专利名称：用于车辆安全系统的判断线计算的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种用于汽车的车辆安全系统，以及更具体地涉及 由车辆安全系统进行的制动和转向确定。
背景技术：
传统的车辆安全系统根据速度设置来调节车辆速度，车辆操作员能 够在驾驶的同时对所述速度设置进行设置和调整。自适应巡航控制系统
检测车辆路径中的移动对象(object),诸如前方车辆，以及如果需要 则提供节气门和制动器控制，以维持距前方车辆的尾随距离(trailing distance )。
然而，这些系统没有考虑到主车辆(host vehicle)或所;险测的对 象的加速或减速。由于当计及加速度变化时发生的情况的多样性，现有 的车辆安全系统不能对所有情况执行计算而不发生无效值(null value)。因此，这些安全系统被编程为使用当前车辆速度维持尾随距 离。这些安全系统使用车辆的速度并且频繁地执行计算以将速度的任何 改变考虑进去。
发明内容
期望提供一种车辆安全系统，其确定直到必须开始制动或转向以避 免与对象接触的时间，包4舌计及(account for )车辆和所冲全测对象的 力口速度。
车辆具有安全系统，该安全系统包括至少一个对象传感器，用于检 测距该车辆的路径上的对象的距离以及该对象的速度和加速度。另外， 至少一个车辆传感器确定车辆的速度和加速度。传感器数据被输入到控
制器中，以基于传感器信息来确定直到车辆必须开始制动以避免与对象 接触的时间(即"制动判断线(judgment line)")以及直到车辆必 须开始转向以避免与对象接触的另一时间(即"转向判断线")。
一种用于确定对车辆安全系统的警告的方法包括利用来自传感器 的至少一个输入启动安全系统。该安全系统然后将车辆加速度与对象加速度进行比较以确定安全系统场景。基于为所确定的场景选择的方程， 安全系统计算对象与车辆之间的判断线。该判断线然后被用于确定警告 距离并警告车辆操作者。
结合附图根据下面用于实施本发明的优选实施例和最佳模式的详 细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得更加显而 易见。
图l是示出具有车辆安全系统的车辆和目标车辆的示意性平面以及
图2是示出用于图l的车辆安全系统的确定制动判断线和转向判断 线的方法的流程图。
具体实施例方式
参考附图，其中，在多个视图中相同的参考数字表示相同或相似的 部件。图i是示范性机动车辆的示意图，所述示范性机动车总体用io
表示，且具有车辆安全系统12。前方或目标车辆14位于主车辆10前面 一定距离处的路上。
控制器16管理车辆安全系统12。控制器16被连接到对象传感器 18,所述对象传感器18用于检测在主车辆10与目标车辆14之间的距 离，以及检测目标车辆14的速度及速度改变。传感器18可以是提供所 需信息的任何类型的传感器，或可以合并各自提供一种类型信息的多个 传感器。为了简化的目的，该实施例将所检测对象示为目标车辆14。任 何位于主车辆10所在路上的对象也会被检测到并受到车辆安全系统12 的处理。
另夕卜，主车辆10包括用于测量主车辆10的速度的速度计20。来自 速度计20的信息被发送到控制器16以用于车辆安全系统12的操作。
主车辆10的判断线(几)确定最迟可能(latest possible)时间， 在该最迟可能时间主车辆IO应该制动或转向以避免与目标车辆14 (或 对象)接触。车辆安全系统12的控制器16计算主车辆10的判断线(几)， 以便向车辆操作者提供充分的警告从而避免主车辆IO与目标车辆14之 间的接触。判断线(JL)的确定包括确定两个时间制动判断线(JLB)确定 主车辆10应该制动以避免与对象/目标车辆14接触的最后可能时刻， 以及转向判断线(几S)确定主车辆10应该转向以避免与对象/目标车 辆14接触的最后可能时刻。JLB和JLS都考虑了车辆特性，诸如重量、 重心、车辆的转弯半径、轮胎、制动系统等。
制动判断线
制动判断线(JLB)被表示为
其中TTC是要接触的时间，而t，是要制动的时间。换句话说，要 制动的时间(t，)是到该时间主车辆10必须开始制动以在主车辆10 与目标车辆14之间的目标最小间隙(TMG )处达到目标速度(Vt)的时 间。目标最小间隙(TMG)是主车辆IO与目标车辆14之间所期望的最 小距离。典型的目标最小间隙(TMG )是大约0. 25 m。目标最小间隙(TMG ) 距离可以根据主车辆10配置以及驾驶员标准来选择。本领域技术人员 将能够选择适合的目标最小间隙(TMG)。
当任一个车辆正在加速或减速时，要接触的时间(TTC)能够如下
计算 _
-两V ~~(Ziy ， 其中，X是主车辆IO与目标车辆14之间的距离，以及M是主车辆 IO与目标车辆14之间的加速度差。加速度差(AO利用下式来计算
其中，At是目标车辆14的加速度/减速度，而Ah是主车辆10的加 速度/减速度。AF是主车辆10与目标车辆14之间的速度差。速度差(AK ) 能够利用下式来计算
厶F = F j + 乂a * f'—(Flf + 乂/,
其中，Vh是主车辆10的速度，而Vt是目标车辆14的速度。 因此，当主车辆速度(Vh)和目标车辆速度(Vt)在加速度上没有
差别时(也就是每个车辆的速度是不变的)，则要接触的时间(TTC)
能够被简化为为了计算要制动的时间(t，)以用于在主车辆10和目标车辆14 中的至少一个在加速时确定速度差(Ar)以及用于确定制动判断线 (JLB)，首先必须计算要制动的距离(Bd)。要制动的距离(Bd)是 在要制动的时间(t，)期间所覆盖的距离，即在制动必须发生的最后 可能时刻之前所覆盖的距离。当达到要制动的距离(Bd)时，主车辆IO 必须开始制动以避免与目标车辆14接触。要制动的距离(Bd)能够利 用下式计算
其中，Amax是主车辆10能够减速的最大速率，以及AF在t，时取 得(见上述Ar的方程)。此外，乙,k。是主车辆IO达到目标车辆的速度 (Vt)所用的时间。也就是说，在制动开始之后的时间段。Tbr"。在已经 达到要制动的时间(t，)以及要制动的距离(Bd)之后开始。在制动 时间(Tbr,ka)结束之后，主车辆IO与目标车辆14之间将保持目标最小 间隙(TMG)。
制动时间(L,")能够利用下式计算<formula>formula see original document page 8</formula>将用于要制动的时间(Tb"ke)的上述方程代入用于要制动的距离(Bd)
的上述方程中，则用于要制动的距离(Bd)的方程变成
<formula>formula see original document page 8</formula>
另外，也能够利用如下方程来计算要制动的距离(Bd):
<formula>formula see original document page 8</formula>
通过组合用于要制动的距离(Bd)的前述方程，能够得出要制动的 时间(t，)。因为方程的复杂性以及为了避免无效值(例如导致计算 变得不可能由控制器16来求解的值)，根据多个操作场景对用于要制 动的时间(t')的方程进行简化。
笫一场景是当主车辆IO具有不变的速度且目标车辆14具有不变的 速度(也就是对于Ah-O， At-O),以及用于要制动的时间(t，)的方程
为
<formula>formula see original document page 8</formula>将该方程代入上面用于制动判断线(JLB)确定的方程中，则得到 下面的方牙呈
几5 =
7MG
AK 2Mmax
第二场景是当主车辆IO具有不变的速度而目标车辆14具有改变的 速度(也就是对于Ah-O, At-O),以及用于要制动的时间(t，)以及 制动判断线(JLB)的方程变成
〃"A2 ",，. wr v、 、、%
輕
、M
爿/2
AK2 + 2(7MG -义)(A -」max) A * ^max
+
/'=一」
几5:
、 , 、A2 力举jmax 」
第三场景是当主车辆IO具有改变的速度而目标车辆14具有不变的 速度(也就是对于Ah右O,且At-O)，以及用于要制动的时间(t，)和 制动判断线(JLB)的方程变成
〔」max*(Ar)2-2*，(7M7-I))X.
_ 一f (Ar)2 +2*;^*叫％十f拙c*(AF)2 一2*,(7MG-=一 J 」"(麵x-局 J 。
最后，第四场景是当主车辆IO和目标车辆14都具有改变的速度(也 就是对于Ah-O且At-O)，以及用于要制动的时间(t，)和制动判断 线(JLB)的方程变成
,(/j max- ((AF)2 + 2义* A/J)、乂 "max—
几B =-
使用所计算的JLB以及以基于达到最大减速度(Amax)所用的时间 的时间延迟来工作(working in a time delay),能够利用下式来计 算警告距离(Dwarn):
Z)waw = X - * (7TC —几B - 7M)
其中，WTM是警告时间裕度。换句话说，就是在其之后必须警告主 车辆10的操作者以在制动时间(Tbrake)结束后允许得到目标最小间隙 (TMG)的时间量。警告时间裕度(WTM)将操作者和主车辆10对警告做出响应所花费的时间量考虑在内。适合的警告时间裕度(WTM)是0. 8 秒。将警告时间裕度(WTM )和JLB时间加到一起给出了警告时间(Twarn ) 或者应该在此时警告驾驶员的碰撞之前的时间量。
转向判断线
能够为转向判断线(几S)完成类似的计算。例如，转向判断线(几S) 能够利用下式计算
其中，st，是其后主车辆10必须开始转向或转弯以避免与目标车 辆14接触的时间。以与上述相同的方式，在方程中使用要转向的时间 (St，)而非要制动的时间(t，)，来计算要接触的时间(TTC)。用
利用下式计算:''b - 一 ，"'曰1^。
如上，X是主车辆IO与目标车辆14之间的距离。Sd是在要转向的 时间(St，)之前行进的距离。也就是说，直到转向必须开始为止所行 进的距离。当已经达到要转向的距离(Sd)时，主车辆10必须开始转 向(也就是转弯以避免目标车辆14)。要转向的距离(Sd)能够通过如 下来计算确定主车辆IO转弯需要多少前方距离；并将目标车辆14在 相同时间量内将行进的距离考虑进去。因此，要转向的距离(Sd)能够 利用下式来计算
其中，Xh是主车辆IO在它们开始转弯之后向前行进的距离。Xt是 在主车辆10开始转弯之后目标车辆14所行进的距离。主车辆10向前 行进距离(Xh)能够利用下式计算
其中，L是主车辆10的轴距(wheelbase) 。 Rf是从主车辆10的 侧镜22的外缘到转弯中心24的半径，如图1所示。G)是主车辆10与目 标车辆14之间在转弯中心24处形成的角度，如图l所示。
到最远轮胎(furthest tire)的角(0)使用最远轮胎的外缘来计 算。也就是说，主车辆10的后轮26到转弯中心24和目标车辆14的后
10角(rear corner) 28到转弯中心24所形成的角度。顺便提及，从目标 车辆14的后角28到主车辆10的转弯中心24的距离与从主车辆10的 侧镜22的外缘到转弯中心24的距离相同，都是Rf。 到最远轮胎的角度(0)如下计算
其中，Ravg是从主车辆IO到转弯中心24的平均半径。来自主车辆 IO的平均半径(Ravg)能够表示为 ~ =翻2-丄2 。
将该方程代入上述方程并对到最远轮胎的角度(0)求解，我们得
到:<formula>formula see original document page 11</formula>
到侧镜的半径(Rf )能够利用下式计算<formula>formula see original document page 11</formula>
《是主车辆IO的轮胎的滑移角。滑移角(《)利用下式计算:
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，b是在重心30与主车辆10的后轴32之间的距离，以及w是 主车辆IO的轮距(track width) 。 R是从重心30到转弯中心24的半 径，如图1所示并用下式来表示<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，G是主车辆10的重心30。通过将用于滑移角(《)和到重 心的半径(R)的方程代回到上述用于到侧镜的半径(Rf)的方程中， 得到以下的方程
<formula>formula see original document page 11</formula>
通过将该方程代入到用于到最远轮胎的角度(0)的方程中，我们
得到<formula>formula see original document page 12</formula>
回到用于要转向的距离(Sd)的方程，我们依然必须确定目标车辆 已经行进的距离(Xt)。目标车辆已经行进的距离(Xt)能够利用下式
计算
力=r"旨"
其中，7YW777是主车辆IO转弯所需的时间。换句话说，是从主车辆
IO开始转弯直到主车辆IO达到目标最小间隙(TMG)的时间。要转弯的 时间(7Y"r/0能够利用下式计算
其中，0，是从主车辆10的侧镜22的外缘到转弯中心24与从目标 车辆14到转弯中心24所形成的角，如图1所示。来自侧视镜的角度(0，) 能够利用下式计算
0'= 0 —B;
其中，B是从主车辆10的侧镜22的外缘到转弯中心24与从主车辆 10的后轮26到转弯中心24形成的角度。我们知道
因此，已知轴距(L)和从后轮胎26到转弯中心24的半径(Rf ), 我们可以替换这些值并对角度差(B)求解，方程变成 B = sin—1
丄+
+
已知角度差(B)以及之前计算的到最远轮胎的角度值(G))，我们 现在能够计算目标车辆向前行进距离(Xt)。因此，通过组合这些方程， 我们能够对要转向的距离(Sd)求解
使用要转向的距离(Sd)的上面方程，能够得出要转向的时间(St，):
W」
这能够^^插入到上面的方程(JLS-TTC-St，)以确定转向判断线(几S)。再次，能够针对每个上述的场景，与主车辆IO和目标车辆14 的加速度相关联地，简化对于要接触的时间(TTC)、要转向的时间(St，) 以及转向判断线(几S)的计算，以输入到控制器16中。通过针对每个 场景来分离和简化上迷方程，可以避免对于控制器16的任何无效输入。
图2示出控制器16使用的处理过程34的概示。在步骤36中，控 制器16接收来自传感器18的输入以及来自速度计20的输入，所述来 自传感器18的输入诸如在主车辆10的路径上检测到对象的指示。然后， 控制器16开始制动判断线(几B)确定或转向判断线(几S)确定。另 外，控制器16可以具有同时地执行这两个确定的能力。在步骤42中， 对于制动判断线(几B)确定，控制器16对主车辆的加速度(Ah)和目 标车辆加速度(At)进行比较以确定使用哪些方程。然后，在步骤44 中，控制器16使用适当的方程计算要接触的时间(TTC)以及要制动的 时间(t，)。在步骤46中，使用所计算的要接触的时间(TTC)以及 要制动的时间(t，)，来计算制动判断线(几B)。在步骤48中，使 用所确定的制动判断线(JLB),控制器16计算警告距离。在步骤50 中，控制器16在适当的时间启动警告信号给主车辆IO的操作者。警告 信号可以是但不局限于音频信号、视觉信号或这些的任何组合。
替代地或者附加地，在步骤52中，控制器16通过比较主车辆加速 度(Ah)和目标车辆加速度(At)来确定使用哪些方程，开始转向判断 线ULS)确定。然后，在步骤54中，控制器16使用适当的方程计算 要接触的时间(TTC)以及要转向的时间(St，)。在步骤56中，使用 所计算的要接触的时间(TTC)和要转向的时间(St，)，来计算转向 判断线(几S)。在步骤58中，使用所确定的转向判断线(JLS)，控 制器16确定警告距离。在步骤50中，控制器在适当的时间启动警告信 号给主车辆IO的操作者。
控制器16可以向车辆操作者警告制动警告距离(Dwarn)和转向警 告距离(SDwarn)两者。替代地，警告车辆操作者的步骤50也能够包 括制动警告距离(Dwarn)与转向警告距离(SDwarn)的比较。然后， 控制器16能够基于作为最远点的警告距离(Dwarn或SDwarn)来警告 车辆操作者。也就是说，车辆能够制动或转向的最后可能距离。在这种 情况下，安全系统12必须在制动警告与转向警告之间进行区分，使得 车辆操作者将知道所需的适当行为(也就是对于车辆操作者来说警告必
13虽然详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所涉及领 域的技术人员将认识到在所附权利要求书的范围内的用于实施本发明 的多种可选设计和实施例。
权利要求
1.一种用于车辆的安全系统，包括至少一个对象传感器，其配置为检测距在所述车辆的路径上的对象的距离以及所述对象的速度和加速度；至少一个车辆传感器，其配置为确定所述车辆的速度和加速度；以及控制器，用于确定在所述车辆必须开始制动以避免与所述对象接触之前的第一时间量以及在所述车辆必须开始转向以避免与所述对象接触之前的第二时间量，所述第一和第二时间量基于所检测的距离、所述对象的速度和加速度以及所述车辆的速度和加速度。
2. 根椐权利要求l所述的安全系统，其中，所述至少一个车辆传感 器是速度计。
3. 根据权利要求l所述的安全系统，其中，所述第一时间量和所述 第二时间量基于当完成制动和转向时在所述车辆与所述对象之间的预 定距离。
4. 根据权利要求l所述的安全系统，其中，所述第一时间量和所述 第二时间量的每一个基于所述车辆的速度和加速度以及所述对象的速 度和加速度。
5. —种用于为车辆安全系统确定警告的方法，包括 利用至少一个输入来启动所述安全系统；对车辆加速度和对象加速度进行比较，并基于所比较的加速度来从 一组预定方程中进行选择；使用所选择的预定方程，计算要执行制动和转向中的至少一个以避 免与所述对象接触的时间量；至少部分地基于所计算的时间量，确定在其处必须向车辆操作者传 达警告的所述车辆与所述对象之间的距离；以及基于所确定的距离，警告车辆操作者执行制动和转向中的该一个。
6. 根据权利要求5所迷的方法，其中，启动安全系统还包括利用传 感器检测对象。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中，计算时间量还包括计算要制 动的时间量以及要与对象接触的时间量。
8. 根椐权利要求5所述的方法，其中，计算时间量还包括计算要转 向的时间量以及要与对象接触的时间量。
9. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述一组预定方程包括基于 如下情况的方程车辆速度不变且对象速度不变；车辆速度不变而对象 速度改变；车辆速度改变而对象速度不变；以及车辆速度改变且对象速 度改变。
10. —种用于为车辆安全系统确定警告的方法，包括 利用至少一个输入来启动所述安全系统；比较车辆加速度和对象加速度，并基于所比较的加速度，对于可适 用安全系统场景从一组预定方程中进行选择；基于用于确定的可适用安全系统场景的方程，计算直到所述对象与 所述车辆之间的接触的第 一 时间量；基于用于确定的可适用安全系统场景的方程，计算直到所述对象与 所述车辆之间的接触的第二时间量；基于所计算的第一和第二时间量，计算警告距离；以及基于所确定的警告距离来警告车辆操作者。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，启动安全系统还包括利用 传感器检测在车辆路径上的对象。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中，计算第一时间量还包括计算要制动的时间和要接触的时间。
13. 根据权利要求10所述的方法，其中，计算第二时间量还包括计算要转向的时间和要接触的时间。
14. 根椐权利要求10所迷的方法，其中，确定警告距离还包括计算制动警告距离；计算转向警告距离；以及对所述制动警告距离与所迷转向警告距离进行比较，以确定期望警 告距离。
15. 根椐权利要求14所述的方法，其中，期望警告距离是所述制动 警告距离和所迷转向警告距离中的较远距离。
16. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定的可适用安全 系统场景基于如下情况的一个车辆速度不变且对象速度不变；车辆速 度不变而对象速度改变；车辆速度改变而对象速度不变；以及车辆速度改变且对象速度改变。
全文摘要
本发明涉及用于车辆安全系统的判断线计算。车辆具有安全系统，该安全系统包括至少一个对象传感器以检测距车辆路径上的对象的距离以及该对象的速度和加速度。传感器数据被输入到控制器中，以确定在车辆与对象之间的期望制动判断线和转向判断线。然后，安全系统比较车辆和对象加速度。之后，安全系统基于用于确定场景的方程，来计算对象与车辆之间的判断线。然后，使用所述判断线来确定警告距离并警告车辆操作者。
文档编号B60W10/18GK101612938SQ200910150490
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者A·查特尔吉, P·R·威廉斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司