一种检测车辆行驶方向的方法

专利名称：一种检测车辆行驶方向的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测车辆行驶方向的方法和系统。本发明还涉及一种车辆控制系
统和车辆。
背景技术：
现代车辆采用安全系统对车辆和某些特定操作状态进行提前控制。这类安全系统 例如是可用来为行驶中的车辆规划路径的障碍检测系统。这类系统并非明确以创建全自 动驾驶汽车为目标，而是被认为是达到这一目标的跳板。其中的很多技术将用于未来的无 人驾驶汽车的组件，同时，人们正在将这些技术投入市场作为用某种方法辅助人类驾驶的 配件。这些努力将逐渐慢慢地应用于标准汽车中。驾驶员辅助装置有多种完全不同的类 型——信息感知型、启动矫正型和系统型。 为了使这类安全系统正确运行，检测车辆的行驶方向是很重要的。某些系统最好 仅在车辆以高于某一车速向前行驶时才启动。 已有不同的系统可用来检测车辆行驶方向。它们所解决的问题都是如何正确检测 车辆行驶方向。由于传感器的成本必须保持在低位，这对使用标准传感器(例，车轮传感 器)来检测行驶方向提出了挑战。 美国专利文件US 5267166披露了一种检测车辆方向的装置，该检测装置有一个 轮速计算装置，用来计算车速和加速度Aw。还有一个重力加速计用来计算检测到的重力加 速度Am。当Aw和Am同时增加或减少时，就能确定车辆正在向前行驶，Aw和Am其中一个增 加而另一个减少时，就能确定车辆正在倒退。为了检测这一特征，提供了一个计算系统，来 从加速度Aw值和Am值生成微分值Daw和Dam。由微分值Daw和Dam估算出车辆的行驶方 向。该方法存在的问题是，当车辆所行驶的道路的倾斜度快速变化时，用该算法检测行驶方 向就会出现问题。 对于用于由制动引起的低速碰撞的缓解的主动安全功能来说，充分检测车辆的行 驶方向是很重要的。仅用换档杆的位置也可检测方向，但并非所有情况都适用。例如，当车 辆停在斜坡上时，即使换档杆在前进挡的位置，也可能以低速向后退。

发明内容
因此，本发明的目的是，检测配备主动安全功能的车辆的行驶方向。主动安全功能 用于由制动引起的低速碰撞的缓解。 为了达到上述目的，根据权利要求1所述的本发明涉及一种检测车辆行驶方向的 方法。所述车辆至少包含一个由原动机通过传动系驱动的车轮。该方法包含至少根据车速 和车身倾斜度来确定车辆行驶方向的步骤。 该方法可包含至少根据车辆加速度来确定车身倾斜度的步骤。倾斜度可以至少根 据车辆第一纵向加速度值来确定，该纵向加速度值根据至少一个车轮传感器来测定。此外， 倾斜度还可以至少根据车辆第二纵向加速度值来确定，该第二纵向加速度值根据至少一个加速计来测定。 该方法可包含至少根据先前确定的行驶方向来确定倾斜度的步骤。 该方法可包含根据车身倾斜度来确定至少一个阈值的步骤。该方法可进一步包含
确定用于指示车辆是否向前行驶的第一阈值以及用于指示车辆是否倒退的第二阈值。速度 阈值可以至少根据先前确定的行驶方向来确定。阈值可以在查找表中定义。行驶方向可至 少根据阈值来确定。此外，方向还可至少通过比较车速和阈值来确定。 车速可根据至少一个车轮传感器测定。 此外，行驶方向可以至少根据传动值来确定，该传动值根据变速控制单元测定。
此外，行驶方向还可通过设定车辆行驶状态值来确定。当行驶状态值指示车辆方 向向前时，行驶状态值可被设定为第一值，当没有这样的指示时，行驶状态值可被设定为第二值。 为了达到上述目的，本发明还提供一种执行权利要求1-10任一项所述方法的检 测车辆行驶方向的系统。 该系统用来执行权利要求l-10任一项所述的方法。本发明目的还可通过包含检 测车辆行驶方向的系统的车辆控制系统实现。本发明目的最终通过包含车辆控制系统的车 辆来实现。 本发明的一个主要优点是，在确定车辆行驶方向时，同时考虑了车身倾斜度。当车 速高于速度阈值时，车辆牵引力已克服了倾斜。因此，指示车辆沿某一特定方向行驶。
本发明的一个优点是，用标准传感器就可正确检测车辆的行驶方向。汽车中其他 系统设定的必需要求即可以达到，因为，例如，车轮标准传感器为制动系统的一部分，这已 经满足了这些要求。 本发明的另一个优点是，行驶方向的检测只需执行一次。当检测到行驶方向后，不 必再次对其进行检测，直到车轮传感器测定的速度为0或很低的值。 由于加速计测定的加速度是对车轮传感器测定的加速度的补偿，因此改良了倾斜 度的检测。而且，检测倾斜度时，车辆不必处于静止状态。


下文将参照附图，对本发明作详细说明。附图不以任何形式限制本发明的保护范 围，仅用于解释本发明。
图1表示用于检测车辆行驶方向的系统的顶层。
图2表示用于测定车辆倾斜度的子系统。
图3表示用于根据加速度来估计倾斜度的子系统。 图4表示根据图2的子系统中的有条件的速率限制器子系统。 图5表示用于测定车辆行驶状态的图表。 图6表示车辆行驶状态表。
具体实施例方式
下面将参照具体实施方式
中详述的、并示于附图中的实施例对本发明做详细说 明。下文将详细说明的实施例仅作为本发明的实例，并不以任何形式限制本发明的权利要求所保护的范围。 本发明涉及一种检测车辆行驶方向的方法和系统。可以是任何类型的车辆，例如， 汽车、卡车。所述车辆至少包含一个由原动机通过传动系驱动的车轮。原动机可为内燃机 和/或混合动力系统和/或电动机。传动系的作用是将原动机的速度转换成车轮的速度。
图1表示用于检测车辆行驶方向的系统的一实施例的顶层。该系统包含称作倾 斜估计(Inclination Estimation)的第一子系统23。该子系统至少测定车身倾斜度，后文 将进一步对其详细说明。系统还包含称作车辆行驶状态表(Vehicle Moving State Chart) 的子系统24。该子系统检测车辆行驶状态，后文也将进一步对其详细说明。
根据本发明的系统至少根据车速和车辆倾斜度来测定车辆行驶方向，下文将详细 说明。 该方法用于具有转矩变换器的车辆中。车辆仅配备单个轮速传感器，其在低速时 检测不到车辆的行驶方向。当换档杆在前进档位或倒档位并且车辆所行驶的道路倾斜(车 辆倾斜)时，变换器仅允许某特定的与换档杆所处档位相反的速度。例如，如果换档杆在前 进档位且车辆在上坡路段行驶时，转矩变换器不允许车辆以超过前进速度阈值的速度向后 退。 用这种方法，当速度超过时，则可推断车辆正向前行驶。如果换档杆在倒档位，阈 值速度要更低些，且如果车速超过，则该方法推断车辆正向后退。该方法将会在后文参照图 5-6详细说明。 倾斜估计子系统23至少根据车辆加速度来测定倾斜度。具体来说，至少根据第
一车辆纵向加速度值来测定倾斜度，其中第一纵向加速度值根据至少一个车轮传感器来测
定。优选地，在至少一个车轮上安装两个车轮传感器。将第一加速度值称为地上纵向加速
度l(Long Acc Over Groundl)，参见图1，该值反馈到倾斜估计子系统23中。 子系统23还至少根据第二车辆纵向加速度值来测定倾斜度，该车辆第二纵向加
速度值根据至少一个加速计测定。第二加速度值称作纵向加速度2(Long Acc 2)，该值也反
馈到倾斜度估计子系统中。优选地，车辆应至少有一个加速计。 子系统23还至少根据先前确定的行驶方向来测定倾斜度。先前确定的值称作车 辆行驶状态6。在将车辆行驶状态值反馈到倾斜度估计子系统23之前，将该值取倒数22。
倾斜估计子系统23，除测定倾斜度外，还根据车身倾斜度确定至少一个车速阈值。 该子系统还根据先前确定的行驶方向来确定阈值，该值称作车辆行驶状态6。该值将结合图 5在下文进行讨论。根据本发明的系统还至少根据阈值来测定行驶方向，其将结合图5作更 详细的说明。 图2表示倾斜估计子系统23的实施例，该子系统用来计算倾斜度和阈值。在该子 系统中，沿纵向作用于车辆的重力(信号31)通过纵向加速度2(根据加速计测定的加速 度)和地上纵向加速度l(根据车轮传感器测定的加速度)的差值来评估。在减法单元28 中，纵向加速度2减去地上纵向加速度1，生成剩余加速度。当车辆向后行驶(倒退)时，地 上纵向加速度1的符号相反，当车辆静止时，地上纵向加速度1等于纵向加速度2。车辆反 馈值行驶状态6用来设置地上纵向加速度1的方向。该方向在乘法单元27中设置。
借助于剩余加速度可以估计车身倾斜度32，该步骤在单元29中完成。估计的车 身倾斜度32受测量噪声的影响，因而，最好应用具有适当截止频率的低通滤波器30，并生
5成滤波器倾斜值36。当倾斜度在-15%和+15%之间时，如果加速度以重力计，则倾斜度32可由加速度31估计。这在图3中加以说明，其中加速度值以9. 81 (重力加速度值)校正。
当车辆行驶状态值(车辆行驶方向)未知时，由于倾斜度不确定，所以使用有条件的速率限制器(conditional rate limiter)33。为了避免对倾斜度值估计太低，当行驶方向未知时，仅允许增加估计的倾斜度36(滤波后的值)。而且，当车速和阈值比较时(将参照图5进行说明)，不应该反映估计的倾斜度36的降低。 图4表示有条件的速率限制器的一实施例。根据图4的限制器满足限制器33的要求。如果行驶方向未知(由单元42控制)，在单元41中比较当前估计的倾斜度36和被称作倾斜限制(Inclination limited)9 (见图2)的先前确定的倾斜度。在38中，对倾斜限制取倒数。行驶方向与先前确定的行驶方向有关。先前确定值称作车辆行驶状态6。该值将参照图5在下文讨论。在装置41中，确定倾斜度的最大值并将其选作倾斜限制值8。如果车辆行驶状态值不是0，则逻辑无效。 根据倾斜限制值，确定用于指示车辆是否向前行驶的第一阈值和用于指示是否车辆倒退的第二阈值。阈值在查找表34、35中定义。阈值定义为倒退速度阈值8和前进速度阈值7(见图l和2)。 车辆行驶方向至少要根据车速和车身倾斜度来确定，现对其进行说明。车辆行驶状态表子系统24执行的测定如图5所示。从倾斜估计子系统输入到24的输入值是倒退速度阈值8、前进速度阈值7和倾斜限制9，这些值在上文已有说明。此外，车速值3和换档杆位置值4也输入表中。车速值根据至少一个车轮传感器测定。 在自动变速箱中，换档杆位置值4指示换档杆位置。例如，当换档杆置于"前进"位时，将产生第一值；当换档杆处于"倒档"位时，将产生第二值。例如，当换档杆在"前进"档位，值可以是3 ;当换档杆在"倒档"位，值可以是1 。 至少通过比较车速和阈值来确定行驶方向。车速值3代表车速，倒退速度阈值8和前进速度阈值7代表阈值。下文将对比较进行说明。此外，行驶方向至少根据传动值来测定，传动值根据变速控制单元测定。换档杆位置值4代表传动值。变速控制单元例如可以在自动变速箱中用来控制，或在手动变速箱中指示换档杆位置。 图5中，指示有四种不同的操作状态43，44，45，46。每一种操作状态都由车辆行驶状态6的一个值来表示。操作状态指示车辆的行驶方向，且当满足特定条件(将在下文描述)时，该图表确定车辆处于某特定的状态。 该方法用于配有转矩变换器和单个轮速传感器的车辆中，该单个轮速传感器在低速时无法检测到车辆行驶方向。当换档杆位置在前进档位或倒档位且所行驶的道路倾斜(车辆倾斜)时，转矩变换器只允许特定的与换档杆位置相反的速度(不加油门)。如果换档杆在前进档位且车沿斜坡向上时，转矩变换器不允许车辆以超过某前进速度阈值的速度后退。当超过这一速度时，可推断车辆正在向前行驶。如果换档杆在倒档位，速度阈值更低，如果超过该阈值时，该方法将推断车辆正在倒退。 现在参照图5和图6。当车辆向前行驶时，车辆行驶状态值6设置为向前。在表中，以43指示状态。向前值还可由一个数字表示，例如3。当满足两个特定条件中的一个时，值6设置为向前。这两个条件47分别是，当换档杆位置值4为向前(或3)和车速值3高于前进速度阈值7。
前进速度阈值7在倾斜估计子系统23中设置且与路面倾斜度有关。这反映了转 矩变换器的特性。如图6所示，当换档杆位置在前进档位时，倾斜度在除15%附近以外的 前进速度阈值7为3千米/小时，倾斜度在15%附近的前进速度阈值7为8千米/小时。 这意味着，当车辆在前进档位且明显上坡时，转矩变换器将允许车辆后退。为了弥补这一缺 陷，在能够估计出车辆向前行驶之前，必须要增大车速。当车辆处于以46表示的未知状态 时，测试该条件。车辆运行状态6值则为未知，或由数字代表。 其他条件49是当倾斜限制值9小于某特定值(这里阈值取-5)且换档杆位置值 不在倒档位(或不是l)。当车辆处于由44表示的静止状态时测试该条件，车辆运行状态值 为静止或由一数字代表。车速值3也必须高于某特定值(例如1)，条件50。非倒档位条件 是指，静止车辆可以继续换到空档位、并且如果道路倾斜则车辆(由于重力)必将沿斜坡移 动的情况。 当车辆倒退时，车辆行驶状态值6设置为倒退。在图表中，由45表示该状态。倒 退值还可由一数字表示，例如2。当满足两个特定条件中的一个时，值6设置为倒退。两个 条件54分别为换档杆位置值4为倒退(或1)，车速值3高于倒退速度阈值8。
倒退速度阈值8也在倾斜估计子系统23中设定并与道路倾斜度相关。如图6所 示，当换档杆位置在倒档位时，倾斜度在除-15% (下坡)附近外的倒退速度阈值8为3千 米/小时，倾斜度在_15%附近倒退速度阈值8为8千米/小时。这意味着，在倒档位且明 显下坡时，转矩变换器允许车辆前进。为了弥补这一缺陷，在能够估计出车辆向后行驶之 前，必须要增大车速。该条件也在车辆处于以46表示的未知状态时测试。
其他条件53是当倾斜限制值9高于某特定值(这里取5，但也可取任意值)且换 档杆不在前进档位(或不是3)。该条件也在车辆处于静止状态44时测试，车速值3必须高 于某特定值(例如1)，条件50。非前进档位条件是指，静止车辆可以换档到空档位、并且如 果道路倾斜则车辆(由于重力)必将沿斜坡移动的情况。 因此，确定行驶方向时要考虑倾斜度的影响。当值3高于值7或8时，车辆牵引力 克服了倾斜度。这就表示车辆后退或向前行驶。 图5中还表示如果满足其他条件48和49会出现什么情况。当车速值3低于某特 定值(例如1)时，状态变为未知46。当车辆向前行驶(状态43)或后退(状态45)时测试 该条件。此外，图5中还表示，如果满足条件51 (车速低于某特定值，例如0. 5)，则状态变为
静止44。 因此，行驶方向通过设定行驶状态值6来确定。当满足特定条件时，则设定特定状 态43， 44， 45， 46。当确定加速度和倾斜度时，使用代表状态的车辆行驶状态值6，如以上参 照附图l-4所做的说明。 参照图1，车辆行驶状态值6也用来设置向前行驶值5。该值5为系统以外的信 号，其可以例如用在仅在车速向前行驶并高于某特定车速时才启动的主动安全系统中。具 体说，当车辆行驶状态值6指示车辆方向向前时，向前行驶值5设置为第一值(例如1);当 没有这样的指示时，向前行驶值5设置为第二值(例如0)。上述指示可以例如是车辆行驶 状态值6为3或者向前。状态的控制由单元25执行。
权利要求
一种检测车辆行驶方向的方法，所述车辆至少包含一个由原动机通过传动系驱动的车轮，该方法包含以下步骤至少根据车速和车身倾斜度来确定车辆行驶方向。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含至少根据车辆加速度来确定车身倾 斜度的步骤。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包含以下步骤至少根据车辆第一纵向加 速度值来确定倾斜度，该纵向加速度值根据至少一个车轮传感器来测定。
4. 根据权利要求2-3任一项所述的方法，其特征在于，包含以下步骤至少根据车辆第 二纵向加速度值来确定倾斜度，该第二纵向加速度值根据至少一个加速计来测定。
5. 根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包含至少根据先前确定的行驶方向来确定倾斜度的步骤。
6. 根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包含根据车身倾斜度来为车速确定至少一个阈值的步骤。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包含以下步骤确定用于指示车辆是否向前行驶的第一阈值以及用于指示车辆是否倒退的第二阈值。
8. 根据权利要求6-7任一项所述的方法，其特征在于，包含至少根据先前确定的行驶 方向来确定阈值的步骤。
9. 根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，阈值在查找表中定义。
10. 根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，包含至少根据阈值来确定行驶 方向的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种检测车辆行驶方向的方法。所述车辆至少包含一个由原动机通过传动系驱动的车轮。该方法包含至少根据车速和车身倾斜度来确定车辆行驶方向的步骤。
文档编号G01P13/02GK101738490SQ20091020948
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者简·诺德斯特姆, 马蒂亚斯·本特森 申请人:福特全球技术公司