉向以避免與目標車輛14 (或 對象)接觸。車輛安全系統(tǒng)12的控制器16計算主車輛10的判斷線(幾)， 以便向車輛操作者提供充分的警告從而避免主車輛IO與目標車輛14之 間的接觸。判斷線(JL)的確定包括確定兩個時間制動判斷線(JLB)確定 主車輛10應該制動以避免與對象/目標車輛14接觸的最后可能時刻， 以及轉向判斷線(幾S)確定主車輛10應該轉向以避免與對象/目標車 輛14接觸的最后可能時刻。JLB和JLS都考慮了車輛特性，諸如重量、 重心、車輛的轉彎半徑、輪胎、制動系統(tǒng)等。
制動判斷線
制動判斷線(JLB)被表示為
其中TTC是要接觸的時間，而t，是要制動的時間。換句話說，要 制動的時間(t，)是到該時間主車輛10必須開始制動以在主車輛10 與目標車輛14之間的目標最小間隙(TMG )處達到目標速度(Vt)的時 間。目標最小間隙(TMG)是主車輛IO與目標車輛14之間所期望的最 小距離。典型的目標最小間隙(TMG )是大約0. 25 m。目標最小間隙(TMG ) 距離可以根據(jù)主車輛10配置以及駕駛員標準來選擇。本領域技術人員 將能夠選擇適合的目標最小間隙(TMG)。
當任一個車輛正在加速或減速時，要接觸的時間(TTC)能夠如下
計算 _
-兩V ~~(Ziy ， 其中，X是主車輛IO與目標車輛14之間的距離，以及M是主車輛 IO與目標車輛14之間的加速度差。加速度差(AO利用下式來計算
其中，At是目標車輛14的加速度/減速度，而Ah是主車輛10的加 速度/減速度。AF是主車輛10與目標車輛14之間的速度差。速度差(AK ) 能夠利用下式來計算
厶F = F j + 乂a * f'—(Flf + 乂/,
其中，Vh是主車輛10的速度，而Vt是目標車輛14的速度。 因此，當主車輛速度(Vh)和目標車輛速度(Vt)在加速度上沒有
差別時(也就是每個車輛的速度是不變的)，則要接觸的時間(TTC)
能夠被簡化為為了計算要制動的時間(t，)以用于在主車輛10和目標車輛14 中的至少一個在加速時確定速度差(Ar)以及用于確定制動判斷線 (JLB)，首先必須計算要制動的距離(Bd)。要制動的距離(Bd)是 在要制動的時間(t，)期間所覆蓋的距離，即在制動必須發(fā)生的最后 可能時刻之前所覆蓋的距離。當達到要制動的距離(Bd)時，主車輛IO 必須開始制動以避免與目標車輛14接觸。要制動的距離(Bd)能夠利 用下式計算
其中，Amax是主車輛10能夠減速的最大速率，以及AF在t，時取 得(見上述Ar的方程)。此外，乙,k。是主車輛IO達到目標車輛的速度 (Vt)所用的時間。也就是說，在制動開始之后的時間段。Tbr"。在已經 達到要制動的時間(t，)以及要制動的距離(Bd)之后開始。在制動 時間(Tbr,ka)結束之后，主車輛IO與目標車輛14之間將保持目標最小 間隙(TMG)。
制動時間(L,")能夠利用下式計算<formula>formula see original document page 8</formula>將用于要制動的時間(Tb"ke)的上述方程代入用于要制動的距離(Bd)
的上述方程中，則用于要制動的距離(Bd)的方程變成
<formula>formula see original document page 8</formula>
另外，也能夠利用如下方程來計算要制動的距離(Bd):
<formula>formula see original document page 8</formula>
通過組合用于要制動的距離(Bd)的前述方程，能夠得出要制動的 時間(t，)。因為方程的復雜性以及為了避免無效值(例如導致計算 變得不可能由控制器16來求解的值)，根據(jù)多個操作場景對用于要制 動的時間(t')的方程進行簡化。
笫一場景是當主車輛IO具有不變的速度且目標車輛14具有不變的 速度(也就是對于Ah-O， At-O),以及用于要制動的時間(t，)的方程
為
<formula>formula see original document page 8</formula>將該方程代入上面用于制動判斷線(JLB)確定的方程中，則得到 下面的方牙呈
幾5 =
7MG
AK 2Mmax
第二場景是當主車輛IO具有不變的速度而目標車輛14具有改變的 速度(也就是對于Ah-O, At-O),以及用于要制動的時間(t，)以及 制動判斷線(JLB)的方程變成
〃"A2 ",，. wr v、 、、%
輕
、M
爿/2
AK2 + 2(7MG -義)(A -」max) A * ^max
+
/'=一」
幾5:
、 , 、A2 力舉jmax 」
第三場景是當主車輛IO具有改變的速度而目標車輛14具有不變的 速度(也就是對于Ah右O,且At-O)，以及用于要制動的時間(t，)和 制動判斷線(JLB)的方程變成
〔」max*(Ar)2-2*，(7M7-I))X.
_ 一f (Ar)2 +2*;^*叫％十f拙c*(AF)2 一2*,(7MG-=一 J 」"(麵x-局 J 。
最后，第四場景是當主車輛IO和目標車輛14都具有改變的速度(也 就是對于Ah-O且At-O)，以及用于要制動的時間(t，)和制動判斷 線(JLB)的方程變成
,(/j max- ((AF)2 + 2義* A/J)、乂 "max—
幾B =-
使用所計算的JLB以及以基于達到最大減速度(Amax)所用的時間 的時間延遲來工作(working in a time delay),能夠利用下式來計 算警告距離(Dwarn):
Z)waw = X - * (7TC —幾B - 7M)
其中，WTM是警告時間裕度。換句話說，就是在其之后必須警告主 車輛10的操作者以在制動時間(Tbrake)結束后允許得到目標最小間隙 (TMG)的時間量。警告時間裕度(WTM)將操作者和主車輛10對警告做出響應所花費的時間量考慮在內。適合的警告時間裕度(WTM)是0. 8 秒。將警告時間裕度(WTM )和JLB時間加到一起給出了警告時間(Twarn ) 或者應該在此時警告駕駛員的碰撞之前的時間量。
轉向判斷線
能夠為轉向判斷線(幾S)完成類似的計算。例如，轉向判斷線(幾S) 能夠利用下式計算
其中，st，是其后主車輛10必須開始轉向或轉彎以避免與目標車 輛14接觸的時間。以與上述相同的方式，在方程中使用要轉向的時間 (St，)而非要制動的時間(t，)，來計算要接觸的時間(TTC)。用
利用下式計算:''b - 一 ，"'曰1^。
如上，X是主車輛IO與目標車輛14之間的距離。Sd是在要轉向的 時間(St，)之前行進的距離。也就是說，直到轉向必須開始為止所行 進的距離。當已經達到要轉向的距離(Sd)時，主車輛10必須開始轉 向(也就是轉彎以避免目標車輛14)。要轉向的距離(Sd)能夠通過如 下來計算確定主車輛IO轉彎需要多少前方距離；并將目標車輛14在 相同時間量內將行進的距離考慮進去。因此，要轉向的距離(Sd)能夠 利用下式來計算
其中，Xh是主車輛IO在它們開始轉彎之后向前行進的距離。Xt是 在主車輛10開始轉彎之后目標車輛14所行進的距離。主車輛10向前 行進距離(Xh)能夠利用下式計算
其中，L是主車輛10的軸距(wheelbase) 。 Rf是從主車輛10的 側鏡22的外緣到轉彎中心24的半徑，如圖1所示。G)是主車輛10與目 標車輛14之間在轉彎中心24處形成的角度，如圖l所示。
到最遠輪胎(furthest tire)的角(0)使用最遠輪胎的外緣來計 算。也就是說，主車輛10的后輪26到轉彎中心24和目標車輛14的后
10角(rear corner) 28到轉彎中心24所形成的角度。順便提及，從目標 車輛14的后角28到主車輛10的轉彎中心24的距離與從主車輛10的 側鏡22的外緣到轉彎中心24的距離相同，都是Rf。 到最遠輪胎的角度(0)如下計算
其中，Ravg是從主車輛IO到轉彎中心24的平均半徑。來自主車輛 IO的平均半徑(Ravg)能夠表示為 ~ =翻2-丄2 。
將該方程代入上述方程并對到最遠輪胎的角度(0)求解，我們得
到:<formula>formula see original document page 11</formula>
到側鏡的半徑(Rf )能夠利用下式計算<formula>formula see original document page 11</formula>
《是主車輛IO的輪胎的滑移角?；平?《)利用下式計算:
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，b是在重心30與主車輛10的后軸32之間的距離，以及w是 主車輛IO的輪距(track width) 。 R是從重心30到轉彎中心24的半 徑，如圖1所示并用下式來表示<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，G是主車輛10的重心30。通過將用于滑移角(《)和到重 心的半徑(R)的方程代回到上述用于到側鏡的半徑(Rf)的方程中， 得到以下的方程
<formula>formula see original document page 11</formula>
通過將該方程代入到用于到最遠輪胎的角度(0)的方程中，我們
得到<formula>formula see original document page 12</formula>
回到用于要轉向的距離(Sd)的方程，我們依然必須確定目標車輛 已經行進的距離(Xt)。目標車輛已經行進的距離(Xt)能夠利用下式
計算
力=r"旨"
其中，7YW777是主車輛IO轉彎所需的時間。換句話說，是從主車輛
IO開始轉彎直到主車輛IO達到目標最小間隙(TMG)的時間。要轉彎的 時間(7Y"r/0能夠利用下式計算
其中，0，是從主車輛10的側鏡22的外緣到轉彎中心24與從目標 車輛14到轉彎中心24所形成的角，如圖1所示。來自側視鏡的角度(0，) 能夠利用下式計算
0'= 0 —B;
其中，B是從主車輛10的側鏡22的外緣到轉彎中心24與從主車輛 10的后輪26到轉彎中心24形成的角度。我們知道
因此，已知軸距(L)和從后輪胎26到轉彎中心24的半徑(Rf ), 我們可以替換這些值并對角度差(B)求解，方程變成 B = sin—1
丄+
+
已知角度差(B)以及之前計算的到最遠輪胎的角度值(G))，我們 現(xiàn)在能夠計算目標車輛向前行進距離(Xt)。因此，通過組合這些方程， 我們能夠對要轉向的距離(Sd)求解
使用要轉向的距離(Sd)的上面方程，能夠得出要轉向的時間(St，):
W」
這能夠^^插入到上面的方程(JLS-TTC-St，)以確定轉向判斷線(幾S)。再次，能夠針對每個上述的場景，與主車輛IO和目標車輛14 的加速度相關聯(lián)地，簡化對于要接觸的時間(TTC)、要轉向的時間(St，) 以及轉向判斷線(幾S)的計算，以輸入到控制器16中。通過針對每個 場景來分離和簡化上迷方程，可以避免對于控制器16的任何無效輸入。
圖2示出控制器16使用的處理過程34的概示。在步驟36中，控 制器16接收來自傳感器18的輸入以及來自速度計20的輸入，所述來 自傳感器18的輸入諸如在主車輛10的路徑上檢測到對象的指示。然后， 控制器16開始制動判斷線(幾B)確定或轉向判斷線(幾S)確定。另 外，控制器16可以具有同時地執(zhí)行這兩個確定的能力。在步驟42中， 對于制動判斷線(幾B)確定，控制器16對主車輛的加速度(Ah)和目 標車輛加速度(At)進行比較以確定使用哪些方程。然后，在步驟44 中，控制器16使用適當?shù)姆匠逃嬎阋佑|的時間(TTC)以及要制動的 時間(t，)。在步驟46中，使用所計算的要接觸的時間(TTC)以及 要制動的時間(t，)，來計算制動判斷線(幾B)。在步驟48中，使 用所確定的制動判斷線(JLB),控制器16計算警告距離。在步驟50 中，控制器16在適當?shù)臅r間啟動警告信號給主車輛IO的操作者。警告 信號可以是但不局限于音頻信號、視覺信號或這些的任何組合。
替代地或者附加地，在步驟52中，控制器16通過比較主車輛加速 度(Ah)和目標車輛加速度(At)來確定使用哪些方程，開始轉向判斷 線ULS)確定。然后，在步驟54中，控制器16使用適當?shù)姆匠逃嬎?要接觸的時間(TTC)以及要轉向的時間(St，)。在步驟56中，使用 所計算的要接觸的時間(TTC)和要轉向的時間(St，)，來計算轉向 判斷線(幾S)。在步驟58中，使用所確定的轉向判斷線(JLS)，控 制器16確定警告距離。在步驟50中，控制器在適當?shù)臅r間啟動警告信 號給主車輛IO的操作者。
控制器16可以向車輛操作者警告制動警告距離(Dwarn)和轉向警 告距離(SDwarn)兩者。替代地，警告車輛操作者的步驟50也能夠包 括制動警告距離(Dwarn)與轉向警告距離(SDwarn)的比較。然后， 控制器16能夠基于作為最遠點的警告距離(Dwarn或SDwarn)來警告 車輛操作者。也就是說，車輛能夠制動或轉向的最后可能距離。在這種 情況下，安全系統(tǒng)12必須在制動警告與轉向警告之間進行區(qū)分，使得 車輛操作者將知道所需的適當行為(也就是對于車輛操作者來說警告必
13雖然詳細描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明所涉及領 域的技術人員將認識到在所附權利要求書的范圍內的用于實施本發(fā)明 的多種可選設計和實施例。
權利要求
1.一種用于車輛的安全系統(tǒng)，包括至少一個對象傳感器，其配置為檢測距在所述車輛的路徑上的對象的距離以及所述對象的速度和加速度；至少一個車輛傳感器，其配置為確定所述車輛的速度和加速度；以及控制器，用于確定在所述車輛必須開始制動以避免與所述對象接觸之前的第一時間量以及在所述車輛必須開始轉向以避免與所述對象接觸之前的第二時間量，所述第一和第二時間量基于所檢測的距離、所述對象的速度和加速度以及所述車輛的速度和加速度。
2. 根椐權利要求l所述的安全系統(tǒng)，其中，所述至少一個車輛傳感 器是速度計。
3. 根據(jù)權利要求l所述的安全系統(tǒng)，其中，所述第一時間量和所述 第二時間量基于當完成制動和轉向時在所述車輛與所述對象之間的預 定距離。
4. 根據(jù)權利要求l所述的安全系統(tǒng)，其中，所述第一時間量和所述 第二時間量的每一個基于所述車輛的速度和加速度以及所述對象的速 度和加速度。
5. —種用于為車輛安全系統(tǒng)確定警告的方法，包括 利用至少一個輸入來啟動所述安全系統(tǒng)；對車輛加速度和對象加速度進行比較，并基于所比較的加速度來從 一組預定方程中進行選擇；使用所選擇的預定方程，計算要執(zhí)行制動和轉向中的至少一個以避 免與所述對象接觸的時間量；至少部分地基于所計算的時間量，確定在其處必須向車輛操作者傳 達警告的所述車輛與所述對象之間的距離；以及基于所確定的距離，警告車輛操作者執(zhí)行制動和轉向中的該一個。
6. 根據(jù)權利要求5所迷的方法，其中，啟動安全系統(tǒng)還包括利用傳 感器檢測對象。
7. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，計算時間量還包括計算要制 動的時間量以及要與對象接觸的時間量。
8. 根椐權利要求5所述的方法，其中，計算時間量還包括計算要轉 向的時間量以及要與對象接觸的時間量。
9. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述一組預定方程包括基于 如下情況的方程車輛速度不變且對象速度不變；車輛速度不變而對象 速度改變；車輛速度改變而對象速度不變；以及車輛速度改變且對象速 度改變。
10. —種用于為車輛安全系統(tǒng)確定警告的方法，包括 利用至少一個輸入來啟動所述安全系統(tǒng)；比較車輛加速度和對象加速度，并基于所比較的加速度，對于可適 用安全系統(tǒng)場景從一組預定方程中進行選擇；基于用于確定的可適用安全系統(tǒng)場景的方程，計算直到所述對象與 所述車輛之間的接觸的第 一 時間量；基于用于確定的可適用安全系統(tǒng)場景的方程，計算直到所述對象與 所述車輛之間的接觸的第二時間量；基于所計算的第一和第二時間量，計算警告距離；以及基于所確定的警告距離來警告車輛操作者。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，啟動安全系統(tǒng)還包括利用 傳感器檢測在車輛路徑上的對象。
12. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，計算第一時間量還包括計算要制動的時間和要接觸的時間。
13. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，計算第二時間量還包括計算要轉向的時間和要接觸的時間。
14. 根椐權利要求10所迷的方法，其中，確定警告距離還包括計算制動警告距離；計算轉向警告距離；以及對所述制動警告距離與所迷轉向警告距離進行比較，以確定期望警 告距離。
15. 根椐權利要求14所述的方法，其中，期望警告距離是所述制動 警告距離和所迷轉向警告距離中的較遠距離。
16. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述確定的可適用安全 系統(tǒng)場景基于如下情況的一個車輛速度不變且對象速度不變；車輛速 度不變而對象速度改變；車輛速度改變而對象速度不變；以及車輛速度改變且對象速度改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于車輛安全系統(tǒng)的判斷線計算。車輛具有安全系統(tǒng)，該安全系統(tǒng)包括至少一個對象傳感器以檢測距車輛路徑上的對象的距離以及該對象的速度和加速度。傳感器數(shù)據(jù)被輸入到控制器中，以確定在車輛與對象之間的期望制動判斷線和轉向判斷線。然后，安全系統(tǒng)比較車輛和對象加速度。之后，安全系統(tǒng)基于用于確定場景的方程，來計算對象與車輛之間的判斷線。然后，使用所述判斷線來確定警告距離并警告車輛操作者。
文檔編號B60W10/18GK101612938SQ200910150490
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者A·查特爾吉, P·R·威廉斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司