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號美國臨時申請的權益，該申請的全部內(nèi)容通過引用被包含于此。
背景技術：
路面碰撞中45%至75%是駕駛員失誤造成的，并且駕駛員失誤也是造成所有碰撞中大部分碰撞的主因。車道偏離報警(Lane-Departure Warning, LDff)使用視覺傳感器來檢測車輛相對于車道的位置，并警告駕駛員出現(xiàn)了意外的車道偏離。特定的前向碰撞報警(ForwardCollision Warning,FCff)系統(tǒng)使用環(huán)境傳感器來檢測車輛前方的安全隱患，并提前警告駕駛員。然而，這些現(xiàn)有的駕駛員報警系統(tǒng)是在穩(wěn)定狀態(tài)或準穩(wěn)定狀態(tài)的駕駛條件期間操作、的。

發(fā)明內(nèi)容
一種車輛可包括前向感測系統(tǒng)，被配置為檢測該車輛與另一車輛之間的距離；觸覺駕駛員交界面(interface);至少一個控制器，被配置為如果車輛之間的距離小于預限定閾值，則啟動觸覺駕駛員交界面。雖然示出和公開了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，但是這樣的公開不應當被解釋為限制本發(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計。


圖I是車輛控制系統(tǒng)的實施例的框圖。圖2是示例性的車輛速度曲線、牽引力曲線和制動曲線的圖。圖3A至圖3C是示例性車輛運動狀態(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、牽引力曲線和制動曲線的圖。圖6A至圖6C是示例性車輛運動狀態(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是基于操縱風險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險的圖。圖9B、圖IOB和圖IlB是駕駛員風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分別是激進型駕駛和謹慎型駕駛的示例性平均間隔時間的圖。
圖14A和圖14B分別是激進型駕駛和謹慎型駕駛的加速踏板變化率的示例性標準偏差的圖。圖15A和圖15B分別是激進型駕駛和謹慎型駕駛的制動踏板變化率的示例性標準偏差的圖。圖16A和圖16B分別是激進型駕駛和謹慎型駕駛的示例性駕駛員指數(shù)的圖。圖17是針對激進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中的激進型駕駛的示例性參數(shù)的圖。圖19是針對謹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中的謹慎型駕駛的示例性參數(shù)的圖。圖21至圖23是駕駛員提醒系統(tǒng)的實施例的框圖。
具體實施例方式I 簡介現(xiàn)有的車輛電子控制系統(tǒng)的目標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)地實現(xiàn)駕駛員的意圖而使得駕駛?cè)蝿兆兊萌菀?。當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，電子控制系統(tǒng)的控制有效性會顯著增加。實現(xiàn)該目標的一種途徑是給駕駛員及時提供清楚和明晰的提示信息，這樣，負責任的駕駛員可據(jù)此做出響應。這種提示信息可由通常存在于車輛上的傳感器計算或采集而來，這實現(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(dropthrottle)、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，我們考慮靠近操縱極限發(fā)出警報、車輛的穩(wěn)定性控制通常介入的駕駛條件或操縱條件。除了在操縱極限附近所遇到的問題之外，在此討論的駕駛員提醒系統(tǒng)方式還可用于提高燃油經(jīng)濟性，即，在此討論的駕駛員提醒系統(tǒng)方式也可被用作一種可利用建議和/或教導來幫助駕駛員學習節(jié)約燃油的駕駛習慣的系統(tǒng)。我們還討論了當車輛接近操縱極限時使用來自于車輛穩(wěn)定性控制器的數(shù)據(jù)來提供實時警告。這可以是警告功能集(警告功能集可被定義為智能個人指示器(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)計算的信息(intelligence)來警告或建議駕駛員。圖I描繪了 IPM系統(tǒng)10的實施例與車輛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、制動壓力傳感器等)、致動器20以及一個或多個控制器22。所述一個或多個控制器22可包括穩(wěn)定性控制器24、仲裁邏輯器26和其它控制器/系統(tǒng)28 (例如，防抱死制動系統(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)在設計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)時間來推斷出駕駛行為/風格和/或駕駛經(jīng)驗級別的途徑(以及其它技術)?？稍诟鞣N應用中使用這種駕駛員表征信息，下面討論一些應用。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)彎能力和機動能力。為了使車輛的操縱能力最大化，車輛需要利用其四個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。一個或多個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不能控制車輛的情況下補償車輛控制，電子穩(wěn)定性控制(ESC)系統(tǒng)被設計成重新分配輪胎力，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現(xiàn)。在2010年款期間的逐漸采用和實現(xiàn)2012年款的完全安裝，聯(lián)邦機動車安全標準126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)可被實現(xiàn)為防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和全速牽引力控制系統(tǒng)(TCS)的擴展。ESC系統(tǒng)可提供有助于以駕駛員的意圖為中心的車輛動力學的橫擺和橫向穩(wěn)定性。ESC系統(tǒng)還可使分配到各個車輪的制動壓力(在駕駛員施加的壓力之上或之下)均衡，以產(chǎn)生主動力矩來應對車輛意外的橫擺和橫向滑動運動。這會使得在制動、加速或溜車期間對于任何牽引表面都能夠加強在操縱極限的轉(zhuǎn)向控制。更具體地，當前的ESC系統(tǒng)將駕駛員的預期路徑與從車載傳感器推斷出來的實際車輛響應進行比較。如果車輛的響應與預期路徑不同(轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度)，則若需要將車輛保持在預期路徑上并使得車輛的失控最小化，那么ESC控制器將制動施加于選擇的車輪上并減小發(fā)動機扭矩?？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、輪速傳感器、主缸制動壓力傳感器、縱向加速度計等。如IS0-8855中所定義的，在坐標系中定義車輛運動變量，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運動變量(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、發(fā)動機扭矩請求、ABS和TCS)中的仲裁一起計算而來。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力學、沿著車身的豎軸的橫擺角速度以及在其后軸上定義的側(cè)偏角并滿足下面的等式，IzCoz = -bfcf (pr + bcozlv；]-5)+ brcrpr + Mz
M^xPr +vA +br6}z + (ozvx)=-cf(/3r+b(ozv^-d)-cr/3rK )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)動慣量，cf和q是前輪胎和后輪胎的側(cè)偏剛度(cornering stiffness), bf和b,是從車輛的重心到前軸和后軸的距離，b = bf+br, Mz是施加到車輛的主動力矩，S是前輪轉(zhuǎn)向角。用于反映駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖的目標橫擺角速度《zt和目標側(cè)偏角Prt可利用測量的方向盤轉(zhuǎn)角S和估計的行駛速度Vx作為輸入由等式(I)計算而來。在這樣的計算中，我們假設在表面條件正常(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)目標橫擺角 速度和目標側(cè)偏角。計算出的這些目標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橫擺角速度之間的差)計算而來的反饋控制器。如果車輛左轉(zhuǎn)且 zt+ zdb()S(其中， zdbos是時間變化死區(qū))，或者車輛右轉(zhuǎn)且 zt- zdlTOS，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，可按下面的式子計算主動扭矩請求(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 (0, -kos ( z- zt- zdbos))(2)在右轉(zhuǎn)過程中MZ= max (0，-kos ( z- zt+ zdbJ)其中，kos是可按照下面的式子定義的速度相關增益，
L 々('-V滴)^5^(3)
V xcihu ^xdhl其中，參數(shù)kQ，kdbl, kdbu, Vxdbl, Vxdbu 疋可調(diào)的。如果當車輛左轉(zhuǎn)時 z_ zdbus(其中，《zdbus是時間變化死區(qū))，或者如果當車輛右轉(zhuǎn)時 z+ zdbus，則激活ESC中的轉(zhuǎn)向不足控制功能?？砂凑障旅娴氖阶佑嬎阒鲃优ぞ卣埱螅谧筠D(zhuǎn)過程中氧=max(0，_kus( z-cozt+cozdbus))(4)在右轉(zhuǎn)過程中氧=min(0，_kus( z-cozt-cozdbus))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充反饋控制器。該控制器將側(cè)偏角估計值與目標側(cè)偏角^^1相比較。如果差值超過閾值Prib，則激活側(cè)偏角反饋控制。例如，按照下面的式子計算主動扭矩請求，在左轉(zhuǎn)過程中，^. > 0: Mz = min(o, kxx (j3r - Brt - Brdh)- KxcmJrcmp)在右轉(zhuǎn)過程中，(5)/ ,. < 0:Mz = max(o,kxs(/ -Bn + Brdh)-ksscmpfircmp)其中，kss和kSSMp是可調(diào)參數(shù)，是側(cè)偏角的補償時間導數(shù)。
可類似地產(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。當主導的車輛運動變量是橫擺角速度或者側(cè)偏角時，可直接使用前述的主動扭矩來確定需要的控制輪和將要被傳送至相應的控制輪的制動壓力的量。如果車輛動力學由多個運動變量主導，則將實施控制仲裁和確定優(yōu)先級。然后，最終仲裁的主動扭矩被用于確定最終的 控制輪和相應的制動壓力。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。在嚴重側(cè)滑的情況下，總是選擇外前輪作為控制輪。當側(cè)滑和轉(zhuǎn)向過度橫擺兩者同時發(fā)生時，可通過結合偏航誤差(yawerror)和側(cè)偏角控制命令兩者來計算制動壓力的量。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，車輛可在其縱向運動方向上達到其極限操縱條件。例如，在冰雪道路上制動會導致車輪抱死，這增加了車輛的制動距離。在類似道路上加大油門(open throttling)會導致驅(qū)動輪打轉(zhuǎn),而車輛不向前運動。為此，也可對這些非轉(zhuǎn)向駕駛條件使用操縱極限。即，輪胎縱向制動或驅(qū)動力達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)測各個車輛相對于車輛的行駛速度的旋轉(zhuǎn)運動，這可通過左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的縱向滑移率AiQ = 1,2,3,4)來表征，Ai按照下面的式子計算
；— _ __r_imaxftv, + a2tf )cos(s)+(vy + 0)zbf )sin ⑷,vmin)
^ =__ K2COj__— i(6)
"max((vx + coJf )cos(j)+ (yy + cozbf )sin ⑷，vmm)
「 n o____K4O),__^ ~ I. \ ~ 7 ' "
Itiax(Vjc-^5Vmin)max(vx+^,vmin)其中，tf和是前軸和后軸的半輪距，《 j是第i個車輪速度傳感器輸出，K j是第i個車輪速度比例因子，Vy是車輛在其重心位置處的橫向速度，Vfflin是反映允許的最小縱向速度的預設參數(shù)。注意到等式(6)僅在車輛未處于倒車驅(qū)動模式時是有效的。當駕駛員啟動的制動在車輪上產(chǎn)生太大滑動(例如，、》Abp = 20% )時，ABS模塊將釋放該車輪上的制動壓力。類似地，在導致第i個從動輪上大的滑動的大油門(large throttle)應用中，TCS模塊將請求降低發(fā)動機扭矩和/或?qū)⒅苿訅毫κ┘拥酵惠S上的相對車輪。因此，ABS或TCS的激活可通過監(jiān)測X ,接近X bp和X tp的程度來預測。III操縱極限指示器前述ESC (包括ABS和TCS)在實現(xiàn)其安全目標方面是有效的，然而進一步加強也是可能的。例如，ESC系統(tǒng)的擴展可期望用于側(cè)傾穩(wěn)定性控制。然而，ESC試圖進行的合適的校正可能會被駕駛員或環(huán)境條件所抵消。即使有ESC介入，輪胎力遠遠超過輪胎和道路的牽弓I能力的超速行駛車輛也可能無法避免轉(zhuǎn)向不足事故。我們引入了駕駛員和ESC系統(tǒng)的整合，從而它們可朝著加強駕駛員在環(huán)系統(tǒng)的控制性能的方向協(xié)同地工作。在特定的實施例中，提出的操縱極限指示器(HLM)確定當前的駕駛條件接近操縱極限的程度?？傮w來說，操縱極限條件的精確確定將涉及道路和輪胎特性的直接測量或者來自于許多相關變量的非常密集的信息(如果直接測量不可行)。目前，這兩種方法對于實時實現(xiàn)而言都不夠成熟。由于其反饋特征，所以ESC系統(tǒng)可被配置為通過監(jiān)測車輛的運動變量(例如，在上一節(jié)中所描述的那些)來確定可能的極限操縱條件。當運動變量偏離其參考值預定量時(例如，超過特定的死區(qū))，ESC系統(tǒng)可開始計算差動制動控制命令并確定控制輪。然后，相應的制動壓力被傳送到控制輪以使車輛穩(wěn)定。ESC激活的起始點可被認為是操縱極限的開始。更具體地講，我們可在下面的式子中定義相對操縱極限余量hx，
權利要求
1.一種車輛,包括 前向感測系統(tǒng)，被配置為檢測該車輛與另一車輛之間的距離； 觸覺駕駛員交界面； 至少一個控制器，被配置為如果車輛之間的距離小于預限定閾值，則啟動觸覺駕駛員交界面。
2.如權利要求I所述的車輛，其中，所述觸覺駕駛員交界面是觸覺加速踏板。
3.如權利要求I所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為以取決于所述距離的強度啟動所述觸覺駕駛員交界面。
4.如權利要求3所述的車輛，其中，所述強度隨著所述距離的減小而增力。
5.如權利要求I所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為按照類型將駕駛員對車輛的動態(tài)控制分類，并且基于所述類型改變所述預限定閾值。
6.如權利要求I所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為確定在所述觸覺駕駛員交界面被啟動之后所述距離是否增加，如果所述距離未增加，則減小所述預限定閾值。
7.如權利要求6所述的車輛，其中，所述預限定閾值被減小到預限定最小值。
8.—種車輛，包括 前向感測系統(tǒng)，被配置為確定該車輛和另一車輛之間的距離和相對速度； 觸覺駕駛員交界面； 至少一個控制器，被配置為基于所述距離和相對速度啟動所述觸覺駕駛員交界面。
9.如權利要求8所述的車輛，其中，所述觸覺駕駛員交界面是觸覺加速踏板。
10.如權利要求8所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為基于所述距離和相對速度來確定該車輛將要與所述另一車輛碰撞的時間，其中，基于所述距離和相對速度啟動所述觸覺駕駛員交界面包括如果該車輛將要與所述另一車輛碰撞的時間小于預限定閾值，則啟動觸覺駕駛員交界面。
11.如權利要求10所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為以取決于該車輛將要與所述另一車輛碰撞的時間的強度來啟動觸覺駕駛員交界面。
12.如權利要求11所述的車輛，其中，所述強度隨著該車輛將要與所述另一車輛碰撞的時間的減小而增加。
13.如權利要求10所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為按照類型將駕駛員對車輛的動態(tài)控制分類，并且基于所述類型改變所述預限定閾值。
14.如權利要求10所述的車輛，其中，所述至少一個控制器被進一步配置為確定在所述觸覺駕駛員交界面被啟動之后該車輛將要與所述另一車輛碰撞的時間是否增加，如果所述時間未增加，則減小所述預限定閾值。
15.一種用于提醒車輛的駕駛員的方法，所述車輛包括觸覺駕駛員交界面，所述方法包括 確定所述車輛的速度； 確定所述車輛與另一車輛之間的距離； 基于所述速度和距離啟動所述觸覺駕駛員交界面。
16.如權利要求15所述的方法，該方法還包括基于所述速度和距離確定車輛之間的間隔時間，其中，基于所述速度和距離啟動所述觸覺駕駛員交界面包括如果所述間隔時間比預限定閾值小，則啟動所述觸覺駕駛員交界面。
17.如權利要求16所述的方法，還包括以取決于所述間隔時間的強度啟動所述觸覺駕駛員交界面。
18.如權利要求16所述的方法，還包括按照類型將駕駛員對車輛的動態(tài)控制分類，并且基于所述類型改變所述預限定閾值。
19.如權利要求16所述的方法，還包括確定在所述觸覺駕駛員交界面被啟動之后所述間隔時間是否增加，如果所述間隔時間未增加，則減小所述預限定閾值。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述預限定閾值被減小到預限定最小值。
全文摘要
一種用于提醒車輛的駕駛員的方法，所述車輛包括觸覺駕駛員交界面，所述方法可包括確定所述車輛的速度；確定所述車輛與另一車輛之間的距離；基于所述速度和距離啟動所述觸覺駕駛員交界面。
文檔編號G06F3/01GK102741780SQ200980142683
公開日2012年10月17日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權日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:福特全球技術公司