专利名称：通过差速制动的避免碰撞策略的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及为车辆提供增强的避免碰撞功能的系统和方法，更具体的，涉及这样的系统和方法其为车辆提供增强的避免碰撞功能，在检测到常规转向失效的情况下如果存在潜在碰撞，则利用差速制动使车辆转向。
背景技术：
防撞系统和/或自适应巡航控制系统在本领域已经公知，这些系统在检测到与另一车辆或物体的潜在碰撞或即将发生的碰撞时提供自动车辆控制，例如制动，还可提供警告，以允许驾驶员采取纠正措施来防止碰撞。例如，已知自适应巡航控制系统 使用前视传感器，例如雷达或激光雷达传感器，如果该车辆正在接近另一车辆，前视传感器提供自动速度控制和/或制动。同样，已知防撞系统使用传感器，这些传感器用于确定是否即将发生与物体的碰撞，即使车辆操纵者正在控制车辆，仍提供自动的车辆制动。这些类型的系统通常使用在车辆的近场具有狭窄视野的远程传感器。尤其是，传感器信号从车辆上的点源发出，并沿着车辆的前方延伸，通常延伸至大约150米。碰撞警告系统向车辆的前方发射雷达或激光束，并处理来自车辆路线中的物体的反射。该系统根据所述反射生成测量结果，并基于该车辆的速度、相对于该物体的距离和速度、道路表面状况等来评估碰撞的可能性。提醒驾驶员警惕潜在碰撞的可以是车辆仪表盘上或者平视显示器(HUD)中的视觉指示，和/或也可以是音频报警或其它触觉反馈设备，例如座椅摇动。最近本领域中已经提出在ECA系统中组合自动制动和转向。例如，于2010年10月20日提交的、转让给本申请的受让人的、发明名称为“车辆防撞和报警系统”的美国专利申请序列号12/908，699公开了使用自动制动和转向组合提供防撞功能的系统和方法，此处引入其全文作为参考。在‘699申请中公开的防撞系统定义了第一、第二、第三和第四阈值，基于主车辆的速度、主车辆的加速度、目标车辆的速度、目标车辆的加速度、从主车辆到目标车辆的距离以及主车辆和目标车辆所行驶的道路的摩擦系数，这些阈值确定主车辆与目标车辆发生碰撞所需的时间，其中第一阈值大于第二阈值，第二阈值大于第三阈值，第三阈值大于第四阈值。防撞系统判断发生碰撞所需的时间是否小于第一阈值，如果是，则启动碰撞报警。如果发生碰撞所需的时间小于第一阈值，防撞系统还判断发生碰撞所需的时间是否小于第二阈值，如果是，则为主车辆提供有限的自动制动。如果发生碰撞所需的时间小于第二阈值，在‘699申请中公开的防撞系统还判断发生碰撞所需的时间是否小于第三阈值，如果是，则检查临近主车辆的道路车道是否畅通的情况。如果发生碰撞所需的时间小于第三阈值且临近主车辆的车道不畅通，则防撞系统提供完全的自动防撞制动。如果发生碰撞所需的时间小于第三阈值且临近主车辆的车道畅通，在‘699申请中公开的防撞系统还判断发生碰撞所需的时间是否小于第四阈值。如果发生碰撞所需的时间小于第四阈值且临近主车辆的车道畅通，则防撞系统为主车辆既提供自动转向，又提供自动制动。于2010年5月5日提交的、转让给本申请的受让人的、发明名称为“同时使用差速制动的车道居中故障安全控制”的美国专利申请序列号13/101397公开了一种为自主或半自主车辆提供自动车道居中的车道居中系统，其中如果系统检测到车载自动转向系统发生故障，则车辆控制系统利用差速制动来提供沿着希望路线的转向，从而提供车道居中。此处引入其全文作为参考。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种主车辆内的碰撞避免系统，其在常规转向控制发生故障时利用差速制动提供自动车辆方向控制。该系统确定与主车辆前方物体(例如目标车辆)的碰撞是否即将来临，以及如果碰撞即将来临，则确定主车辆沿其行驶的最优路线以规避物体。碰撞避免系统可确定自动转向是必要的，以使得车辆沿着最优路线行驶从而规避目标。如果碰撞避免系统确实判断自动转向是必要的，且检测到常规车辆转向已经发生故障，则系统利用差速制动使车辆沿着该路线转向。 本发明提供以下技术方案
I.一种用于提供主车辆中避免碰撞的方法，所述方法包括
确定物体和主车辆之间的碰撞即将发生；
如果碰撞即将发生，则确定主车辆沿着行驶的最优路线以规避物体；
提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线；
确定在自动车辆转向过程中车辆转向已经失效；
如果车辆转向已经失效，则利用差速制动使主车辆沿着最优路线转向。2.根据方案I所述的方法，其中利用差速制动使主车辆转向包括确定制动力命令，所述制动力命令有选择地向主车辆一侧的车轮或者主车辆相反侧的车轮提供制动。3.根据方案2所述的方法，其中确定制动力命令包括基于车辆的线性运动和状态空间方程计算制动力命令。4.根据方案2所述的方法，其中确定制动力命令包括基于道路表面的摩擦系数和主车辆的重量确定制动力命令是否会使车轮发生滑移。5.根据方案4所述的方法，其中如果已确定的制动力命令会使车轮发生滑移，则将制动力命令设置为防止车轮滑移的预定最大制动力命令。6.根据方案2所述的方法，其中向所述车辆有选择地提供制动力命令包括根据车辆负载按比例将制动分配到主车辆特定侧上的前轮和后轮。7.根据方案I所述的方法，其中利用差速制动使主车辆转向包括最小化成本函数，成本函数确认车辆横向偏移误差和车辆方位角误差之间的关系，车辆横向偏移误差由沿着最优路线的希望横向偏移和预测横向偏移定义，车辆方位角误差由沿着最优路线的希望方位角和预测方位角定义。8.根据方案7所述的方法，其中最小化成本函数包括使用如下方程式
AT
J = ■ |j fp]trr · Qix) * + w * R(t) - {λ
^ (erri
SJ其中Verr是横向偏移误差,Perr是方位角误差，和/ Υ )是加权因子。9.根据方案2所述的方法，其中确定制动力命令包括使用如下方程式将连续的制动力命令转变为离散的制动力命令
&
其中，Λ是对控制的加权值，Q是对轨迹误差的加权值，A、B和C是定义车辆线性离散运动的矩阵。10.根据方案I所述的方法，其中所述物体是位于主车辆前方的目标车辆。11. 一种用于提供避免在道路上主车辆和在主车辆前方行驶的目标车辆之间发生碰撞的方法，所述方法包括
确定目标车辆和主车辆之间的碰撞即将发生；
如果碰撞即将发生，则确定主车辆沿着行驶的希望的最优路线以避免碰撞；以及如果有必要则提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线，其中通过确定制动力命令利用差速制动提供自动车辆转向，制动力命令有选择地向主车辆一侧的车轮或主车辆相反侧的车轮提供制动。12.根据方案11所述的方法，还包括在利用差速制动使车辆沿着路线转向之前确定常规车辆转向已经失效。13.根据方案11所述的方法，其中确定制动力命令包括基于道路表面的摩擦系数和主车辆的重量确定制动力命令是否会使车轮发生滑移。14.根据方案13所述的方法，其中如果已确定的制动力命令会使车轮发生滑移，则将制动力命令设置为防止车轮滑移的预定最大制动力命令。15.根据方案11所述的方法，其中向车辆有选择地提供制动力命令包括根据车辆负载按比例分配制动到主车辆特定侧上的前轮和后轮。16.根据方案11所述的方法，其中利用差速制动包括最小化成本函数，成本函数确认车辆横向偏移误差和车辆方位角误差之间的关系，车辆横向偏移误差由沿着最优路线的希望横向偏移和预测横向偏移定义，车辆方位角误差由沿着最优路线的希望方位角和预测方位角定义。17. 一种位于主车辆上的碰撞避免系统，所述系统包括
用于确定物体和主车辆之间的碰撞即将发生的装置；
用于在碰撞即将发生的情况下确定主车辆沿着行驶的最优路线以规避物体的装置； 用于提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线的装置；
用于确定在自动车辆转向过程中车辆转向已经失效的装置；
用于在车辆转向已经失效的情况下利用差速制动使主车辆沿着最优路线转向的装置。
18.根据方案17所述的系统，其中用于使主车辆转向的装置确定制动力命令，所述制动力命令有选择地向主车辆一侧的车轮或者主车辆相反侧的车轮提供制动。19.根据方案17所述的系统，其中用于确定制动力命令的装直确定制动力命令是否会使车轮发生滑移，以及如果是，则将制动力命令设置为不会导致车轮滑移发生的最大制动力命令。20.根据方案17所述的系统，其中用于使主车辆转向的装置最小化成本函数，成本函数确认车辆横向偏移误差和车辆方位角误差之间的关系，车辆横向偏移误差由沿着最优路线的希望横向偏移和预测横向偏移定义，车辆方位角误差由沿着最优路线的希望方位角和预测方位角定义。结合附图，通过下文的描述和所附的权利要求书，本发明的另外的特征将变得显而易见。
图I是包括ECA系统和差速制动系统的车辆的示意 图2图示跟随道路上的目标车辆的主车辆，其中显示主车辆采取沿着最优路线的转向规避策略来防止与目标车辆的碰撞；和
图3是显示碰撞避免系统中利用差速制动提供转向控制的过程的流程图。
具体实施例方式对本发明实施例的下述讨论本质上仅是示例性的，决不用于限制本发明或者其应用或使用，其中本发明涉及一种增强的碰撞避免系统，其在常规的转向控制发生故障的情况下利用差速制动提供自动转向控制。正如下文将详细讨论的，本发明提出一种用于主车辆的增强的碰撞避免(ECA)系统，如果与目标车辆的碰撞即将来临，则该系统提供自动制动和转向组合。尽管此处的讨论涉及主车辆和目标车辆的潜在碰撞，但是讨论中的ECA系统也可应用于与主车辆前方任何物体的潜在碰撞。当与目标车辆的碰撞变得更加可能时，ECA系统会向主车辆的驾驶员提供某种形式的警告，如果驾驶员未能采取规避措施，碰撞避免系统会自动提供仅制动、仅转向或者制动和转向组合。图I是车辆10的示意图，其包括左前轮12、右前轮14、左后轮16和右后轮18。左前轮12包括制动单元20，右前轮14包括制动单元22，左后轮16包括制动单元24，右后轮18包括制动单元26。车辆10还包括自动转向系统28，例如电动助力转向、主动前轮转向系统等，该自动转向系统响应于车辆驾驶员对车辆方向盘30的控制使前轮12和14沿着希望的路线转向。车辆10还包括ECA系统32，该系统接收来自可以在车辆10上的各种传感器和相机的位于车辆10外部的各种图像和信号，上述各种传感器和相机例如远程雷达、短程雷达、摄像机等，这些共同用传感器34表示。正如本文讨论的，如果传感器34检测到位于车辆10前方的物体或其他车辆，则ECA系统32提供自动避免碰撞。正如下文将详细讨论的，ECA系统32可利用转向系统28为车辆10提供自动转向，以避免与物体或车辆发生碰撞。在避免碰撞策略中如果转向系统28以任何方式发生故障，本发明提出利用差速制动系统36向制动单元20-26有选择地提供制动力信号来提供转向。差速制动是公知的车辆稳定方法，其中制动控制有选择地提供给车辆10的每个车轮12-18，以使车辆10沿着希望的方向转向。差速制动特别应用于车辆稳定控制，其中由车辆方向盘30提供的希望车辆转向方向可能与由例如横摆角速度传感器确定的车辆10的实际转向方向不一样，因为各种情况，例如低摩擦系数的路面，可导致车辆10发生侧向滑移。图2图示了跟随目标车辆44行驶在道路42上的主车辆40，其中主车辆40包括本文所讨论类型的ECA系统46。当主车辆40以若不做任何控制变化则将发生碰撞的速度接近目标车辆44时，ECA系统46将向主车辆40的驾驶员给出声音警告以采取规避措施，如果没有采取任何规避措施，只要主车辆40至目标车辆44的距离s大于计算的制动距离
Sbrake，ECA系统46就会自动启动车辆制动，在这种情况下可有效提供制动以防止碰撞。如果主车辆40的速度以及主车辆40和目标车辆44之间的距离s变得太短，则ECA
系统46在距离s接近计算的转向阈值Ssteer的情况下可提供自动转向，其中Ssteer < Sbrake
。如果基于上文提到的参数在主车辆40和目标车辆44之间的距离s是如此短，则可能需要自动制动和转向组合。只有在主车辆40的速度高于预定速度V>V*的情况下才会提供自动转向，其中V*对于高摩擦道路表面可以是11米/秒。正如下文将详细讨论的，ECA系统46基于各种因素，例如车辆44的宽度、道路42表面的摩擦系数μ等，确定最优路线48，自动制动和/或转向会使主车辆40跟随最优路线以避免与目标车辆44发生碰撞。于2010年10月20日提交的、转让给本申请的受让人的、发明名称为“用于增强防撞的最优加速度曲线”的美国专利申请序列号12/908，689公开了一种利用ECA系统46内的特定算法确定最优路线48的方法，主车辆40将在道路42上沿着该最优路线行驶以规避目标车辆44，此处引入其全文作为参考。‘689中的方法包括提供存储在主车辆40上的离线优化查找表，该表包括基于主车辆40的速度范围和道路表面摩擦系数μ的沿着最优路线48的最优车辆制动或纵向减速度和最优距离。该方法确定主车辆40的当前速度和潜在碰撞过程中主车辆40行驶的道路表面的摩擦系数μ，并利用查找表确定主车辆40的用于最优路线48的最优纵向减速度或制动。该方法还基于摩擦椭圆和最优制动确定主车辆40用于最优路线48的最优横向加速度或转向。在避免碰撞策略中，正如本文讨论的，ECA系统46可使用自动制动控制、转向控制或者两者皆用，在策略过程中有可能转向系统28发生故障，此时常规转向可能不可用。熟悉本领域的人员会很容易意识到用于检测转向故障以及可能发生的故障类型的许多合适的技术。正如所提到的，本发明提出利用差速制动独立地向车辆40的各车轮有选择地提供制动，从而使得车辆40沿着已经确定的用于特定避免碰撞策略的最优路线48转向。当在避免碰撞策略中主车辆40相对于目标车辆44沿着最优路线48行驶且检测到转向故障时，ECA系统46中的模型预测控制(MPC)算法会基于制动控制命令 的变化而最小化成本函数/，例如，有选择地将制动控制命令提供给制动单元20-26，以致主车辆40的实际或预测路线跟随希望的最优路线48。下面的方程式(I)定义了成本函数/，它基于制动控制命令《的变化而被最小化，其中正的制动控制命令+ u表示在车辆40的一侧制动，负的制动控制命令-u表示在车辆40的另一侧制动。
当MPC算法正在确定最优路线48时，由车辆40的横向位置y和车辆40的方位角
φ定义主车辆40沿着路线48的每个位置。成本函数/基于增量点/处主车辆40的位置和
最优路线48之间的差值给出未来主车辆40在增量点/处相对于时界ΔΓ的定向的偏差。例
如，数值ΔΤ是控制时界，其定义了控制将被计算到未来多久以最小化成本函数/，例如，该
数值可以是I秒。成本函数/基于车辆40的横向位置y的误差和车辆40的方位角φ的误
差。通过成本函数/利用制动控制命令《最小化横向偏移误差％〃和方位角误差之间的偏差。正如所提及的，制动控制命令 的符号确定在车辆40的哪一侧提供制动，其中在任何时间点都仅在一侧提供制动。接着基于其它因素确定前后轮之间的前后制动比例，例如，车辆重心、负载等。
权利要求
1.一种用于提供主车辆中避免碰撞的方法，所述方法包括 确定物体和主车辆之间的碰撞即将发生； 如果碰撞即将发生，则确定主车辆沿着行驶的最优路线以规避物体； 提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线； 确定在自动车辆转向过程中车辆转向已经失效； 如果车辆转向已经失效，则利用差速制动使主车辆沿着最优路线转向。
2.根据权利要求I所述的方法，其中利用差速制动使主车辆转向包括确定制动力命令，所述制动力命令有选择地向主车辆一侧的车轮或者主车辆相反侧的车轮提供制动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定制动力命令包括基于车辆的线性运动和状态空间方程计算制动力命令。
4.根据权利要求2所述的方法，其中确定制动力命令包括基于道路表面的摩擦系数和主车辆的重量确定制动力命令是否会使车轮发生滑移。
5.根据权利要求4所述的方法，其中如果已确定的制动力命令会使车轮发生滑移，则将制动力命令设置为防止车轮滑移的预定最大制动力命令。
6.根据权利要求2所述的方法，其中向所述车辆有选择地提供制动力命令包括根据车辆负载按比例将制动分配到主车辆特定侧上的前轮和后轮。
7.根据权利要求I所述的方法，其中利用差速制动使主车辆转向包括最小化成本函数，成本函数确认车辆横向偏移误差和车辆方位角误差之间的关系，车辆横向偏移误差由沿着最优路线的希望横向偏移和预测横向偏移定义，车辆方位角误差由沿着最优路线的希望方位角和预测方位角定义。
8.根据权利要求7所述的方法，其中最小化成本函数包括使用如下方程式
9.一种用于提供避免在道路上主车辆和在主车辆前方行驶的目标车辆之间发生碰撞的方法，所述方法包括 确定目标车辆和主车辆之间的碰撞即将发生； 如果碰撞即将发生，则确定主车辆沿着行驶的希望的最优路线以避免碰撞；以及如果有必要则提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线，其中通过确定制动力命令利用差速制动提供自动车辆转向，制动力命令有选择地向主车辆一侧的车轮或主车辆相反侧的车轮提供制动。
10.一种位于主车辆上的碰撞避免系统,所述系统包括 用于确定物体和主车辆之间的碰撞即将发生的装置； 用于在碰撞即将发生的情况下确定主车辆沿着行驶的最优路线以规避物体的装置； 用于提供自动车辆转向以使主车辆跟随最优路线的装置； 用于确定在自动车辆转向过程中车辆转向已经失效的装置； 用于在车辆转向已经失效的情况下利用差速制动使主车辆沿着最优路线转向的装置。
全文摘要
本发明涉及通过差速制动的避免碰撞策略。主车辆中的碰撞避免系统在常规转向控制失效时利用差速制动提供自动转向控制。该系统确定与主车辆前方的物体(例如目标车辆)的碰撞是否即将来临，以及如果是，如果碰撞即将来临则确定主车辆沿着行驶的最优路线以规避物体。碰撞避免系统可以确定自动转向是必要的，以使得车辆沿着最优路线行驶从而规避目标。如果碰撞避免系统确实判断自动转向是必要的，且检测到常规车辆转向已经失效，则系统利用差速制动使车辆沿着该路线转向。
文档编号B60W30/12GK102897169SQ20121025900
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者N.K.莫什楚克, S-K.陈, J-W.李, C.T.扎戈尔斯基, A.查特吉 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司