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-Departure 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(ForwardCollision 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
一种车辆可包括前向感测系统，被配置为检测该车辆与另一车辆之间的距离；触觉驾驶员交界面(interface);至少一个控制器，被配置为如果车辆之间的距离小于预限定阈值，则启动触觉驾驶员交界面。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I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(dropthrottle)、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I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24、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126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TCS)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以及在其后轴上定义的侧偏角并满足下面的等式，IzCoz = -bfcf (pr + bcozlv；]-5)+ brcrpr + Mz
M^xPr +vA +br6}z + (ozvx)=-cf(/3r+b(ozv^-d)-cr/3rK )其中，vx是车辆的行驶速度，M和Iz是车辆的总重量和横摆转动惯量，cf和q是前轮胎和后轮胎的侧偏刚度(cornering stiffness), bf和b,是从车辆的重心到前轴和后轴的距离，b = bf+br, Mz是施加到车辆的主动力矩，S是前轮转向角。用于反映驾驶员的转向意图的目标横摆角速度《zt和目标侧偏角Prt可利用测量的方向盘转角S和估计的行驶速度Vx作为输入由等式(I)计算而来。在这样的计算中，我们假设在表面条件正常(例如，具有名义侧偏刚度Cf和(^且摩擦系数高)的道路上驾驶车辆。还可执行针对稳定状态极限转弯的信号调节、滤波和非线性校正，以微调目标横摆角 速度和目标侧偏角。计算出的这些目标值表征驾驶员在正常路面上的期望路径。横摆角速度反馈控制器本质上是由横摆误差(测量的横摆角速度和目标横摆角速度之间的差)计算而来的反馈控制器。如果车辆左转且 zt+ zdb()S(其中， zdbos是时间变化死区)，或者车辆右转且 zt- zdlTOS，则车辆转向过度并激活ESC中的转向过度控制功能。例如，可按下面的式子计算主动扭矩请求(为减小转向过度趋势而被施加于车辆)，在左转过程中MZ= min (0, -kos ( z- zt- zdbos))(2)在右转过程中MZ= max (0，-kos ( z- zt+ zdbJ)其中，kos是可按照下面的式子定义的速度相关增益，
L 々('-V滴)^5^(3)
V xcihu ^xdhl其中，参数kQ，kdbl, kdbu, Vxdbl, Vxdbu 疋可调的。如果当车辆左转时 z_ zdbus(其中，《zdbus是时间变化死区)，或者如果当车辆右转时 z+ zdbus，则激活ESC中的转向不足控制功能。可按照下面的式子计算主动扭矩请求，在左转过程中氧=max(0，_kus( z-cozt+cozdbus))(4)在右转过程中氧=min(0，_kus( z-cozt-cozdbus))其中，kus是可调参数。侧偏角控制器是前述转向过度横摆反馈控制器的补充反馈控制器。该控制器将侧偏角估计值与目标侧偏角^^1相比较。如果差值超过阈值Prib，则激活侧偏角反馈控制。例如，按照下面的式子计算主动扭矩请求，在左转过程中，^. > 0: Mz = min(o, kxx (j3r - Brt - Brdh)- KxcmJrcmp)在右转过程中，(5)/ ,. < 0:Mz = max(o,kxs(/ -Bn + Brdh)-ksscmpfircmp)其中，kss和kSSMp是可调参数，是侧偏角的补偿时间导数。
可类似地产生基于变量(例如,横摆加速度和侧偏梯度(sideslip gradient))的其他反馈控制项。当主导的车辆运动变量是横摆角速度或者侧偏角时，可直接使用前述的主动扭矩来确定需要的控制轮和将要被传送至相应的控制轮的制动压力的量。如果车辆动力学由多个运动变量主导，则将实施控制仲裁和确定优先级。然后，最终仲裁的主动扭矩被用于确定最终的 控制轮和相应的制动压力。例如，在转向过度事件期间，选择外前轮作为控制轮，而在转向不足事件期间，选择内后轮作为控制轮。在严重侧滑的情况下，总是选择外前轮作为控制轮。当侧滑和转向过度横摆两者同时发生时，可通过结合偏航误差(yawerror)和侧偏角控制命令两者来计算制动压力的量。除了由于驾驶员的转向操纵而超过操纵极限的上述情况之外，车辆可在其纵向运动方向上达到其极限操纵条件。例如，在冰雪道路上制动会导致车轮抱死，这增加了车辆的制动距离。在类似道路上加大油门(open throttling)会导致驱动轮打转,而车辆不向前运动。为此，也可对这些非转向驾驶条件使用操纵极限。即，轮胎纵向制动或驱动力达到其峰值的条件也可被包含在操纵极限的定义中。ABS功能监测各个车辆相对于车辆的行驶速度的旋转运动，这可通过左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的纵向滑移率AiQ = 1,2,3,4)来表征，Ai按照下面的式子计算
；— _ __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和是前轴和后轴的半轮距，《 j是第i个车轮速度传感器输出，K j是第i个车轮速度比例因子，Vy是车辆在其重心位置处的横向速度，Vfflin是反映允许的最小纵向速度的预设参数。注意到等式(6)仅在车辆未处于倒车驱动模式时是有效的。当驾驶员启动的制动在车轮上产生太大滑动(例如，、》Abp = 20% )时，ABS模块将释放该车轮上的制动压力。类似地，在导致第i个从动轮上大的滑动的大油门(large throttle)应用中，TCS模块将请求降低发动机扭矩和/或将制动压力施加到同一轴上的相对车轮。因此，ABS或TCS的激活可通过监测X ,接近X bp和X tp的程度来预测。III操纵极限指示器前述ESC (包括ABS和TCS)在实现其安全目标方面是有效的，然而进一步加强也是可能的。例如，ESC系统的扩展可期望用于侧倾稳定性控制。然而，ESC试图进行的合适的校正可能会被驾驶员或环境条件所抵消。即使有ESC介入，轮胎力远远超过轮胎和道路的牵弓I能力的超速行驶车辆也可能无法避免转向不足事故。我们引入了驾驶员和ESC系统的整合，从而它们可朝着加强驾驶员在环系统的控制性能的方向协同地工作。在特定的实施例中，提出的操纵极限指示器(HLM)确定当前的驾驶条件接近操纵极限的程度。总体来说，操纵极限条件的精确确定将涉及道路和轮胎特性的直接测量或者来自于许多相关变量的非常密集的信息(如果直接测量不可行)。目前，这两种方法对于实时实现而言都不够成熟。由于其反馈特征，所以ESC系统可被配置为通过监测车辆的运动变量(例如，在上一节中所描述的那些)来确定可能的极限操纵条件。当运动变量偏离其参考值预定量时(例如，超过特定的死区)，ESC系统可开始计算差动制动控制命令并确定控制轮。然后，相应的制动压力被传送到控制轮以使车辆稳定。ESC激活的起始点可被认为是操纵极限的开始。更具体地讲，我们可在下面的式子中定义相对操纵极限余量hx，
权利要求
1.一种车辆,包括 前向感测系统，被配置为检测该车辆与另一车辆之间的距离； 触觉驾驶员交界面； 至少一个控制器，被配置为如果车辆之间的距离小于预限定阈值，则启动触觉驾驶员交界面。
2.如权利要求I所述的车辆，其中，所述触觉驾驶员交界面是触觉加速踏板。
3.如权利要求I所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为以取决于所述距离的强度启动所述触觉驾驶员交界面。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，所述强度随着所述距离的减小而增力。
5.如权利要求I所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为按照类型将驾驶员对车辆的动态控制分类，并且基于所述类型改变所述预限定阈值。
6.如权利要求I所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为确定在所述触觉驾驶员交界面被启动之后所述距离是否增加，如果所述距离未增加，则减小所述预限定阈值。
7.如权利要求6所述的车辆，其中，所述预限定阈值被减小到预限定最小值。
8.—种车辆，包括 前向感测系统，被配置为确定该车辆和另一车辆之间的距离和相对速度； 触觉驾驶员交界面； 至少一个控制器，被配置为基于所述距离和相对速度启动所述触觉驾驶员交界面。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，所述触觉驾驶员交界面是触觉加速踏板。
10.如权利要求8所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为基于所述距离和相对速度来确定该车辆将要与所述另一车辆碰撞的时间，其中，基于所述距离和相对速度启动所述触觉驾驶员交界面包括如果该车辆将要与所述另一车辆碰撞的时间小于预限定阈值，则启动触觉驾驶员交界面。
11.如权利要求10所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为以取决于该车辆将要与所述另一车辆碰撞的时间的强度来启动触觉驾驶员交界面。
12.如权利要求11所述的车辆，其中，所述强度随着该车辆将要与所述另一车辆碰撞的时间的减小而增加。
13.如权利要求10所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为按照类型将驾驶员对车辆的动态控制分类，并且基于所述类型改变所述预限定阈值。
14.如权利要求10所述的车辆，其中，所述至少一个控制器被进一步配置为确定在所述触觉驾驶员交界面被启动之后该车辆将要与所述另一车辆碰撞的时间是否增加，如果所述时间未增加，则减小所述预限定阈值。
15.一种用于提醒车辆的驾驶员的方法，所述车辆包括触觉驾驶员交界面，所述方法包括 确定所述车辆的速度； 确定所述车辆与另一车辆之间的距离； 基于所述速度和距离启动所述触觉驾驶员交界面。
16.如权利要求15所述的方法，该方法还包括基于所述速度和距离确定车辆之间的间隔时间，其中，基于所述速度和距离启动所述触觉驾驶员交界面包括如果所述间隔时间比预限定阈值小，则启动所述触觉驾驶员交界面。
17.如权利要求16所述的方法，还包括以取决于所述间隔时间的强度启动所述触觉驾驶员交界面。
18.如权利要求16所述的方法，还包括按照类型将驾驶员对车辆的动态控制分类，并且基于所述类型改变所述预限定阈值。
19.如权利要求16所述的方法，还包括确定在所述触觉驾驶员交界面被启动之后所述间隔时间是否增加，如果所述间隔时间未增加，则减小所述预限定阈值。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述预限定阈值被减小到预限定最小值。
全文摘要
一种用于提醒车辆的驾驶员的方法，所述车辆包括触觉驾驶员交界面，所述方法可包括确定所述车辆的速度；确定所述车辆与另一车辆之间的距离；基于所述速度和距离启动所述触觉驾驶员交界面。
文档编号G06F3/01GK102741780SQ200980142683
公开日2012年10月17日 申请日期2009年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者夸库·O·普拉卡-阿桑特, 曾福林, 法扎尔·阿拉曼·塞伊德, 迪米塔·彼特诺夫·菲利夫, 陆建波 申请人:福特全球技术公司