汽车预防电子稳定性控制的制作方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2018年11月20日提交的申请号为no.102018000010456的意大利专利申请的优先权，其全部内容通过引用被包含在本文中。

本发明总体上涉及一种汽车电子主动安全系统，尤其涉及一种汽车预防电子稳定性控制系统。

本发明适用于任何类型的道路机动车辆，无论是用于运输人的诸如汽车、公共汽车、野营车等，还是用于运输货物的诸如工业机动车辆(卡车、铰接式卡车、铰接式车辆等)或轻型或中等重型商用车辆(货车、厢式货车、带驾驶室底盘等)的道路机动车辆。

背景技术：

在us9,399,450b2、us8,880,294b2、ep2734425b1、ep2165896a1、ep1805530b1、de102009041580a1、jp2015138330a、us2015/151756a1和us2018/201262a1中公开了汽车电子控制系统的一些示例。

特别地，us9,399,450b2公开了一种用于促进机动车辆的均匀行驶风格的方法和系统，其中，当机动车辆接近路线区段时，首先确定机动车辆的纵向速度和机动车辆前方的路线区段的曲率半径，然后当行驶通过该路线区段时，根据曲率半径和纵向速度来确定预期横向加速度。将预期横向加速度与可由行驶员预定义的永久限定的横向加速度极限进行比较，并且在预期横向加速度大于横向加速度极限值中的至少一个的情况下，通过对行驶员的光学、声学和/或触觉请求和/或通过自主制动干预来降低机动车辆的纵向速度。如果预期横向加速度小于或等于横向加速度极限值中的较低者，则通过减小发动机拖曳扭矩来减小机动车辆的纵向速度的降低。

相反，jp2015/138330a公开了一种包括电子控制单元的机动车辆速度控制装置，该电子控制单元执行目标轨迹生成功能，以计算根据获取的道路形状信息和障碍物信息预测的目标轨迹的曲率，以及相对于到目标轨迹上的每个点的移动距离的曲率变化率，以生成具有计算出的曲率和曲率变化率的目标轨迹。电子控制单元还实现转向角速度上限值设置功能，以设置在计算出的目标轨迹的曲率和曲率变化率中允许的转向角速度的上限值。电子控制单元还实现控制速度计算功能，以计算其中根据机动车辆的速度和曲率变化率计算的转向角速度变得等于或小于转向角速度上限值的机动车辆的控制速度。最后，电子控制单元实现速度控制功能，以使机动车辆以等于或低于控制速度的速度行驶。

技术实现要素：

申请人已经观察到，在us9,399,450b2中公开的汽车电子稳定性控制系统基于沿着可校准长度的道路路段的道路弯道(例如，在机动车辆前方几十米)的以曲率半径形式的地形数据来操作，并且该特征可以与其他特征一起并且在某些行驶场景中是导致汽车电子稳定性控制系统的行为的原因之一，该行为会给机动车辆的乘客带来不舒服和不安全的行驶体验。

因此，本发明的目的是提供一种克服上述缺点的汽车预防稳定性控制算法。

根据本发明，如所附权利要求所述，提供了一种旨在改善机动车辆的行驶稳定性的汽车电子预防主动安全系统。

附图说明

图1示出了根据本发明的汽车预防稳定性控制算法的流程图，以及示出了所涉及的一些物理量的演变的曲线图。

图2示出了用于模拟根据本发明的汽车预防稳定性控制算法的行为的仿真软件(simulink)架构的框图。

图3示出了根据本发明的汽车预防稳定性控制算法中涉及的一些物理量的时间演变。

图4示出了所谓的g-g图，其描绘了作用在机动车辆重心上的纵向加速度和横向加速度的轨迹、摩擦椭圆、机动车辆的抓地极限以及摩擦椭圆和抓地极限之间的安全裕度。

图5示出了根据本发明的旨在改善机动车辆的行驶稳定性的汽车电子预防主动安全系统的实施方式的框图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明，以使本领域技术人员能够实施和使用本发明。对所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他实施方式和应用。因此，本发明并不旨在限于本文中描述和示出的实施方式，而是应符合与本文中描述和要求保护的特征一致的最宽范围。

总之，本发明包括识别沿着机动车辆从其当前位置直至机动车辆的电子地平线的路线的具有对行驶安全至关重要的特征(即满足行驶安全关键标准的特征)的道路路段，其重要性将在下文中更详细地描述，然后从所识别的对行驶安全至关重要的道路路段直至机动车辆的当前位置，向后计算机动车辆在从对行驶安全至关重要的道路路段开始的道路路段上应遵循的行驶速度曲线，使得以满足给定行驶安全标准的行驶速度行驶通过该对行驶安全至关重要的道路路段。

典型的对行驶安全至关重要的道路路段例如是道路弯道，如果在可能存在有限的道路附着条件的情况下高速行驶，则道路弯道无疑代表了行驶安全中的关键因素。因此，识别沿着机动车辆的最可能的行驶路线的前述对行驶安全至关重要的道路路段，导致搜索具有给定对行驶安全至关重要的特征的道路弯道，即满足给定对行驶安全至关重要的标准的道路弯道，特别是满足对行驶安全最至关重要的道路弯道，即具有最小曲率半径的道路弯道，下面的描述将为了便于描述仅仅以示例的方式参考上述道路弯道。

其他对行驶安全至关重要的道路路段甚至可以是直线道路路段，如果例如由于严重的大气降水和/或由于特别磨损、不平坦或损坏的路面在有限的道路附着条件下行驶，则可能会导致打滑或失去抓地力，这当然是行驶安全的另一个关键因素。在这种情况下，识别沿着机动车辆的最可能的行驶路线的对行驶安全最至关重要的道路路段，导致搜索具有行驶安全关键性最高的直线道路路段。

更具体地，通过使用基于以下假设的分析方法，即沿着机动车辆的行驶路线从其当前位置直至其电子地平线不存在障碍物，并且沿着行驶路线的道路特性在道路曲率以及道路附着度(如果可用的话)方面是已知的，可以通过使用摩擦椭圆方法来计算行驶速度曲线，其中，如已知的，摩擦椭圆是可以在所谓的gg图(例如参见图4)中描述的轮胎力椭圆，并且是由最大纵向加速度axmax和最大横向加速度aymax的所有组合限定的机动车辆的抓地极限的图形表示，超过上述最大纵向加速度和最大横向加速度，机动车辆失去抓地。

在数学术语中，机动车辆抓地极限可以通过以下方程式表示：

在方程式(1)中，axmax和aymax取决于机动车辆和道路特性,并且因此可以基于诸如首先附着度μ以及纵向和横向道路坡度α和β之类的量以及可能地其次还是机动车辆在进行驱动的同时的负载传递而随时间变化。

因此，最大纵向加速度和最大横向加速度应更正确地表示为axmax(μ,α,β)、aymax(μ,α,β)，但出于易读性的原因，仅考虑这些量对时间t或道路曲线坐标s的依赖性，这取决于表示方程式(1)的域。

从这个假设出发，并考虑到在静态条件下：

通过将方程式(2)代入方程式(1)中并且仅考虑控制机动车辆的减速度的情况，获得描述机动车辆的纵向减速度的以下方程式：

在方程式(3)中，所指示的量被表示为时间t的函数，同时使用道路曲线坐标s，如下：

并且使用商的不同近似：

并且将方程式(5)代入方程式(6)中，如下：

为了对微分方程式(7)进行积分，有必要设置初始条件，该初始条件可以通过求解方程式(3)设置ax＝0而仅仅作为示例而非限制性地获得，该条件发生在道路在横向加速度方面最关键并且因此在行驶速度方面最关键的情况下，即，当沿着机动车辆从其当前位置到其电子地平线的行驶路线行驶通过对行驶安全最至关重要的道路弯道时：

因此，为了识别对行驶安全最至关重要的道路弯道，有必要针对所有道路弯道和附着度求解方程式(8)，并找到绝对最小值。对机动车辆的稳定性安全性最至关重要的并且因此对机动车辆的行驶安全性至关重要的道路路段实际上是通过方程式(8)计算的vx是最小值(vx_start)的那些道路路段。

当采用摩擦椭圆方法时，有必要限制当前的横向加速度参考值，以避免超出限值。

在这种情况下，方程式(3)的实时实现是：

如上所述，上述初始条件例如是相对于通过对行驶安全性最至关重要的道路弯道的行驶而言的，其中过大的横向加速度可能导致失去抓地力。

应当理解，其他类型的对行驶安全性至关重要的道路路段的识别需要定义其他更适当的初始条件。

关于机动车辆的上述电子地平线，如已知的，现代机动车辆配备有先进的行驶员辅助系统(adas)以增加行驶舒适性、经济性和安全性。这些先进的行驶员辅助系统通常从监测机动车辆周围环境的传感器接收输入，这些传感器在检测距离和视角方面受到限制。在几米之外的其他物体后面的环境通常是不可见的。

因此，已经提出使用汽车全球卫星导航系统的电子地图作为附加传感器，以观察道路弯道之外的情况，并且“作为传感器的地图”通常被称为电子地平线，其表示机动车辆前方的道路网络及其特性，直到机动车辆前方某一可校准的距离，该距离可以根据使用情况而变化，从几百米到几公里。

因此，机动车辆的电子地平线指示机动车从其当前位置并且在机动车辆前方特定距离处的可能的行驶路线。对于电子地平线内的每个可能的行驶路线，这可以包括行驶员可以行驶机动车辆通过的一个或多个路口。可以将行驶概率分配给在电子地平线内识别的每个行驶路线，并且这些概率可以基于行驶员可能在电子地平线内识别的每个路口执行的最可能的操纵。考虑到关于道路网络的静态信息(例如，道路弯道的曲率半径、道路分类、道路标志和速度限制)或动态信息(例如，方向指示符、行驶历史、行驶速度)等，可基于可在路口采取的所有可能行驶路线的预定分类来确定机动车辆可在电子地平线内的每一道路路口处行进的最可能行驶路线和最不可能行驶路线。

基本上，机动车的电子地平线仅仅是识别机动车可以从其当前位置行驶到机动车辆前方某一距离的道路和路口以及机动车辆可以从其当前位置采取的潜在行驶路线的数据的集合。

配备有汽车全球卫星导航系统的每个机动车辆可以生成其自己的电子地平线并将其提供给被设计为接收和处理所接收的电子地平线的其他机动车辆或电子设备。电子地平线也可以存储在数据存储设备中，诸如机动车辆的相应数据集。

例如在us6,450,128b1、us6,735,515b1、us8,717,192b2、us9,330,564b2和us9,799,216b2中公开了关于机动车辆的电子地平线的进一步细节，可以参考这些文献。

图1示出了根据本发明的汽车预防稳定性控制算法的流程图，该流程图补充有曲线图，该曲线图示出了所涉及的物理量的演变，特别是在机动车辆的电子地平线内的道路附着度和曲率。

根据本发明的汽车预防稳定性控制算法包括向后计算行驶速度曲线，机动车辆应该沿着其行驶路线从其当前位置直至具有给定对行驶安全至关重要的特征的道路路段遵循上述行驶速度曲线，并且如前所述，仅仅作为示例，上述行驶速度曲线将被认为是沿着机动车辆的行驶路线从其当前位置直至其电子地平线的对行驶安全性最至关重要的道路弯道。

如果机动车辆的全球卫星导航系统被配置为输出指示可能的行驶路线和相关联的行驶概率的数据，则机动车辆的行驶路线可以是机动车辆从其当前位置的这些可能的行驶路线中最可能的行驶路线，或者如果机动车辆的全球卫星导航系统被配置为提供唯一行驶路线，则机动车辆的行驶路线可以是由机动车辆的全球卫星导航系统提供的唯一行驶路线。

特别地，根据本发明的汽车预防稳定性控制算法主要包括实施以下操作：

-从机动车辆的卫星导航系统接收数据，该数据指示机动车辆的当前位置、道路、路口及它们的属性，例如道路曲率ρ(s)和道路附着度μ(s)(如果有的话)，以及机动车辆从其当前位置直至其电子地平线的潜在行驶路线，可能富集/补充有由机动车辆的传感系统提供的进一步信息，

-从机动车辆的电子地平线上提取道路曲率ρ(s)以及(如果有的话)沿着机动车辆的从其当前位置直至其电子地平线的行驶路线的道路附着度μ(s)，

-如果道路曲率ρ(s)和道路附着度μ(s)是作为一系列离散值提供的，这些离散值沿着机动车辆最可能的行驶路线不均匀地相互隔开，则对这些值进行内插值，以确定沿着机动车辆的行驶路线均匀地相互隔开的道路曲率ρ(s)和道路附着度μ(s)的离散值，

-然后识别沿着机动车辆的行驶路线的对行驶安全性最至关重要的道路弯道，从该道路弯道向后计算机动车辆到其当前位置的行驶速度曲线；

-然后，从识别出的对行驶安全性最至关重要的道路弯道直至机动车辆的当前位置，向后计算机动车辆沿着从其当前位置直至识别出的对行驶安全性最至关重要的道路弯道的行驶路线应该遵循的行驶速度曲线，从而导致以满足行驶安全标准的行驶速度行驶通过对行驶安全性最至关重要的道路弯道，

-然后，在完成向后计算时，比较机动车辆在其当前位置的当前和向后计算的速度，其中向后计算的速度表示机动车辆在其当前位置应当具有的速度，以便达到在所识别的对行驶安全性最至关重要的道路路段中的速度vx_start，

-如果机动车辆在其当前位置的当前速度大于或等于机动车辆在其当前位置的向后计算的速度，则使得机动车辆减速到导致以满足行驶安全标准的行驶速度行驶通过对行驶安全性最至关重要的道路弯道的程度，以及

-如果机动车辆在其当前位置的当前速度低于机动车辆在其当前位置的向后计算的速度，则无需对机动车辆进行干预，以使以满足行驶安全标准的行驶速度行驶通过对行驶安全性最至关重要的道路弯道，并重复上述操作。

对于对行驶安全性最至关重要的道路弯道，根据道路曲率ρ(s)以及(如果有的话)沿机动车辆最可能行驶路线的道路附着度μ(s)进行识别。

特别地，如上所述，通过基于道路曲率ρ(s)和(如果可用的话)沿着机动车辆的行驶路径的道路附着度μ(s)，以及机动车辆在沿着对行驶安全性最至关重要的道路路段行驶时被设置为不超过的横向加速度极限值aymax(s)，来搜索沿着机动车辆的最可能行驶路线的道路路段的最小行驶速度，从而识别对行驶安全性最至关重要的道路弯道。

在所考虑的示例中，如上所述，基于上述行驶安全标准，将对行驶安全性最至关重要的道路弯道识别为沿着机动车辆的行驶路线的具有最小行驶速度的位置s，即：

关于行驶速度曲线，根据道路曲率ρ(s)和(如果有的话)沿机动车辆行驶路线的道路附着度μ(s)，以及机动车在制动期间设定为不超过的最大纵向减速度aymax(s)，进行向后计算，除其他外，这取决于机动车制造商在行驶舒适性和机动车辆制动系统的制动能力方面的专门考虑。

关于将应用于机动车辆的纵向减速度ay(s)，以在满足行驶安全标准的行驶速度下行驶通过对行驶安全性最至关重要的道路路段，可以可替换地通过适当地控制机动车辆的制动系统或者通过经由汽车用户界面向机动车辆的行驶员做出视觉/听觉/触觉请求来实现该纵向减速度。

图1示出了机动车辆的行驶速度vx(指示出经由方程式(8)计算的行驶速度vx为最小值(vx_start)的情况下对行驶安全性最至关重要的道路弯道)、道路曲率ρ(s)以及在收到的离散值的可能插值之后的道路附着度μ(s)、以及从对行驶安全性最至关重要的道路弯道向后计算的机动车辆的行驶速度曲线vx根据道路曲线坐标s的演变情况。

另外，在图1中，机动车辆的向后计算的行驶速度曲线vx所涵盖的区域被标记为“可接受速度区域”，该术语表示机动车辆假定在该区域内使得能够实现使机动车辆以不超过计算出的行驶速度vx_start的行驶速度沿着对行驶安全性最至关重要的道路弯道行驶的目的的任何行驶速度vx。

图2示出了用于模拟根据本发明的汽车预防稳定性控制算法的行为的仿真软件架构的框图，而图3示出了道路曲率、行驶速度、机动车辆的纵向加速度以及机动车辆与预期轨迹的横向偏差的仿真软件模拟的时间演变，而图4示出了前述g-g图，其描述作用在机动车辆的重心(centreofgravity,cog)上的纵向加速度和横向加速度的轨迹、摩擦椭圆(偏航稳定性控制(yawstabilitycontrol)-ysc-边界)、机动车辆的抓地极限以及摩擦椭圆和抓地极限之间的安全裕度。

如图2所示，汽车预防稳定性控制算法接收各种汽车传感器以及各种adas电子控制单元输出的与机动车辆相关的数据，并输出机动车辆从其当前位置直至对行驶安全性最至关重要的道路路段必须实施的参考行驶速度曲线vrefiesc以及激活(或触发)标志iescactive，该激活(或触发)标志iescactive指示是否需要操作机动车辆的制动系统以引起机动车辆减速至导致以速度vx_start行驶过对行驶安全性最至关重要的道路弯道的程度。

参考行驶速度曲线vrefiesc被输入到被设计为控制机动车辆的纵向加速度的反馈控制分支和前馈控制分支，该反馈控制分支和前馈控制分支(以已知的方式并因此不再详细描述)输出对纵向加速度的反馈贡献ax_reflong和前馈贡献ax_refff，该反馈贡献和前馈贡献被求和以输出参考纵向加速度曲线ax_ref，然后该参考纵向加速度曲线被输入到被设计为控制机动车辆的纵向加速度的闭环控制块。

对机动车辆的纵向加速度的前馈贡献ax_refff是机动车从其当前位置直至对行驶安全性最至关重要的道路弯道必须遵循的减速曲线，以使得以速度vx_start行驶过该道路弯道，因此该前馈贡献仅在存在指示需要操作机动车辆的制动系统的激活标志iescactive的情况下生成。

图5示出了根据本发明的旨在改善机动车辆的行驶稳定性的汽车电子预防主动安全系统的框图。

如图5所示，从严格实施的观点来看，汽车预防稳定性控制算法是在电子控制单元中实施的，该电子控制单元可以无差别地是机动车辆已经配备以执行另一功能并且适合于该目的的电子控制单元，例如为控制机动车辆的行驶稳定性而提供的电子控制单元，或者是专门用于实施汽车预防稳定性控制算法的电子控制单元，正如被设计为控制机动车辆的纵向加速度的反馈控制分支和前馈控制分支都可以在实施汽车预防稳定性控制算法的电子控制单元中实现，或者，如图2中通过非限制性示例所示，可以在不同的电子控制单元中实现，在所示的情况下，电子控制单元被设计成控制机动车辆的制动。

因此，在图5中由附图标记1表示的实施汽车预防稳定性控制算法的电子控制单元必须经由附图标记6表示的汽车车载通信网络，例如can、flexray等，连接或能够连接到各种车载汽车系统的电子控制单元，该实施汽车预防稳定性控制算法的电子控制单元必须与各种车载汽车系统进行通信和协作以实施根据本发明的旨在提高机动车辆的行驶稳定性的汽车电子预防主动安全系统，在这种情况下为由附图标记2表示的汽车全球卫星导航系统、由附图标记3表示的汽车传感系统、由附图标记4表示的汽车用户接口以及由附图标记5表示的汽车制动系统，通过该汽车车载通信网络，电子控制单元1可以接收该电子控制单元1针对其进行编程的实现汽车预防稳定性控制算法以及其他功能和任务以及向机动车辆的汽车用户界面4或者向汽车制动系统6输出命令所需的机动车辆相关的数据，机动车辆由附图标记7示意性地表示和引用。