机动车辆驻车辅助方法和系统与流程

更具体地，本发明涉及用于辅助完全自动驻车以执行驻车操纵、例如平行驻车操纵的方法和系统。

这种驻车辅助方法和系统使得能够检测驻车空间，并且于是控制车辆的电动助力转向以执行驻车操纵。因此，为了进行驻车操纵而使车轮转向的操作是完全自动进行的。

车辆的驾驶员仍然负责对车辆进行换挡、加速和制动。

文献WO 2014/167255 A1(雷诺(Renault))公开了一种用于执行机动车辆的自动驻车操纵的轨迹规划方法。然而，这种方法未考虑车辆的纵向速度。

还可以参考文献WO 2014/191209 A1(雷诺)，其描述了一种用于将车辆的驻车操纵委托给自动系统的方法。

在这样的方法中，加速是驾驶员唯一需要负责的。然后存在车辆以过快的速度行驶的风险，这可能导致与位于车辆附近的固定或移动障碍物发生碰撞。此外，车辆的障碍物检测、制动和停止也在驾驶员的专有控制之下。

需要改进驾驶辅助方法和系统以便为驾驶员提供尽可能最安全的驻车辅助。

因此，本发明的目的在于提供一种驻车辅助系统和方法，该系统和方法能够考虑致动器(尤其是制动系统)的分散，同时确保在不影响控制精度的情况下将车辆保持在倾斜道路上。

本发明的一个主题是一种用于机动车辆的驻车辅助系统，该驻车辅助系统允许该车辆从行车道停驻到可用的驻车空间中并允许其离开所述驻车空间以移动到该行车道上，所述机动车辆包括：障碍物检测系统、驻车空间检测系统、转向角可控的电动助力转向、扭矩可控的发动机与制动系统、自动变速器或所谓的“线控换挡”系统、至少一个里程计传感器、加速度计、视频和音频接口、以及用于激活自动控制功能的装置。

该驻车辅助系统包括：用于确定或计算该车辆的加速度的模块，该模块能够基于该车辆的速度设定点和距障碍物的距离来传送加速度设定点；以及扭矩控制模块，该扭矩控制模块能够基于该加速度设定点、该车辆的速度和道路的坡度来计算制动扭矩设定点和发动机扭矩设定点。

该系统使得能够在车辆低速时控制车辆的移动。为此，该系统具有低速速度估计器和加速度估计器。

这种驻车辅助系统使得驾驶员可以更容易地驻车，不但考虑对诸如电动助力转向等横向致动器的控制，而且考虑对诸如车辆的发动机、变速器和制动系统等纵向致动器的控制，同时留给驾驶员随时对驻车操纵进行操作的可能性。

根据一个实施例，该系统包括四种操作状态：

-初始状态，对应于通过该驻车空间检测系统来搜索驻车空间的阶段；

-第一状态，对应于等待操纵开始的阶段，在该第一状态中，该加速度确定模块计算负加速度设定点，以在考虑该道路的情况下确保车辆保持静止；

-第二状态，对应于加速度撤销阶段，在该第二状态中，该加速度确定模块根据快速下降曲线计算第一加速度设定点并且根据缓慢下降曲线计算第二加速度设定点；

-第三状态，在该第三状态中，该加速度确定模块基于前馈滤波器和比例积分控制器来计算加速度设定点；以及

-第四状态，对应于制动激活阶段，在该第四状态中，该加速度确定模块基于增益和制动曲线来计算加速度设定点。

因此，在驻车操纵的每种状态下，加速度确定模块计算加速度设定点。

有利地,该扭矩控制模块包括：用于基于由该加速度确定模块在驻车操纵的每种状态下计算出的加速度设定点来计算初始扭矩的模块。

例如，该初始扭矩计算模块包括：转换器，该转换器用于基于该车辆的速度和使用由该车辆的加速度计提供的信息估计出的该道路的坡度将该加速度设定点的值转换成该车轮处的扭矩设定点。

该初始扭矩计算模块还可以包括：饱和器，该饱和器在输出端处传送对应于该初始发动机扭矩设定点的正分量；以及减法器，该减法器能够从该车轮处的扭矩设定点减去该正分量以获得该初始制动扭矩设定点。

有利地，该扭矩控制模块包括：减速度控制模块，该减速度控制模块仅在诸如该轨迹上存在障碍物、驾驶员取消操纵或除了制动系统之外的致动器发生故障等驻车操纵的中断阶段期间被激活。所述减速度控制模块能够在检测到中断时发送旁路指令并计算制动扭矩设定点。

例如，该扭矩控制模块包括：最终扭矩设定点计算模块，该最终扭矩设定点计算模块能够对于其在输入端处接收的各个扭矩设定点进行仲裁，以向车轮传送最终发动机扭矩设定点并且向该车轮传送最终制动扭矩设定点。

根据第二方面，本发明涉及一种用于机动车辆的驻车辅助方法，该驻车辅助方法允许该车辆从行车道停驻到可用的驻车空间中并允许其离开所述驻车空间以移动到该行车道上，所述机动车辆包括：障碍物检测系统、驻车空间检测系统、转向角可控的电动助力转向、扭矩可控的发动机与制动系统、自动变速器或所谓的的“线控换挡”系统、至少一个里程计传感器、加速度计、视频和音频接口、以及用于激活自动控制功能的装置。

在该方法中，基于该车辆的速度和距障碍物的距离来计算加速度设定点，并且基于该加速度设定点、该车辆的速度和道路的坡度来计算制动扭矩设定点和发动机扭矩设定点。

例如，为了计算制动扭矩设定点和发动机扭矩设定点，基于该加速度设定点和该道路的坡度来计算初始发动机扭矩设定点和初始制动扭矩设定点，检查是否存在驻车操纵的中断，并且基于这些初始扭矩设定点和对中断的所述检测来计算最终发动机扭矩设定点和最终制动扭矩设定点。

通过阅读仅借助非限制性实例并且参照附图所给出的以下说明，本发明的其他的目的、特征以及优点将变得更加清楚，在附图中：

-图1示意性地示出了根据本发明的用于机动车辆的驻车辅助系统；

-图2展示了根据图1的驻车辅助系统的状态；

-图3详细地展示了图1的驻车辅助系统的扭矩控制模块；并且

-图4展示了由驻车辅助系统实施的根据本发明的驻车辅助方法的步骤。

图1高度示意性地示出了驾驶辅助系统10，具体地示出了用于机动车辆(未示出)的驻车辅助系统。机动车辆包括以下元件，为了更清晰起见，这些元件未在附图中示出：用于检测位于车辆附近(例如，在小于2m远的距离处)的障碍物的系统、驻车空间检测系统、转向角可控的电动助力转向、扭矩可控的发动机与制动系统、自动变速器或所谓的的“线控换挡”系统、至少一个里程计传感器、加速度计、视频和音频接口、以及用于激活自动控制功能或“驾驶员失知制动(dead man)”的装置。

系统10使得能够在车辆低速时控制其速度。为此，该系统具有低速速度估计器和加速度估计器(均未示出)。

系统10包括：用于计算或确定车辆的加速度的模块12，该模块能够基于该车辆的速度V和距障碍物的距离D来传送加速度设定点A；以及扭矩控制模块14，该扭矩控制模块能够基于加速度设定点A、车辆的速度V和道路的坡度P来计算制动扭矩设定点CFF和发动机扭矩设定点CMF。

加速度确定模块12在驻车辅助系统10的每种状态E下计算加速度设定点A，该加速度设定点将被传输到扭矩控制模块14，以便基于驻车操纵的阶段和车辆附近的环境来连续调整对车辆的致动器的控制。

图2中示出了这些状态。

驻车辅助系统的初始状态E0对应于来搜索驻车空间的阶段。在此状态E0下，驻车辅助系统10未激活，也就是说，不对致动器进行控制。车辆的驾驶员对其车辆仍负有全部责任。为了激活驻车辅助系统10，驾驶员必须进行以下操作：按下存在于车辆仪表板上的用于激活自动控制功能或“驾驶员失知制动”的激活装置(未示出)，选择驻车操纵的类型(诸如，平行驻车操纵)、以及驾驶员希望将车辆靠车辆的哪一侧停驻。然后，车辆的人机界面(未示出)邀请驾驶员向前移动车辆直到检测到驻车空间然后停下车辆。

一旦驾驶员已经确认了驻车空间，驻车辅助系统10就切换到对应于等待操纵开始的阶段的状态E1。在此等待阶段E1中，加速度确定模块12使用以下等式计算负加速度设定点：

AE1(k)＝C (等式1)

其中：

AE1是以单位为m/s²表示的在状态E1下计算出的加速度设定点；

k是采样时间；并且

C是以单位为m/s²表示的常数，对应于由加速度确定模块计算出的加速度目标，以在考虑到道路和车辆(例如，道路的坡度和关于车辆质量的不确定性)的情况下确保车辆保持静止。

在平行驻车的情况下，驾驶员必须接合倒挡。当接合了倒挡并且驾驶员将用于启动驻车操纵的命令发射到驻车辅助系统时，此驻车辅助系统切换到对应于撤销加速度的阶段的状态E2(被初始定义以确保车辆保持静止)，在该状态中，加速度确定模块使用以下等式根据快速下降曲线计算第一加速度设定点并且根据缓慢下降曲线计算第二加速度设定点：

AE2(k)＝AE2(k-1).K.Te.KF如果AE2(k-1)<S (等式2)

AE2(k)＝AE2(k-1).K.Te.KS (等式3)

其中：

AE2是以单位为m/s²表示的在状态E2下计算出的加速度设定点；

K是离散积分器的增益；

Te是采样周期；

KF是快速曲线的增益；

KS是快速曲线的增益；并且

S是减速度曲线变化阈值。

在完全撤销加速度设定点结束时或当驻车辅助系统检测到车辆的移动时，此驻车辅助系统切换到状态E3。

为了检测车辆的移动，驻车辅助系统包括使用驻车辅助系统的内部估计器的基于“顶轮(top wheel)”的移动检测模块。术语“顶轮”指的是位于车辆的车轮处的编码器的输出，并且车轮每旋转X度其增加一。值X取决于车辆和车轮的尺寸。此编码器构成车辆的里程计系统的一部分，并且每个车轮上都有一个这样的编码器。每旋转X度后，就会多一个“顶(top)”。

在状态E1和E2下，车辆是静止的。在状态E3下，加速度确定模块12使用以下等式来计算加速度设定点AE3：

AE3(k)＝KPID.APID(k)+KFF.AFF(k) (等式4)

其中，

其中：

AE3是以单位为m/s²表示的在状态E3下计算出的加速度设定点；

KPID是比例积分微分控制器的加权增益；

APID是以单位为m/s²表示的比例积分微分控制器的加速度设定点；

KFF是前馈滤波器的加权增益；

AFF是以单位为m/s²表示的前馈滤波器的加速度设定点；并且

V参考是以单位为m/s表示的驻车辅助系统的速度设定点，其对应于不应被超过的阈值。

在检测到障碍物或者在驾驶员希望恢复对其车辆的控制时、或者在车辆的横向致动器或纵向致动器之一发生故障的情况下，驻车辅助系统切换到状态E1。

在移动结束时，并且在状态E3未被中断的情况下，驻车辅助系统切换到对应于制动激活阶段的状态E4，在该状态中，加速度确定模块使用以下等式来计算加速度设定点AE4：

AE4(k)＝AE4(k-1).K.Te.Ksb (等式6)

其中：

AE4是以单位m/s²表示的在状态E4下计算出的加速度设定点；

KSB是制动曲线的增益。

一旦车辆静止且制动曲线已经结束，驻车辅助系统就切换到对应于等待下一移动的阶段的状态E1。在这种状态下，通过施加负加速度设定点AE1使车辆保持静止。

然后，将所有这些加速度设定点AE0、AE1、AE2、AE3和AE4整合为单个加速度设定点A。此单个加速度设定点借助于系统10的状态Ex通过以下逻辑来确定：

A(k)＝AE0(k)，如果E(系统状态)＝E0；或者

A(k)＝AE1(k)，如果E(系统状态)＝E1；或者

A(k)＝AE2(k)，如果E(系统状态)＝E2；或者

A(k)＝AE3(k)，如果E(系统状态)＝E3；或者

A(k)＝AE4(k)，如果E(系统状态)＝E4。

然后，将此单个加速度设定点A传输到扭矩控制模块14，以便计算控制车辆的致动器(发动机和制动器)所需的扭矩设定点。

扭矩控制模块14包括：用于基于由加速度控制模块12计算出的加速度设定点A来计算初始扭矩CMI、CFI的模块16。

初始扭矩计算模块16包括：转换器18，该转换器用于基于车辆的速度V和使用车辆静止时在操纵开始时由车辆的加速度计(未示出)提供的信息估计出的道路的坡度P将该加速度设定点A的值转换成车轮处的扭矩设定点Cr。根据道路的坡度P确定由于此坡度而施加到车辆的力，并且然后确定要添加到对应于车轮处的扭矩设定点的扭矩CP。

使用以下等式表示车轮处的扭矩设定点Cr：

Cr＝CP+A.m.R (等式7)

其中：

Cr是以单位为N.m表示的车轮处的扭矩设定点；

CP是以单位为N.m表示的对应于由于道路的坡度而施加到车辆的力的扭矩；

m是以单位为kg表示的车辆的质量；并且

R是以单位为m表示的车轮的半径。

用于计算初始发动机扭矩设定点CMI和制动系统的初始扭矩设定点CFI的模块16还包括：饱和器20，该饱和器在输出端处传送对应于发动机的初始扭矩设定点的正分量CMI；以及减法器22，该减法器能够从车轮处的扭矩设定点Cr减去先前确定的发动机扭矩分量CMI以使用第二饱和器24获得制动系统的初始扭矩设定点。

扭矩控制模块14还包括：减速度控制模块26，该减速度控制模块仅在诸如轨迹上存在障碍物、驾驶员取消操纵或除了制动系统之外的致动器发生故障等驻车操纵的中断阶段期间被激活。

减速度控制模块26发送旁路指令并基于通过对车辆的速度进行微分而获得的车辆的加速度的估计值A估计来计算制动扭矩设定点CF。此模块26是基于具有经滤波的导数的比例积分控制器。

该扭矩控制模块14还包括：最终扭矩设定点计算模块28，该最终扭矩设定点计算模块能够使用以下等式对于其在输入端处接收的各个扭矩设定点进行仲裁，以向车轮传送最终发动机扭矩设定点CMF并且向该车轮传送最终制动扭矩设定点CFF：

CMF(k)＝CMI(k)如果无旁路 (等式8)

否则CMF(k)＝0 (等式9)

CFF(k)＝CFI(k)如果无旁路 (等式10)

否则CFF(k)＝CF (等式11)

其中：

CMF是以单位为N.m表示的车轮处的最终发动机扭矩设定点；

CFF是以单位为N.m表示的车轮处的最终制动扭矩设定点；

CF是以单位为N.m表示的由模块26计算出的车轮处的制动扭矩设定点。

因此，在驻车辅助系统的状态E1、E2和E4下获得制动扭矩设定点，并且在驻车辅助系统的状态E3下基于周围环境获得发动机和/或制动扭矩设定点。

图4示出了实施用于机动车辆的驻车辅助方法30的流程图。

方法30允许车辆从行车道停驻到可用的驻车空间中并允许其离开所述驻车空间以移动到行车道上。

方法30包括确定驻车辅助系统的状态E(也就是说，上文中定义的状态E0到E4之一)的步骤31。

在初始状态E0中，该方法包括搜索驻车空间的步骤32。

一旦驾驶员已经确认了驻车空间，该方法包括对应于等待操纵开始的状态E1的步骤33。

当满足执行操纵的条件时，也就是说，在平行驻车的情况下，当驾驶员接合倒挡且发射用于启动驻车操纵的命令时，该方法包括对应于撤销加速度的状态E2的步骤34，在该状态中，加速度确定模块根据下降曲线计算驻车辅助系统的第一加速度设定点。

在完全撤销加速度设定点结束时或当驻车辅助系统10检测到车辆的移动时，该方法切换到对应于状态E3的步骤35。

在移动结束时，并且在状态E3未被中断的情况下，该方法切换到对应于制动激活的状态E4的步骤36，在该状态中，加速度确定模块计算加速度设定点AE4。

方法30还包括：计算使用等式1到等式6之一确定的在每种状态E下的加速度点A的步骤37，以及将加速度设定点A传输到扭矩设定点计算模块14的步骤38。

方法30包括基于加速度设定点和道路的坡度P来计算初始发动机扭矩设定点CMI和初始制动扭矩设定点CFI的步骤39。

方法30包括检查诸如轨迹上存在障碍物、驾驶员取消操纵或致动器发生故障等中断的步骤40。如果检测到中断，则检测步骤发射正旁路值并借助于具有经滤波的导数的比例积分控制器基于通过对车辆的速度进行微分而获得的车辆的加速度的估计值来计算制动扭矩设定点。

该方法包括计算最终扭矩设定点的步骤41，其能够使用等式8到等式11对于其在输入端处接收的各个扭矩设定点进行仲裁，以向车轮传送最终发动机扭矩设定点CMF并且向该车轮传送最终制动扭矩设定点CFF。

借助于根据本发明的驻车辅助系统和方法，使得能够在还考虑道路的坡度的同时在辅助驻车操纵中控制车辆的纵向运动，以确保车辆在操纵的静态阶段期间保持静止。