專利名稱：車輛以及提醒車輛的駕駛員的方法
車輛以及提醒車輛的駕駛員的方法本申請要求于2008年10月30日提交的第61/109，584號美國臨時(shí)申請的權(quán)益， 該申請的全部內(nèi)容通過引用被包含于此。
背景技術(shù)：
以標(biāo)示的速度限制(posted speed limit)以上的速度操作車輛會增加被卷入道路事故的可能性。此外，上述操作會減少對改變的駕駛條件作出反應(yīng)的可用時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于提醒車輛的駕駛員的方法可包括預(yù)測車輛的加速度；確定預(yù)測的加速度是否大于閾值加速度；如果預(yù)測的加速度大于閾值加速度，則在車輛的加速度超過閾值加速度之前為駕駛員產(chǎn)生警告。一種用于提醒車輛的駕駛員的方法可包括確定車輛的速度和加速度；基于車輛的速度和加速度以及預(yù)限定的速度在車輛的速度超過預(yù)限定的速度之前為駕駛員產(chǎn)生警
生
1=1 O雖然示出和公開了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是這樣的公開不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可期望作出各種變型和替代設(shè)計(jì)。


圖1是車輛控制系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。圖2是示例性的車輛速度曲線、牽引力曲線和制動(dòng)曲線的圖。圖3A至圖3C是示例性車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(橫擺角速度(yaw rate)和側(cè)偏角 (sideslip angle))的圖。圖4A至圖4C是示例性橫擺操縱極限余量、縱向操縱極限余量和側(cè)滑操縱極限余量的圖。圖5是示例性的車輛速度曲線、牽引力曲線和制動(dòng)曲線的圖。圖6A至圖6C是示例性車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(橫擺角速度和側(cè)偏角)的圖。圖7A至圖7C是示例性橫擺操縱極限余量、縱向操縱極限余量和側(cè)滑操縱極限余量的圖。圖8是基于操縱風(fēng)險(xiǎn)因子表征四種駕駛員類別的示例性隸屬函數(shù)的圖。圖9A、圖IOA和圖IlA是示例性的最終的操縱極限余量和風(fēng)險(xiǎn)的圖。圖9B、圖IOB和圖IlB是駕駛員風(fēng)格的示例性概率的圖。圖12是平穩(wěn)的駕駛行為和莽撞的駕駛行為的示例性行列式值(determinant)的圖。圖13A和圖13B分別是激進(jìn)型駕駛和謹(jǐn)慎型駕駛的示例性平均間隔時(shí)間的圖。圖14A和圖14B分別是激進(jìn)型駕駛和謹(jǐn)慎型駕駛的加速踏板變化率的示例性標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。
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圖15A和圖15B分別是激進(jìn)型駕駛和謹(jǐn)慎型駕駛的制動(dòng)踏板變化率的示例性標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖。圖16A和圖16B分別是激進(jìn)型駕駛和謹(jǐn)慎型駕駛的示例性駕駛員指數(shù)的圖。圖17是針對激進(jìn)型駕駛的在前一車輛和跟隨車輛之間的示例性相對距離、距離誤差和縱向加速度的圖。圖18是選擇表征圖17中的激進(jìn)型駕駛的示例性參數(shù)的圖。圖19是針對謹(jǐn)慎型駕駛的在前一車輛和跟隨車輛之間的示例性相對距離、距離誤差和縱向加速度的圖。圖20是選擇表征圖19中的謹(jǐn)慎型駕駛的示例性參數(shù)的圖。圖21是駕駛員提醒系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。圖22是示例性的車輛速度與采樣時(shí)間的圖。圖23和圖M是圖22的放大部分的圖。
具體實(shí)施例方式I.簡介現(xiàn)有的車輛電子控制系統(tǒng)的目標(biāo)是通過識別駕駛員意圖并通過控制車輛來輔助駕駛員安全、穩(wěn)健和平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)駕駛員的意圖而使得駕駛?cè)蝿?wù)變得容易。當(dāng)駕駛員和電子控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)朝著避免發(fā)生事故的同一目標(biāo)共同努力并使得駕駛員在環(huán) (driver-in-the-loop)車輛的避免發(fā)生事故的能力最大化時(shí)，電子控制系統(tǒng)的控制有效性會顯著增加。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一種途徑是給駕駛員及時(shí)提供清楚和明晰的提示信息，這樣， 負(fù)責(zé)任的駕駛員可據(jù)此做出響應(yīng)。這種提示信息可由通常存在于車輛上的傳感器計(jì)算或采集而來，這實(shí)現(xiàn)了駕駛員和電子控制之間的雙向閉環(huán)控制。電子控制遵循駕駛員的意圖，而駕駛員響應(yīng)于來自電子控制的提示信息來修正其駕駛輸入(例如，松開油門(drop throttle)、減少轉(zhuǎn)向輸入等)。這樣，駕駛員和電子控制系統(tǒng)之間的無縫配合成為可能，并且這種無縫配合能使由于駕駛員失誤造成的安全隱患的影響最小化。除此之外，我們考慮在違反速度限制或加速度限制之前發(fā)布警告。這可以是警告功能集(警告功能集可被定義為智能個(gè)人指示器(IPM)系統(tǒng))的一部分?？傮w來說，可通過各種裝置(包括觸覺踏板、平視顯示器、音頻警告裝置、語音系統(tǒng)等)發(fā)送IPM系統(tǒng)計(jì)算的信息(intelligence)來警告或建議駕駛員。圖1描繪了 IPM系統(tǒng)10的實(shí)施例與車輛14的其它組件/子系統(tǒng)12的相互作用。 所述其它組件/子系統(tǒng)12可包括車輛傳感器16、18 (例如，橫擺角速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、橫向加速度傳感器、縱向加速度傳感器、輪速傳感器、制動(dòng)壓力傳感器等)、致動(dòng)器20以及一個(gè)或多個(gè)控制器22。所述一個(gè)或多個(gè)控制器22可包括穩(wěn)定性控制器M、仲裁邏輯器 26和其它控制器/系統(tǒng)觀(例如，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)等)。對于任何控制系統(tǒng)，工廠模型(plant model)在設(shè)計(jì)有效的控制策略方面都可起作用。類似地，駕駛員模型對于產(chǎn)生有效的和合適的駕駛員提醒信號很重要。因此，會需要駕駛風(fēng)格表征。我們討論基于他或她的車輛操縱能力來識別駕駛員的特性的方法。雖然已經(jīng)研究了駕駛員建模和駕駛員行為表征，但是我們提出(例如)可基于接近操縱極限的駕駛頻率和駕駛持續(xù)時(shí)間來推斷出駕駛行為/風(fēng)格和/或駕駛經(jīng)驗(yàn)級別的途徑(以及其它技術(shù))?？稍诟鞣N應(yīng)用中使用這種駕駛員表征信息，下面討論一些應(yīng)用。II.車輛穩(wěn)定性控制的簡要討論車輛的操縱決定車輛的轉(zhuǎn)彎能力和機(jī)動(dòng)能力。為了使車輛的操縱能力最大化，車輛需要利用其四個(gè)輪胎接地面附于道路上。超過其附著力極限的輪胎會打轉(zhuǎn)、打滑或滑動(dòng)。 一個(gè)或多個(gè)輪胎超過其附著力極限的條件可被稱為極限操縱條件，附著力極限可被稱為操縱極限。一旦輪胎達(dá)到其操縱極限，一般的駕駛員通常就不能掌控了。在所謂的轉(zhuǎn)向不足的情況下，汽車執(zhí)行駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入不足，其前輪胎超過操縱極限，車輛不顧駕駛員的轉(zhuǎn)向請求繼續(xù)直行。在所謂的轉(zhuǎn)向過度的情況下，汽車執(zhí)行駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入過度，其后輪胎超過操縱極限，車輛持續(xù)打轉(zhuǎn)。為了安全目的，大多數(shù)車輛在其操縱極限處都被設(shè)為轉(zhuǎn)向不足。為了在駕駛員在操縱極限或超過操縱極限時(shí)不能控制車輛的情況下補(bǔ)償車輛控制，電子穩(wěn)定性控制(ESC)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成重新分配輪胎力，以產(chǎn)生與駕駛員的轉(zhuǎn)向請求一致的可有效地轉(zhuǎn)動(dòng)車輛的力矩。即，控制車輛以避免轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度的情況。自從1995年面世以來，ESC系統(tǒng)已經(jīng)在各種平臺中得以實(shí)現(xiàn)。在2010年款期間的逐漸采用和實(shí)現(xiàn)2012年款的完全安裝，聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)1 要求任意車輛上的ESC 系統(tǒng)均具有100001b以下的額定總重量。ESC系統(tǒng)可被實(shí)現(xiàn)為防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)和全速牽引力控制系統(tǒng)(TCS)的擴(kuò)展。ESC系統(tǒng)可提供有助于以駕駛員的意圖為中心的車輛動(dòng)力學(xué)的橫擺和橫向穩(wěn)定性。ESC系統(tǒng)還可使分配到各個(gè)車輪的制動(dòng)壓力(在駕駛員施加的壓力之上或之下)均衡，以產(chǎn)生主動(dòng)力矩來應(yīng)對車輛意外的橫擺和橫向滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這會使得在制動(dòng)、加速或溜車期間對于任何牽引表面都能夠加強(qiáng)在操縱極限的轉(zhuǎn)向控制。更具體地，當(dāng)前的ESC系統(tǒng)將駕駛員的預(yù)期路徑與從車載傳感器推斷出來的實(shí)際車輛響應(yīng)進(jìn)行比較。如果車輛的響應(yīng)與預(yù)期路徑不同(轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度)，則若需要將車輛保持在預(yù)期路徑上并使得車輛的失控最小化，那么ESC控制器將制動(dòng)施加于選擇的車輪上并減小發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩?？墒褂肊SC系統(tǒng)中已有的數(shù)據(jù)來檢測極限操縱條件，從而可不需要新的傳感器。 例如，考慮配備有ESC系統(tǒng)的車輛，所述ESC系統(tǒng)使用橫擺角速度傳感器、方向盤傳感器、橫向加速度計(jì)、輪速傳感器、主缸制動(dòng)壓力傳感器、縱向加速度計(jì)等。如IS0-8855中所定義的，在坐標(biāo)系中定義車輛運(yùn)動(dòng)變量，其中，在車身上固定的框架具有向上的豎軸，沿著車身縱向的縱軸，從乘客側(cè)指向駕駛員側(cè)的橫軸?？傮w來說，車輛級別反饋控制可由各個(gè)運(yùn)動(dòng)變量(例如，橫擺角速度、側(cè)偏角或其組合)與其它控制命令(例如，駕駛員制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請求、ABS和TCQ中的仲裁一起計(jì)算而來。下面討論車輛級別控制命令。公知的自行車模型獲取車輛動(dòng)力學(xué)、沿著車身的豎軸的橫擺角速度ωζ以及在其后軸上定義的側(cè)偏角βρ并滿足下面的等式，[: : = -bfcf(fir +ΒωΖΙν;] — ^)+ brcrpr + Mz
M(ν Jr + vjr + brcbz + ωζνχ) = -Cf (/ ,. + boy；' -^)-ο,,β,.、)其中，vx是車輛的行駛速度，M和Iz是車輛的總重量和橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Cf和q是
6前輪胎和后輪胎的側(cè)偏剛度(cornering stiffness)，bf和札是從車輛的重心到前軸和后軸的距離，b = bf+lvMz是施加到車輛的主動(dòng)力矩，δ是前輪轉(zhuǎn)向角。用于反映駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖的目標(biāo)橫擺角速度ωζ 和目標(biāo)側(cè)偏角β rt可利用測量的方向盤轉(zhuǎn)角δ和估計(jì)的行駛速度νχ作為輸入由等式(1)計(jì)算而來。在這樣的計(jì)算中， 我們假設(shè)在表面條件正常(例如，具有名義側(cè)偏剛度Cf和(^且摩擦系數(shù)高)的道路上駕駛車輛。還可執(zhí)行針對穩(wěn)定狀態(tài)極限轉(zhuǎn)彎的信號調(diào)節(jié)、濾波和非線性校正，以微調(diào)目標(biāo)橫擺角速度和目標(biāo)側(cè)偏角。計(jì)算出的這些目標(biāo)值表征駕駛員在正常路面上的期望路徑。橫擺角速度反饋控制器本質(zhì)上是由橫擺誤差(測量的橫擺角速度和目標(biāo)橫擺角速度之間的差)計(jì)算而來的反饋控制器。如果車輛左轉(zhuǎn)且 zt+cozdb。s(其中，Qzdbos 是時(shí)間變化死區(qū))，或者車輛右轉(zhuǎn)且cozt-cozdb。s，則車輛轉(zhuǎn)向過度并激活ESC中的轉(zhuǎn)向過度控制功能。例如，可按下面的式子計(jì)算主動(dòng)扭矩請求(為減小轉(zhuǎn)向過度趨勢而被施加于車輛)，在左轉(zhuǎn)過程中MZ= min(O, _k。s(ωζ-ωzt-ωzdbos))(2)在右轉(zhuǎn)過程中=Mz= max (O, _k。s ( ω z- ω zt+ ω zdbos))其中，k。s是可按照下面的式子定義的速度相關(guān)增益，
Κ=、+{νχ-ν;--‘(3)
Vxcihu Vxcibi其中，參數(shù)kQ，kdbl，kdbu，Vxdbl, Vxdbu 是可調(diào)的。如果當(dāng)車輛左轉(zhuǎn)時(shí) z-cozdbus(其中，Cozdbus是時(shí)間變化死區(qū))，或者如果當(dāng)車輛右轉(zhuǎn)時(shí)coz+cozdbus，則激活ESC中的轉(zhuǎn)向不足控制功能?？砂凑障旅娴氖阶佑?jì)算主動(dòng)扭矩請求，在左轉(zhuǎn)過程中MZ= max(O, _kus(ωζ-ωzt+ ωzdbus))(4)在右轉(zhuǎn)過程中MZ= min(O, _kus(ωζ-ωzt-ωzdbus))其中，kus是可調(diào)參數(shù)。側(cè)偏角控制器是前述轉(zhuǎn)向過度橫擺反饋控制器的補(bǔ)充反饋控制器。該控制器將側(cè)偏角估計(jì)值與目標(biāo)側(cè)偏角相比較。如果差值超過閾值β ，則激活側(cè)偏角反饋控制。例如，按照下面的式子計(jì)算主動(dòng)扭矩請求，在左轉(zhuǎn)過程中，/ ,>0: M: = min(0, ku. {β,. - B, - Bnjh) - KxaJrcmp )在右轉(zhuǎn)過程中，(5)β,. < O M2 = max(0, kxx {β -Brl+ Brdh) — KsvnJrcmp )其中，kss和kss。mp是可調(diào)參數(shù)，/Lp是側(cè)偏角的補(bǔ)償時(shí)間導(dǎo)數(shù)?？深愃频禺a(chǎn)生基于變量(例如，橫擺加速度和側(cè)偏梯度(sideslip gradient))的其他反饋控制項(xiàng)。當(dāng)主導(dǎo)的車輛運(yùn)動(dòng)變量是橫擺角速度或者側(cè)偏角時(shí)，可直接使用前述的主動(dòng)扭矩來確定需要的控制輪和將要被傳送至相應(yīng)的控制輪的制動(dòng)壓力的量。如果車輛動(dòng)
7力學(xué)由多個(gè)運(yùn)動(dòng)變量主導(dǎo)，則將實(shí)施控制仲裁和確定優(yōu)先級。然后，最終仲裁的主動(dòng)扭矩被用于確定最終的控制輪和相應(yīng)的制動(dòng)壓力。例如，在轉(zhuǎn)向過度事件期間，選擇外前輪作為控制輪，而在轉(zhuǎn)向不足事件期間，選擇內(nèi)后輪作為控制輪。在嚴(yán)重側(cè)滑的情況下，總是選擇外前輪作為控制輪。當(dāng)側(cè)滑和轉(zhuǎn)向過度橫擺兩者同時(shí)發(fā)生時(shí)，可通過結(jié)合偏航誤差(yaw error)和側(cè)偏角控制命令兩者來計(jì)算制動(dòng)壓力的量。除了由于駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱而超過操縱極限的上述情況之外，車輛可在其縱向運(yùn)動(dòng)方向上達(dá)到其極限操縱條件。例如，在冰雪道路上制動(dòng)會導(dǎo)致車輪抱死，這增加了車輛的制動(dòng)距離。在類似道路上加大油門(open throttling)會導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪打轉(zhuǎn)，而車輛不向前運(yùn)動(dòng)。為此，也可對這些非轉(zhuǎn)向駕駛條件使用操縱極限。即，輪胎縱向制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)力達(dá)到其峰值的條件也可被包含在操縱極限的定義中。ABS功能監(jiān)測各個(gè)車輛相對于車輛的行駛速度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這可通過左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的縱向滑移率XiG = 1,2,3,4)來表征，Ai按照下面的式子計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種車輛，包括駕駛員交界面；至少一個(gè)控制器，與所述駕駛員交界面相關(guān)聯(lián)地操作，以確定車輛的速度和加速度，基于預(yù)限定的速度以及車輛的速度和加速度預(yù)測車輛的未來速度超過所述預(yù)限定的速度的時(shí)間，并且如果該時(shí)間小于預(yù)限定的時(shí)間，則經(jīng)由駕駛員交界面發(fā)布警告。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器被進(jìn)一步配置為按照類型將駕駛員對車輛的動(dòng)態(tài)控制分類，其中，所述預(yù)限定的時(shí)間基于所述類型。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述駕駛員交界面是觸覺加速踏板。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛，還包括具有位置的加速踏板，其中，基于所述加速踏板的位置確定車輛的加速度。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述車輛的加速度是預(yù)測的車輛加速度。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為確定車輛是否處于制動(dòng)狀態(tài)，其中，如果所述時(shí)間小于預(yù)限定的時(shí)間并且車輛未處于制動(dòng)狀態(tài)，則在車輛的速度超過預(yù)限定的速度之前發(fā)布警告。
7.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，基于預(yù)限定的速度以及車輛的速度和加速度預(yù)測車輛的未來速度超過所述預(yù)限定的速度的時(shí)間包括確定所述預(yù)限定的速度和車輛的速度之間的差，并用所述車輛的加速度除以所述差。
8.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述預(yù)限定的時(shí)間可由駕駛員輸入。
9.一種提醒車輛的駕駛員的方法，包括預(yù)測車輛的加速度；確定預(yù)測的加速度是否大于閾值加速度；如果預(yù)測的加速度大于閾值加速度，則在車輛的加速度超過閾值加速度之前為駕駛員產(chǎn)生警告。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括按照類型將駕駛員對車輛的動(dòng)態(tài)控制分類，其中，所述閾值加速度基于所述類型。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述車輛包括加速踏板，其中，預(yù)測車輛的加速度包括確定所述加速踏板的位置。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述車輛包括觸覺駕駛員交界面，其中，在車輛的加速度超過閾值加速度之前為駕駛員產(chǎn)生警告包括啟動(dòng)所述觸覺駕駛員交界面。
13.一種用于提醒車輛的駕駛員的方法，包括確定車輛的速度和加速度；基于車輛的速度和加速度以及預(yù)限定的速度在車輛的速度超過所述預(yù)限定的速度之前為駕駛員產(chǎn)生警告。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述車輛包括觸覺駕駛員交界面，其中，為駕駛員產(chǎn)生警告包括啟動(dòng)所述觸覺駕駛員交界面。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述車輛的加速度是預(yù)測的車輛加速度。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述車輛包括具有位置的加速踏板，其中，基于所述加速踏板的位置確定所述車輛的加速度。
17.一種用于提醒車輛的駕駛員的方法，包括確定車輛的速度； 確定車輛是否正在加速；如果車輛正在加速并且車輛的速度小于預(yù)限定的速度，則為駕駛員產(chǎn)生警告。
全文摘要
一種車輛，可包括駕駛員交界面以及與所述駕駛員交界面相關(guān)聯(lián)地操作的至少一個(gè)控制器。所述至少一個(gè)控制器可被配置為確定車輛的速度和加速度，基于預(yù)限定的速度以及車輛的速度和加速度預(yù)測車輛的未來速度超過所述預(yù)限定的速度的時(shí)間，并且如果該時(shí)間小于預(yù)限定的時(shí)間，則經(jīng)由駕駛員交界面發(fā)布警告。
文檔編號B60Q1/54GK102216119SQ200980142757
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者夸庫·O·普拉卡-阿桑特, 曾福林, 法扎爾·阿拉曼·塞伊德, 迪米塔·彼特諾夫·菲利夫, 陸建波 申請人:福特全球技術(shù)公司