用于车辆的防撞装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于车辆的防撞装置和方法，其能够在防止碰撞的制动期间通过将制动控制信号和转向控制信号提供至驾驶员转向意图方向的车轮而保持制动力并且协助转向力，由此实现横向防撞。用于车辆的防撞装置包括：测量单元，其被设置为测量对面车辆的运动；和电子控制单元，其被设置为基于测量单元的测量结果确定是否存在与对面车辆碰撞的风险，并且当确定存在碰撞风险时，将制动控制信号和转向控制信号提供至致动器以控制驾驶员转向意图方向的车轮并且提供制动释放信号以从与驾驶员转向意图方向相反的车轮释放制动力。
【专利说明】用于车辆的防撞装置和方法
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求2013年4月24日在韩国专利局提交的韩国专利申请第 10-2013-0045352号的优先权，其全文通过引证的方式并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及用于车辆的防撞装置和方法，并且更具体地，涉及用于车辆的防撞装 置和方法，其通过在防止碰撞的制动期间为驾驶员转向意图方向的车轮提供制动控制信号 和转向控制信号来保持制动力并且协助转向力，从而实现横向防撞。
【背景技术】
[0004] 为了避免碰撞位于车辆前方或车辆后方的障碍物（例如，其它车辆），车辆通常配 备有防撞系统。这样的防撞系统通过防止碰撞位于车辆前方或车辆后方的障碍物而协助驾 驶员安全驾驶。
[0005] 韩国专利公开第1996-0000634号等公开了传统的防撞系统。使用距离传感器（例 如雷达传感器或超声传感器）或图像传感器（例如摄像机）测量车辆自身和障碍物之间的 距离，并且根据测量距离和对面车辆的速度，通过当车辆靠近在预定距离内的对面车辆时 产生的警报声音告知驾驶员碰撞风险。
[0006] 这样的传统防撞系统仅通过测量相对速度和距离避免碰撞。但是，由于制动距离 根据车辆条件和驾驶路况改变，车辆不能避免预测会碰撞的障碍物（例如，对面车辆）。因 此，增加了碰撞对面车辆的可能性。
[0007] 更具体地，当在驾驶期间预测到突然的纵向碰撞风险时，驾驶员试图通过制动避 免碰撞。当驾驶员按压的制动踏板的输入值较大的时候，大于目标制动力的制动力会被施 加以操作防抱死制动系统（ABS)。此时，通过减速减小了纵向碰撞的风险，但是失去了转向 力，并因此不能横向防撞。
[0008] 引用列表
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :韩国专利公开1996-0000634号，
【公开日】：1996年1月25日，名称："防 撞装置（COLLISION AVOIDING DEVICE)"（现代电子产业株式会社（Hyundai Electronics Industries Co. Ltd.)和另一 申请人:）。
【发明内容】
[0011] 本发明的一个方面涉及提供一种用于车辆的防撞装置和方法，其能够在防止碰撞 的制动期间通过将制动控制信号和转向控制信号提供至驾驶员转向意图方向的车轮，以保 持制动力并且协助转向力，由此实现横向防撞。
[0012] 根据本发明的一个实施方式，用于车辆的防撞装置包括：测量单元，其被设置为测 量对面车辆的运动；和电子控制单元，其被设置为基于所述测量单元的测量结果确定是否 存在与所述对面车辆碰撞的风险，并且当确定存在碰撞风险时，将制动控制信号和转向控 制信号提供至致动器以控制驾驶员转向意图方向的车轮并且提供制动释放信号以从与所 述驾驶员转向意图方向相反的车轮释放制动力。
[0013] 所述防撞装置可以还包括设置为检测所述驾驶员转向意图方向的转向角度传感 器。
[0014] 所述电子控制单元可以包括：计算单元，其被设置为基于通过安装在车辆中的车 速传感器、偏航率传感器（jaw rate sensor)和转向角度传感器预测的对应车辆的车速和 轨迹以及通过所述测量单元测量对面车辆的运动获得的对面车辆的位置和速度计算碰撞 风险度，其包括碰撞预测时间和与所述对面车辆重叠的碰撞预测区；确定单元，其被设置为 确定由所述计算单元计算的所述碰撞预测时间是否小于预设的基准时间；和防止控制单 元，其被设置为当确定单元确定所述碰撞预测时间小于所述预设的基准时间时，基于由所 述转向角度传感器检测到的检测信号产生制动信号以保持在驾驶员转向意图方向的车轮 的制动力，并且产生转向控制信号以根据所述驾驶员的转向意图提供转向力。
[0015] 所述确定单元进一步确定由所述计算单元计算的碰撞预测区是否大于参照区，并 且当所述确定单元确定所述碰撞预测区小于所述参照区并且计算的碰撞预测时间超过所 述基准时间时，所述防止控制单元会产生预设的制动信号，并且当所述碰撞预测区大于所 述参照区且计算的碰撞预测时间小于所述基准时间时，产生对应于所述两倍预设的制动信 号的制动信号。
[0016] 根据本发明的另一方面，一种用于车辆的防撞装置的防撞方法，所述防撞方法包 括以下步骤：从安装在所述车辆中的传感器和测量单元接收测量值；基于接收的测量结果 确定是否存在与对面车辆发生碰撞的风险；以及当确定存在碰撞的风险时，将制动控制信 号和转向控制信号提供至致动器以控制驾驶员转向意图方向的车轮，并且提供制动释放信 号以释放与所述驾驶员转向意图方向相反的车轮的制动力。
[0017] 所述防撞方法可以还包括：接收由安装在所述车辆中的转向角度传感器检测的对 应于所述驾驶员转向意图方向的检测信号。
[0018] 所述防撞方法可以还包括：在所述接收步骤之后，基于通过安装在所述车辆中的 车速传感器、偏航率传感器和转向角度传感器预测的车速和车辆的轨迹以及通过所述测量 单元测量所述对面车辆的运动获得的对面车辆的位置和速度计算碰撞风险度，其包括碰撞 预测时间和与所述对面车辆重叠的碰撞预测区。所述确定步骤可以确定通过所述计算步骤 计算的碰撞预测时间是否小于预设的基准时间，并且当确定所述碰撞预测时间小于预设的 基准时间时，所述提供步骤可以基于由所述转向角度传感器检测的检测信号产生制动信号 以保持在所述驾驶员转向意图方向的车轮的制动力，并且产生转向控制信号以根据所述驾 驶员转向意图提供转向力。
[0019] 所述确定步骤可以进一步确定计算的碰撞预测区是否大于参照区，并且当确定所 述碰撞预测区小于所述参照区并且计算的碰撞预测时间超过所述基准时间时，所述提供步 骤可产生预设的制动信号，并且当所述碰撞预测区大于所述参照区并且计算的碰撞预测时 间小于所述基准时间时，可产生对应于所述两倍预设的制动信号的制动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是例示了根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞装置的框图。
[0021] 图2是例示了根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞方法的流程图。
[0022] 图3是例示了车辆自身通过根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞装置快速 达到相同的横向位置的状态的示图。
【具体实施方式】
[0023] 下文将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
[0024] 图1是例示了根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞装置的框图。
[0025] 参照图1，根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞系统包括测量单元10、车速 传感器12、偏航率传感器15、转向角度传感器20、电子控制单元30和致动器40。
[0026] 测量单元10被设置为测量位于车辆前方或车辆后方的障碍物（例如，对面车辆） 的运动。雷达可以用作测量单元10。另外，摄像机可以用作测量单元10。
[0027] 测量单元10在向前发出激光束之后检测从行驶的对面车辆返回的光接收信号， 将检测到的光接收信号转换成距离，并且将该距离传递至电子控制单元30。就是说，当在车 辆前方检测到障碍物时，测量单元10计算车辆和障碍物之间的距离，以及车辆相对于障碍 物的相对速度，并且将计算出的距离传递给电子控制单元30。
[0028] 车速传感器12安装在车辆中以测量车速。通过车速传感器12测量的车速被传递 至电子控制单元30。
[0029] 偏航率传感器15安装在车辆中以测量车辆的偏航率。通过偏航率传感器15测量 的偏航率被传递至电子控制单元30。
[0030] 转向角度传感器20安装在车辆中以检测驾驶员的手动操作。
[0031] 电子控制单元30通过使用测量单元10的测量结果，例如，距离、相对速度以及通 过车速传感器12、偏航率传感器15和转向角度传感器20测量的车速和轨迹确定是否存在 与对面车辆碰撞的风险。当确定存在与对面车辆碰撞的风险时，电子控制单元30为致动器 40提供制动力和转向力以控制驾驶员转向意图方向的车轮。致动器40包括制动致动器和 转向致动器。
[0032] 更具体地，电子控制单元30包括接收单元31、计算单元32、确定单元33和防止控 制单元34。
[0033] 接收单元31可以接收测量单元10的测量结果，例如至对面车辆的距离，或至对面 车辆的距离和车辆自身相对于对面车辆的相对速度。此外，接收单元31可以接收由驾驶员 的手动操作产生的转向角度。此外，接收单元31可以接收由车辆中安装的车速传感器12 和偏航率传感器15检测的车速和偏航率。
[0034] 计算单元32基于利用通过接收单元31接收的车速、转向角度和偏航率以及来自 接收单元31的测量距离或测量距离和相对速度而预测的车速和轨迹，计算碰撞风险度。碰 撞风险度包括与对面车辆重叠的碰撞预测区域和与对面车辆碰撞的碰撞预测时间。
[0035] 计算单元32可以通过使用匀加速的直线方程计算t秒后的移动距离（d)，并且通 过安装在车辆中的传感器和测量单元可计算距离、速度和加速度。因此，计算单元32可以 计算与对面车辆碰撞的碰撞预测时间。
[0036] 在车辆自身的车速比对面车辆的车速更大的条件下，当相对加速度非零时，计算 单元32通过下面的等式1计算碰撞预测时间（TTC).通过车速传感器12测量车辆自身的 车速，并且通过测量单元10测量对面车辆的车速。
[0037] (等式 1) &Γ e 1
[0038] 其中，
[0039] VMl是通过从车辆自身的车速减去对面车辆的车速得到的值并且是车辆自身相对 于对面车辆的相对速度，
[0040] aMl是车辆自身相对于对面车辆的相对加速度并且是通过测量单元10测量的，并 且
[0041] dx是至前方车辆的纵向距离。
[0042] 在车辆自身的车速比对面车辆的车速更大的条件下，当相对加速度是0时，计算 单元32通过下面的等式2计算碰撞预测时间（TTC)。
[0043] TTC = dx/-Vrel (等式 2)
[0044] 通过下面的等式3计算碰撞预测区。
[0045] 碰撞预测区= (Wsv+2Wp〇v)-4 (等式3)
[0046] 其中，
[0047] Wsv是车辆自身的车身宽度，
[0048] WPQV是对面车辆的车身宽度，并且
[0049] dy是车辆自身的预测路径。
[0050] 车辆自身的车身宽度是存储在存储器（未示出）中的车辆规格，并且对面车辆的 车身宽度是通过摄像机或雷达测量的值。
[0051] 使用下面的等式4计算车辆自身的预测路径dy。
[0052] dy =J - +-(等式 4)
[0053] 其中，C是转向半径。
[0054] 当车辆自身的车速快时，转向半径是通过将偏航率传感器测量的偏航率除以车速 传感器测量的车速得到的值。当车辆自身的车速慢时，使用前轮和后轮之间的距离（即，轮 距）、转向角度和转向传动比（steering gear ratio)计算转向比率。也就是说，当车速慢 时，通过轮距八转向角度/转向传动比）计算转向比率。轮距是存储在存储器（未示出） 中的车辆规格，并且转向传动比是转向角与实际车轮角度的比率并且是存储在存储器（未 示出）中的车辆规格。
[0055] 在上面的等式4中，dx是至前方车辆的纵向距离。
[0056] 确定单元33通过计算单元32计算的碰撞预测时间和预设的基准时间相比较，并 且确定碰撞预测时间是否小于基准时间，例如1. 2秒。当碰撞预测时间小于基准时间时，仅 通过制动力就可以避免碰撞。因此，通过将制动力和转向力提供至驾驶员转向意图方向的 车轮并且将制动释放信号提供至驾驶员转向意图方向相反的车轮可以避免与对面车辆的 碰撞。
[0057] 另外，考虑碰撞预测区，确定单元33能够确定碰撞是否能够避免。
[0058] 此外，确定单元33能够确定第一条件和第二条件是否都满足，其中第一条件是确 定碰撞预测区是否小于预设的参照区的条件，并且第二条件是确定碰撞预测时间是否小于 预设的基准时间的条件。根据制动力的程度，可以不同地使用满足第一和第二两个条件的 条件，和只满足第二条件的条件。这里，参照区可以被确定为当整个面积是100%时重叠约 40 %的面积，但是该数字并不限制本发明。
[0059] 当确定单元33确定第一和第二两个条件都满足或只满足第二条件时，防止控制 单元34产生制动控制信号和转向控制信号以基于驾驶员的转向意图为驾驶员转向意图方 向的车轮提供制动力和转向力，并且产生释放控制信号以从与驾驶员转向意图方向相反的 车轮释放制动力。以这种方式，可以根据驾驶员的转向意图保持制动而不丧失转向力以避 免碰撞。因此，当遭遇碰撞时，可以降低碰撞损失并且可以保护驾驶员和车辆。
[0060] 当第一条件和第二条件都满足时产生的制动力是只满足第二条件时产生的制动 控制信号的两倍。
[0061] 当确定单元33确定第一条件和第二条件都不满足时，防止控制单元34为车辆两 侧的车轮都提供制动力。
[0062] 下面将参照图2描述用于如上配置的用于车辆的防撞装置的防撞方法。
[0063] 图2是例示了根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞方法的流程图。
[0064] 参照图2,电子控制单元30接收来自测量单元10、车速传感器12、偏航率传感器 15和转向角度传感器20的测量结果（S11)。
[0065] 电子控制单元30基于使用从车速传感器12、偏航率传感器15和转向角度传感器 20接收的测量结果预测的车辆速度和车辆轨迹以及通过测量单元10从对面车辆测量的相 对于对面车辆的位置和速度计算碰撞风险度，其包括碰撞预测时间和与对面车辆重叠的碰 撞预测区（S12)。
[0066] 电子控制单元30确定计算的碰撞预测时间是否小于预设的基准时间（S13)。这 里，尽管只使用计算的碰撞预测时间作为用于确定防止碰撞是否可能的数据，根据包括在 碰撞风险度中的碰撞区是否超过预设的参照区也可以确定能否防止碰撞。通过上面的等式 1或2计算碰撞预测时间，并且通过上面的等式3和4计算碰撞预测区。
[0067] 当在步骤S13中确定计算的碰撞预测时间超过预设的基准时间时，电子控制单元 30为制动致动器提供产生的制动控制信号以将用于防止碰撞的制动力施加至车辆两侧的 车轮（S14)。
[0068] 当在步骤S13中确定计算的碰撞预测时间小于预设的基准时间时，电子控制单元 30确认碰撞在那时无法避免，产生制动控制信号和转向控制信号以基于在步骤S11中接收 的转向角度为驾驶员转向意图方向的车轮提供制动力和转向力，为制动致动器和转向致动 器提供制动控制信号和转向控制信号，产生释放控制信号以从与驾驶员转向意图方向相反 的车辆释放制动力，并且为制动致动器提供释放控制信号（S15)。
[0069] 这里，当碰撞预测时间小于基准时间时，为驾驶员转向意图方向的车轮提供制动 力和转向力，并且从与驾驶员转向意图方向相反的车轮释放制动力。但是，当碰撞预测区小 于参照区且碰撞预测时间超过基准时间时，可以产生预设的制动信号，并且当碰撞预测区 大于参照区且碰撞预测时间小于基准时间时，可以产生对应于两倍预设的制动信号的制动 信号。
[0070] 图3是例示了车辆自身通过根据本发明的实施方式的用于车辆的防撞装置快速 达到相同的横向位置的状态的示图。
[0071] 图3的曲线例示了当驾驶速度为60km/h时，在无其它条件以及在ESC(电子稳定 控制）、EPS (电动助力转向）和ESC+EPS条件下进行15次的若干实验的实验结果。
[0072] 参照图3,图3的（a)是例示了当为驾驶员转向意图方向的车轮提供制动力和转向 力并且将制动力从与驾驶员转向意图方向相反的车轮释放时车辆轨迹的示图，图3B的（b) 是例示了当提供用于避免碰撞的制动力时车辆轨迹的示图，图3C的（c)是例示了当提供用 于避免碰撞的转向力时车辆轨迹的示图，以及图3D的（d)是例示了当不提供制动力和转向 力时车辆轨迹的示图。
[0073] 从图3的放大图可以看出，车辆快速达到相同的横向位置相差约70cm。因此，当驾 驶员不能通过制动避免碰撞时，向驾驶员转向意图方向的车轮提供制动力和转向力，并且 从与驾驶员转向意图方向相反的车轮释放制动力。以这种方式，通过使车辆比在提供制动 力或转向力的情况更快地运动，可以避免与对面车辆的碰撞。
[0074] 根据本发明，用于车辆的防撞装置和方法能够在防止碰撞的制动期间通过将制动 控制信号和转向控制信号提供至驾驶员转向意图方向的车轮而保持制动力并且协助转向 力，由此实现横向防撞。
[0075] 尽管已经参照特定实施例描述了本发明的实施方式，在不偏离本发明随附的权利 要求限定的本发明的原理和范围的情况下，各种修改和变型对本领域技术人员是明显的。
[0076] 附图标记说明：
[0077] 10 :测量单元
[0078] 20 :检测单元
[0079] 30:电子控制单元
[0080] 31 :接收单元
[0081] 32:计算单元
[0082] 33 :确定单元
[0083] 34:防止控制单元
[0084] 40 :致动器
【权利要求】
1. 一种用于车辆的防撞装置，其包括： 测量单元，其被设置为测量对面车辆的运动；和 电子控制单元，其被设置为基于所述测量单元的测量结果确定是否存在与所述对面车 辆碰撞的风险，并且当确定存在碰撞风险时，将制动控制信号和转向控制信号提供至致动 器，以控制驾驶员转向意图方向的车轮，并且提供制动释放信号，以从与所述驾驶员转向意 图方向相反的车轮释放制动力。
2. 根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是，还包括设置为检测所述驾驶员转向意 图方向的转向角度传感器。
3. 根据权利要求2所述的防撞装置，其特征是， 所述电子控制单元包括： 计算单元，其被设置为基于通过安装在所述车辆中的车速传感器、偏航率传感器和转 向角度传感器预测的对应车辆的车速和轨迹，以及通过所述测量单元测量所述对面车辆的 运动获得的所述对面车辆的位置和速度计算碰撞风险度，所述碰撞风险度包括碰撞预测时 间和与所述对面车辆重叠的碰撞预测区； 确定单元，其被设置为确定由所述计算单元计算的所述碰撞预测时间是否小于预设的 基准时间；和 防止控制单元，其被设置为当所述确定单元确定所述碰撞预测时间小于所述预设的基 准时间时，基于由所述转向角度传感器检测到的检测信号产生制动信号，以保持在所述驾 驶员转向意图方向的车轮的制动力，并且产生转向控制信号，以根据所述驾驶员的转向意 图提供转向力。
4. 根据权利要求3所述的防撞装置，其特征是，所述确定单元进一步确定由所述计算 单元计算的碰撞预测区是否大于参照区，并且 当所述确定单元确定所述碰撞预测区小于所述参照区并且所述计算的碰撞预测时间 超过所述基准时间时，所述防碰控制单元产生预设的制动信号，并且当所述碰撞预测区大 于所述参照区且所述计算的碰撞预测时间小于所述基准时间时，所述防止控制单元产生对 应于两倍所述预设的制动信号的制动信号。
5. -种用于车辆的防撞装置的防撞方法，所述防撞方法包括： 从安装在所述车辆中的传感器和测量单元接收测量值； 基于接收的测量结果确定是否存在与对面车辆碰撞的风险； 当确定存在碰撞的风险时，将制动控制信号和转向控制信号提供至致动器，以控制驾 驶员转向意图方向的车轮，并且提供制动释放信号，以释放与所述驾驶员转向意图方向相 反的车轮的制动力。
6. 根据权利要求5所述的防撞方法，其特征是，还包括： 接收由安装在所述车辆中的转向角度传感器检测的对应于所述驾驶员转向意图方向 的检测信号。
7. 根据权利要求6所述的防撞方法，其特征是，还包括： 在所述接收步骤之后，基于通过安装在所述车辆中的车速传感器、偏航率传感器和转 向角度传感器预测的所述车辆的车速和轨迹，以及通过所述测量单元测量所述对面车辆的 运动获得的所述对面车辆的位置和速度计算碰撞风险度，所述碰撞风险度包括碰撞预测时 间和与所述对面车辆重叠的碰撞预测区； 其中，所述确定步骤确定通过所述计算步骤计算的所述碰撞预测时间是否小于预设的 基准时间，并且 当确定所述碰撞预测时间小于所述预设的基准时间时，所述提供步骤基于由所述转向 角度传感器检测的检测信号产生制动信号，以保持在所述驾驶员转向意图方向的车轮的制 动力，并且产生转向控制信号，以根据所述驾驶员转向意图提供转向力。
8.根据权利要求7所述的防撞方法，其特征是， 所述确定步骤进一步确定所述计算的碰撞预测区是否大于参照区，并且 当确定所述碰撞预测区小于所述参照区并且所述计算的碰撞预测时间超过所述基准 时间时，所述提供步骤产生预设的制动信号，并且当所述碰撞预测区大于所述参照区并且 所述计算的碰撞预测时间小于所述基准时间时，所述提供步骤产生对应于两倍所述预设的 制动信号的制动信号。
【文档编号】B60W30/09GK104118431SQ201410165885
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】金德珠 申请人:株式会社万都