专利名称：用于车辆电子稳定程序的基于激光二极管的自混合传感器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及车辆动态的测量。更具体而言，本发明涉及用于电子稳定系统的光学传感器。
背景技术：
车辆稳定性由轮胎牵引力和车辆的扭矩及离心力之间的平衡确定。突破车辆稳定性极限导致车辆的侧向滑移。DE325639A1公开了一种用于机动车辆的防滑系统，该防滑系统采用激光多普勒传感器来检测汽车的侧向漂移或者其真实的对地速度。然而，在车辆车身侧滑角以及前和后轮胎偏离角超过某种阈值的情况下，会出现车辆稳定性的临界条件。从当前的电子稳定程序(ESP)传感器集群尚无法获得这三种参数中的任何一种。
发明内容
因此本发明的目的是改进电子稳定性控制系统。此目的是通过各独立权利要求的主题来解决的。本发明有利的改进的地方在从属权利要求中定义。车辆的侧滑角、前和后轮胎偏离角、偏航率(yaw rate)和侧向加速率 (acceleration rate)可以从根据本发明装置的自混合激光器传感器中明确地导出。可以进一步采用基于偏航率、转弯半径和轮胎偏离角分析的三种标准来检测转向不足或过度转向的出现，这使得能够简化车辆电子稳定程序。为此目的，提供了一种用于确定车辆动态条件的光学传感器装置，包括
-具有至少一个激光二极管的第一激光器装置，所述第一激光器装置安装在车辆上的第一位置，使得激光以斜角照射在道路表面，以及
-具有至少一个激光二极管的第二激光器装置，所述第二激光器装置安装在车辆上的第二位置，使得激光以斜角照射在道路表面，其中所述第一和所述第二位置沿着道路表面是侧向分隔的。所述光学传感器装置还包括
-至少一个检测器，用于检测所述激光二极管的激光强度的自混合振荡， 以及
-数据处理装置，用于根据每个所述激光二极管的自混合激光强度振荡计算正向、侧向和/或垂直速度，以及用于确定至少一种下述参数 -车辆车身侧滑角， -轮胎偏离角， -所述车辆的偏航率， -所述车辆的俯仰或滚转速率， -转弯半径，和 -过度转向或转向不足条件。
5
传统ESP需要来自至少四种类型的传感器的输入，即转向角传感器、侧向加速度传感器、车辆偏航率传感器和车轮旋转传感器。本发明涉及基于激光二极管的，优选地基于 VCSEL的自混合干涉激光传感器，该激光传感器能够明确地测量车辆车身偏离角和轮胎偏离角。当前的ESP传感器无法明确地测量这些参数。优选地，每个激光器装置测量纵向或正向速度分量、侧向速度分量和/或垂直速度分量。为此目的，每个激光器装置包括至少两个激光二极管，优选地VCSEL。激光二极管定位为使得激光二极管的光束以不同方位角从激光器装置发射，使得光束具有沿着驱动方向和垂直于驱动方向的方向分量。由于使用了以不同方位角照射在道路表面的至少两个光束，可以由检测器从激光二极管的自混合振荡提取正向和侧向速度分量，使得数据处理装置能够计算每个激光器装置的正向和侧向速度。在外部反射表面布置在激光的光学路径内而获得外部腔体的情况下，出现激光自混合。调谐该外部腔体导致对激光平衡条件的重新调节并且因此导致激光输出功率的可检测变化。典型地是波动或振荡形式的这些变化是在半激光波长的距离上作为外部反射表面的位移函数重复的。波动频率因此与外部反射器的速度成比例。另外优选的是将第一和第二激光器装置安装在沿着车辆的正向方向分隔开的不同位置。例如，一个激光器装置可以安装在车辆的前部或其前轴并，另一激光器装置安装在车辆的重心或重心附近，或者通常安装在车辆的前轴和后轴之间。由于该布置对于某些参数例如偏航率的灵敏度随着距离而增大，优选地将传感器安装在前轴和后轴之间距离的至少四分之一，特别优选地至少三分之一的距离处。根据另一改进，采用沿着车辆的正向方向分隔开的三个激光器装置。例如，一个传感器可以安装在车辆的前部或前轴处或附近，另一激光器装置安装在重心附近或者安装在所述前轴和后轴之间，并且第三激光器装置安装在车辆的后部或其后轴处。如果两个激光器装置的侧向速度可以由数据处理装置计算，数据处理装置可以进一步根据侧向速度的微分确定偏航率。具体而言，如果前轴转向的车辆以给定偏航率行驶通过弯道，前部侧向速度大于后部侧向速度。如果两个激光器装置安装在横切正向方向的不同位置，例如安装在车辆的左侧和右侧上，也将出现侧向速度的微分。根据本发明的另一改进，该两个或更多个激光器装置之一以及相应地其激光束的取向耦合到前轮行进方向。这可以通过将激光器装置安装在前轮悬架上来实现。这种布置允许直接确定前轮胎偏离角而无需转向角传感器。就此而言，有利的是采用具有两个激光二极管的激光器装置，使得激光二极管之一发射具有沿着前轮行进方向的方向分量的光束，并且另一个激光二极管发射具有横切车轮行进方向的分量的光束。于是，根据两个二极管的激光强度的多普勒引发自混合振荡，数据处理装置可以确定沿着车轮行进方向的速度V1以及横切车轮行进方向的速度vt。为了确定前轮胎偏离角af，接着可以由数据处理装置计算方程
a f = arctan(K /F；) 根据本发明的改进，数据处理装置设置成根据车辆的侧向速度、侧滑角和偏航率确定前轮胎偏离角或后轮胎偏离角。该计算在下文更详细解释。偏离角是确定车辆的临界动态条件的重要参数。除其它因素之外，偏离角与转向不足或过度转向条件有关。具体而言，车辆的后轮胎偏离角可以由数据处理装置根据下述关系计算
权利要求
1.一种用于确定车辆动态条件的光学传感器装置，包括-具有至少一个激光二极管的第一激光器装置，所述第一激光器装置安装在车辆上的第一位置，使得激光以斜角照射在道路表面，以及-具有至少一个激光二极管的第二激光器装置，所述第二激光器装置安装在车辆上的第二位置，使得激光以斜角照射在道路表面，其中所述第一和所述第二位置沿着道路表面是侧向分隔的，所述光学传感器装置还包括-至少一个检测器，用于检测所述激光二极管的激光强度的自混合振荡， 以及-数据处理装置(6)，用于根据每个所述激光二极管的自混合激光强度振荡计算正向、 侧向和/或垂直速度，以及用于确定至少一种下述参数 -车辆车身侧滑角， -轮胎偏离角， -所述车辆的偏航率， -所述车辆的俯仰或滚转速率， -转弯半径，-过度转向或转向不足条件。
2.根据权利要求1的光学传感器装置，其中每个激光器装置包括至少两个激光二极管 (17、19)，其中所述激光二极管(17、19)的光束从所述激光器装置以不同方位角发射并且具有沿着驱动方向和垂直于驱动方向的方向分量，藉此所述数据处理装置(6)设置成计算每个所述激光器装置的正向、侧向和/或垂直速度。
3.根据权利要求1的光学传感器装置，包括沿着车辆(2)的正向方向分隔开的两个或三个激光器装置(1、3、5)。
4.根据前述权利要求的光学传感器装置，其中所述数据处理装置(6)计算每个所述激光器装置的正向、侧向和/或垂直速度，以及根据下述方程计算根据侧向速度的微分的偏航率 Ρ/ Λ和根据垂直速度的微分的俯仰或滚转速率d θ /dt的至少之一，f rr rr rrrΛΨ V-_ yj — y ydtabW — V/ - Vzf-- Vdt ab其中Vy、vfy和T1表示分别由中心、前部和后部安装的激光器装置(3、1、5)检测的车辆的侧向速度，\、Vfz和V^表示分别由所述中心，前部和后部安装的激光器装置(3、1、5)检测的车辆的垂直速度，a表示所述前部和所述中心安装的激光器装置之间的纵向距离，以及 b表示所述中心安装和所述后部安装的激光器装置之间的纵向距离。
5.根据权利要求1的光学传感器，其中所述数据处理装置(6)根据车辆的侧向速度、侧滑角和偏航率确定前轮胎偏离角或后轮胎偏离角。
6.根据权利要求1的光学传感器装置，其中所述激光器装置之一安装在前轮悬架上， 使得激光束取向耦合到前轮行进方向。
7.根据前述权利要求的光学传感器，其中所述激光器装置安装在前轮悬架上并且包括两个激光二极管(17、19)，所述激光二极管之一发射具有沿着前轮行进方向的方向分量的光束并且所述激光二极管(17、19)的另一个发射具有横切所述车轮行进方向的分量的光束，藉此所述数据处理装置(6)确定沿着车轮行进方向的速度V1和横切车轮行进方向的速度vt并且根据方程
8.根据权利要求1的光学传感器，其中所述数据处理装置(6)根据下述关系计算车辆的后轮胎偏离角α r
9.根据权利要求1的光学传感器装置，其中所述车辆的前轮胎偏离角α f由所述数据处理装置(6)根据方程
10.根据权利要求1的光学传感器，其中所述数据处理装置通过计算纵向速度或正向速度与偏航率和侧滑角变化率之和的乘积来确定在车辆的重心的侧向加速率。
11.根据权利要求1的光学传感器，其中所述数据处理装置(6)根据车辆的偏航率及其正向速度确定车辆的转弯半径。
12.一种用于车辆(2)的电子稳定系统，包括根据权利要求1的传感器装置。
13.根据前述权利要求的用于车辆的电子稳定系统，其中所述数据处理装置(6)将过度转向或转向不足的量值与阈值比较，其中所述电子稳定系统包括控制器，该控制器基于所述量值与所述阈值的比较引起制动或扭矩干扰。
14.根据前述权利要求的用于车辆的电子稳定系统，其中所述数据处理装置(6)比较实际车辆的偏航率和中性转向的偏航率、车辆的实际转弯半径和阿克曼转弯半径以及前轮胎偏离角和后轮胎偏离角，以及其中-当所述实际车辆的偏航率小于所述中性转向的偏航率，所述车辆的实际转弯半径大于所述阿克曼转弯半径并且所述前轮胎偏离角大于所述后轮胎偏离角时，所述数据处理装置(6)检测到转向不足条件，以及其中-当所述实际车辆的偏航率大于所述中性转向的偏航率，所述车辆的实际转弯半径小于所述阿克曼转弯半径并且所述前轮胎偏离角小于所述后轮胎偏离角时，所述数据处理装置(6)检测到过度转向条件。
全文摘要
本发明涉及用于简化的车辆稳定性控制的基于激光二极管的自混合激光器传感器。从自混合激光器传感器明确地导出车辆的侧滑角、前和后轮胎偏离角、偏航率和侧向加速率。采用基于偏航率、转弯半径和轮胎偏离角分析的三个标准来检测转向不足或过度转向的出现，这使得能够实现简化的车辆电子稳定程序。
文档编号B60W40/10GK102414576SQ201080019175
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月29日
发明者韩 M. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司