专利名称：车辆以及提醒车辆的驾驶员的方法
车辆以及提醒车辆的驾驶员的方法本申请要求于2008年10月30日提交的第61/109，584号美国临时申请的权益， 该申请的全部内容通过引用被包含于此。
背景技术：
路面碰撞中45%至75%是驾驶员失误造成的，并且驾驶员失误也是造成所有碰撞中大部分碰撞的主因。
车道偏离报警(Lane-D印arture Warning, LDff)使用视觉传感器来检测车辆相对于车道的位置，并警告驾驶员出现了意外的车道偏离。特定的前向碰撞报警O^orward Collision Warning,FCff)系统使用环境传感器来检测车辆前方的安全隐患，并提前警告驾驶员。然而，这些现有的驾驶员报警系统是在稳定状态或准稳定状态的驾驶条件期间操作的。
发明内容
一种机动车辆可包括电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个以及至少一个计算装置。所述至少一个计算装置可被配置为在所述电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个基于车辆的当前的操纵条件和极限操纵条件之间的余量启动之前对驾驶员发起警报。
虽然示出和公开了根据本发明的示例性实施例，但是这样的公开不应当被解释为限制本发明。在不脱离本发明的范围的情况下可期望作出各种变型和替代设计。
图1是车辆控制系统的实施例的框图。
图2是示例性的车辆速度曲线、牵引力曲线和制动曲线的图。
图3A至图3C是示例性车辆运动状态(横摆角速度(yaw rate)和侧偏角 (sideslip angle))的图。
图4A至图4C是示例性横摆操纵极限余量、纵向操纵极限余量和侧滑操纵极限余量的图。
图5是示例性的车辆速度曲线、牵引力曲线和制动曲线的图。
图6A至图6C是示例性车辆运动状态(横摆角速度和侧偏角)的图。
图7A至图7C是示例性横摆操纵极限余量、纵向操纵极限余量和侧滑操纵极限余量的图。
图8是基于操纵风险因子表征四种驾驶员类别的示例性隶属函数的图。
图9A、图IOA和图IlA是示例性的最终的操纵极限余量和风险的图。
图9B、图IOB和图IlB是驾驶员风格的示例性概率的图。
图12是平稳的驾驶行为和莽撞的驾驶行为的示例性行列式值(determinant)的图。
图13A和图13B分别是激进型驾驶和谨慎型驾驶的示例性平均间隔时间的图。
图14A和图14B分别是激进型驾驶和谨慎型驾驶的加速踏板变化率的示例性标准偏差的图。
图15A和图15B分别是激进型驾驶和谨慎型驾驶的制动踏板变化率的示例性标准偏差的图。
图16A和图16B分别是激进型驾驶和谨慎型驾驶的示例性驾驶员指数的图。
图17是针对激进型驾驶的在前一车辆和跟随车辆之间的示例性相对距离、距离误差和纵向加速度的图。
图18是选择表征图17中的激进型驾驶的示例性参数的图。
图19是针对谨慎型驾驶的在前一车辆和跟随车辆之间的示例性相对距离、距离误差和纵向加速度的图。
图20是选择表征图19中的谨慎型驾驶的示例性参数的图。
图21至图23是驾驶员提醒系统的实施例的框图。
具体实施例方式I.简介 现有的车辆电子控制系统的目标是通过识别驾驶员意图并通过控制车辆来辅助驾驶员安全、稳健和平稳地实现驾驶员的意图而使得驾驶任务变得容易。当驾驶员和电子控制系统作为系统朝着避免发生事故的同一目标共同努力并使得驾驶员在环 (driver-in-the-loop)车辆的避免发生事故的能力最大化时，电子控制系统的控制有效性会显著增加。实现该目标的一种途径是给驾驶员及时提供清楚和明晰的提示信息，这样， 负责任的驾驶员可据此做出响应。这种提示信息可由通常存在于车辆上的传感器计算或采集而来，这实现了驾驶员和电子控制之间的双向闭环控制。电子控制遵循驾驶员的意图，而驾驶员响应于来自电子控制的提示信息来修正其驾驶输入(例如，松开油门(drop throttle)、减少转向输入等)。这样，驾驶员和电子控制系统之间的无缝配合成为可能，并且这种无缝配合能使由于驾驶员失误造成的安全隐患的影响最小化。
除此之外，我们考虑靠近操纵极限发出警报、车辆的稳定性控制通常介入的驾驶条件或操纵条件。除了在操纵极限附近所遇到的问题之外，在此讨论的驾驶员提醒系统方式还可用于提高燃油经济性，即，在此讨论的驾驶员提醒系统方式也可被用作一种可利用建议和/或教导来帮助驾驶员学习节约燃油的驾驶习惯的系统。我们还讨论了当车辆接近操纵极限时使用来自于车辆稳定性控制器的数据来提供实时警告。这可以是警告功能集 (警告功能集可被定义为智能个人指示器(IPM)系统)的一部分。总体来说，可通过各种装置(包括触觉踏板、平视显示器、音频警告装置、语音系统等)发送IPM系统计算的信息 (intelligence)来警告或建议驾驶员。
图1描绘了 IPM系统10的实施例与车辆14的其它组件/子系统12的相互作用。 所述其它组件/子系统12可包括车辆传感器16、18 (例如，横摆角速度传感器、转向角传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器、轮速传感器、制动压力传感器等)、致动器20以及一个或多个控制器22。所述一个或多个控制器22可包括稳定性控制器M、仲裁逻辑器 26和其它控制器/系统28 (例如，防抱死制动系统、牵引力控制系统等)。
对于任何控制系统，工厂模型(plant model)在设计有效的控制策略方面都可起作用。类似地，驾驶员模型对于产生有效的和合适的驾驶员提醒信号很重要。因此，会需要驾驶风格表征。我们讨论基于他或她的车辆操纵能力来识别驾驶员的特性的方法。虽然已经研究了驾驶员建模和驾驶员行为表征，但是我们提出(例如)可基于接近操纵极限的驾驶频率和驾驶持续时间来推断出驾驶行为/风格和/或驾驶经验级别的途径(以及其它技术)。可在各种应用中使用这种驾驶员表征信息，下面讨论一些应用。
II.车辆稳定性控制的简要讨论 车辆的操纵决定车辆的转弯能力和机动能力。为了使车辆的操纵能力最大化，车辆需要利用其四个轮胎接地面附于道路上。超过其附着力极限的轮胎会打转、打滑或滑动。 一个或多个轮胎超过其附着力极限的条件可被称为极限操纵条件，附着力极限可被称为操纵极限。一旦轮胎达到其操纵极限，一般的驾驶员通常就不能掌控了。在所谓的转向不足的情况下，汽车执行驾驶员的转向输入不足，其前轮胎超过操纵极限，车辆不顾驾驶员的转向请求继续直行。在所谓的转向过度的情况下，汽车执行驾驶员的转向输入过度，其后轮胎超过操纵极限，车辆持续打转。为了安全目的，大多数车辆在其操纵极限处都被设为转向不足。
为了在驾驶员在操纵极限或超过操纵极限时不能控制车辆的情况下补偿车辆控制，电子稳定性控制(ESC)系统被设计成重新分配轮胎力，以产生与驾驶员的转向请求一致的可有效地转动车辆的力矩。即，控制车辆以避免转向不足和转向过度的情况。
自从1995年面世以来，ESC系统已经在各种平台中得以实现。在2010年款期间的逐渐采用和实现2012年款的完全安装，联邦机动车安全标准1 要求任意车辆上的ESC 系统均具有100001b以下的额定总重量。ESC系统可被实现为防抱死制动系统(ABS)和全速牵引力控制系统(TCS)的扩展。ESC系统可提供有助于以驾驶员的意图为中心的车辆动力学的横摆和横向稳定性。ESC系统还可使分配到各个车轮的制动压力(在驾驶员施加的压力之上或之下)均衡，以产生主动力矩来应对车辆意外的横摆和横向滑动运动。这会使得在制动、加速或溜车期间对于任何牵引表面都能够加强在操纵极限的转向控制。更具体地，当前的ESC系统将驾驶员的预期路径与从车载传感器推断出来的实际车辆响应进行比较。如果车辆的响应与预期路径不同(转向不足或转向过度)，则若需要将车辆保持在预期路径上并使得车辆的失控最小化，那么ESC控制器将制动施加于选择的车轮上并减小发动机扭矩。
可使用ESC系统中已有的数据来检测极限操纵条件，从而可不需要新的传感器。 例如，考虑配备有ESC系统的车辆，所述ESC系统使用横摆角速度传感器、方向盘传感器、横向加速度计、轮速传感器、主缸制动压力传感器、纵向加速度计等。如IS0-8855中所定义的，在坐标系中定义车辆运动变量，其中，在车身上固定的框架具有向上的竖轴，沿着车身纵向的纵轴，从乘客侧指向驾驶员侧的横轴。
总体来说，车辆级别反馈控制可由各个运动变量(例如，横摆角速度、侧偏角或其组合)与其它控制命令(例如，驾驶员制动、发动机扭矩请求、ABS和TCQ中的仲裁一起计算而来。下面讨论车辆级别控制命令。
公知的自行车模型获取车辆动力学、沿着车身的竖轴的横摆角速度ωζ以及在其后轴上定义的侧偏角βρ并满足下面的等式，
权利要求
1.一种车辆，包括电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个；多个传感器，被配置为测量表示车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件的参数， 其中，每个参数具有限定死区区间的上死区阈值和下死区阈值，测量的参数可在所述电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个未被启动的情况下落入该死区区间内；至少一个计算装置，与所述传感器相关联地操作并被配置为(i)针对每个参数，确定该参数与所述参数的上死区阈值和下死区阈值中的至少一个之间的归一化差；(ii)识别所述归一化差的最小值；(iii)如果所述归一化差的最小值超出所述死区区间内的预定阈值，则对车辆的驾驶员发起警报。
2.如权利要求1所述的车辆，该车辆还包括触觉踏板，其中，对车辆的驾驶员发起警报包括启动触觉踏板。
3.如权利要求1所述的车辆，该车辆还包括与所述至少一个计算装置相关联地操作的音频驾驶员交界面、视频驾驶员交界面和触觉驾驶员交界面中的至少一个，其中，对车辆的驾驶员发起警报包括启动所述音频驾驶员交界面、视频驾驶员交界面和触觉驾驶员交界面中的至少一个。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述传感器包括横摆角速度传感器、转向角传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器、轮速传感器和制动压力传感器中的至少一个。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述计算装置还被配置为对所述归一化差的最小值进行低通滤波。
6.一种用于提醒车辆的驾驶员的方法，该方法包括测量表示车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件的多个参数；确定车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量；如果余量超出预定阈值，则在车辆达到极限操纵条件之前对驾驶员发起警报。
7.如权利要求6所述的方法，其中，每个参数具有限定死区区间的上死区阈值和下死区阈值，测量的参数可在未启动电子稳定性控制、防抱死制动或牵引力控制的情况下落入该死区区间内。
8.如权利要求7所述的方法，其中，确定车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量包括针对每个测量的参数，确定该测量的参数与该测量的参数的上死区阈值和下死区阈值中的至少一个之间的归一化差。
9.如权利要求8所述的方法，其中，确定车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量包括识别所述归一化差的最小值。
10.如权利要求9所述的方法，其中，确定车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量包括对所述归一化差的最小值进行低通滤波。
11.如权利要求6所述的方法，其中，对驾驶员发起警报包括启动触觉踏板。
12.如权利要求6所述的方法，其中，所述警报是音频警报、视频警报和触觉警报中的至少一种。
13.如权利要求6所述的方法，其中，所述警报是语音警报。
14.如权利要求6所述的方法，其中，所述参数包括横摆角速度、转向角、横向加速度、纵向加速度、轮速和制动压力中的至少一种。
15.如权利要求6所述的方法，还包括基于所述余量表征驾驶员对车辆的动态控制。
16.如权利要求15所述的方法，还包括基于所述表征来改变所述预定阈值。
17.—种机动车辆，包括电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个； 至少一个计算装置，被配置为在所述电子稳定性控制系统、防抱死制动系统和牵引力控制系统中的至少一个基于车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量启动之前对驾驶员发起警报。
18.如权利要求17所述的机动车辆，其中，所述至少一个计算装置进一步被配置为接收表示车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件的多个参数值。
19.如权利要求17所述的机动车辆，还包括驾驶员交界面，该驾驶员交界面与所述至少一个计算装置相关联地操作，其中，对驾驶员发起警报包括启动驾驶员交界面。
全文摘要
一种用于提醒车辆的驾驶员的方法可包括测量表示车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件的多个参数；确定车辆的当前操纵条件和车辆的极限操纵条件之间的余量；如果余量超出预定阈值，则在车辆达到极限操纵条件之前对驾驶员发起警报。
文档编号B60K28/16GK102186693SQ200980141257
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者迪米塔·彼特诺夫·菲利夫, 陆建波, 夸库·O·普拉卡-阿桑特, 曾福林 申请人:福特全球技术公司