CN100584679C - 用于车辆主动安全性的转向触觉反馈系统 - Google Patents

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Abstract

一种通过摇动或抖动方向盘以警告车辆驾驶员车辆上的一个或多个主动控制系统正在提供主动控制的系统和方法。该系统包括AFS致动器，用于提供用于稳定性控制目的的转向协助信号，和VES致动器，用于提供抵抗方向盘转动的阻力。该系统还包括如果主动控制是活动的则用于使AFS致动器摇动方向盘并且如果方向盘被转动并且主动控制是活动的则用于使VES控制器施加和释放对方向盘的张力的控制器。该控制器可随着主动控制量的增加而增加方向盘的摇动。

Description

用于车辆主动安全性的转向触觉反馈系统
技术领域
本发明总的涉及一种警告车辆驾驶员车辆上的主动控制系统正在采取行动的系统和方法，并且更具体地涉及警告车辆驾驶员车辆上的主动控制系统正在采取行动，或者需要使驾驶员注意其它驾驶员的警戒情况的系统和方法，其它驾驶员的警戒情况包括使车辆方向盘抖动。
背景技术
当今车辆有时候合并了主动车辆控制系统。一个这种系统被称为车辆稳定性增强(VSE)系统，该系统帮助车辆操作者在诸如湿的或不平坦的公路、冰、雪或砂砾的表面上提供车辆操作。VSE系统通常根据来自车轮速度传感器、转向角传感器、车辆速度传感器和车辆偏航角速度传感器的输入来感测止轮器。VSE系统使用这些输入来降低发动机转矩并且应用差动制动来帮助车辆沿着期望的路径行进。
此外，在本领域中已经出现与VSE系统一起使用的主动底盘控制系统。主动底盘控制系统通常包括差动制动控制、实时悬挂阻尼、自动后轮转向和主动前轮转向控制。利用实时控制底盘动力的能力，主动底盘控制系统可用于增强车辆操作性能。
另一种主动车辆控制系统被称为提供自动前轮转向的主动前轮转向(AFS)系统。AFS系统通常应用转向致动器系统，该致动器系统接收来自方向盘角度传感器的转向信号、车辆速度信号和车辆偏航角速度信号，并且提供对操作者转向信号的校正以使车辆更紧密地随着车辆操作者期望的转向路径，从而增加车辆稳定性和操作。AFS系统能够提供比操作者反应时间更快的转向校正，使得操作者转向的量减小。AFS系统在普通公路条件下在低速和中速提供更直接的车辆转向，以降低操作者转向所做的努力。AFS系统还可以在城市交通中或在停放调度期间帮助提高车辆灵活性。AFS系统还在更高的车速提供不那么直接的车辆转向。
上述的稳定性控制系统可响应于驾驶员攻击性和/或道路条件而在需要时提供车辆稳定性控制。由于稳定性控制系统通常以驾驶员相要的方式控制车辆，驾驶员可能没有觉察到控制系统正在主动地提供稳定性控制。因此，驾驶员可能没有响应于稳定性控制动作而作出适当的动作或当心，诸如降低驾驶攻击性。因此，所期望的是，向驾驶员提供指明稳定性控制系统是主动的某种类型的指示或警告。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种通过摇动或抖动方向盘以警告车辆驾驶员车辆上的一个或多个主动控制系统正在提供主动控制或驾驶员警戒情况存在的系统。该系统包括主动前轮转向(AFS)致动器，用于提供用于稳定性控制目的的转向协助信号，和可变助力转向(VES)致动器，用于提供转向转矩控制，包括转矩协助以及根据驾驶情况和所期望的转向控制来抵抗方向盘转动的阻力。该系统还包括如果主动控制是活动的则用于使AFS致动器摇动方向盘并且如果方向盘转动并且主动控制是活动的则用于使VES控制器施加和释放对方向盘的张力的控制器。该控制器可随着主动控制量的增加而增加方向盘的摇动。
结合附图，随后的描述和所附权利要求使本发明的其它特征变得更加清楚。
附图说明
图1是装备有可变助力转向(VES)系统、主动前轮转向(AFS)系统和主动稳定性控制的车辆的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的主动车辆控制系统的示意框图，用于警告车辆驾驶员正在提供稳定性控制；
图3是示出根据本发明的一个实施例的用于提供主动稳定性控制警告的过程的流程图；
图4是示出在图3所示的流程图中用于确定VES抖动电流(DC)命令的过程的流程图；
图5是带有水平轴上的转向比和垂直轴上的最大DC命令的曲线图，用于根据转向比来确定最大DC命令；
图6是带有水平轴上的误差率和垂直轴上的DC命令的曲线图，用于根据误差率来确定DC命令；
图7是带有水平轴上的时间和垂直轴上的DC抖动命令的曲线图，示出VES抖动控制信号；
图8是示出根据本发明的图3的流程图中确定AFS抖动角(DA)命令的过程的流程图；
图9是带有水平轴上的转向比和垂直轴上的最大DA命令的曲线图，用于根据转向比来确定最大DA命令；
图10是带有水平轴上的误差率和垂直轴上的DA命令的曲线图，用于根据误差率来确定DA命令；和
图11是带有水平轴上的时间和垂直轴上的DA命令的曲线图，示出AFS抖动控制信号。
具体实施方式
本发明实施例下面的讨论涉及一种用于警告车辆驾驶员主动稳定性控制系统正在提供主动控制的系统和方法，该实施例的讨论本质上仅仅是示例性的，并且不是想要限制本发明或是其应用或使用。
图1是包括车辆主动稳定性控制器12的车辆10的平面图。车辆10还包括方向盘角度传感器14，其提供信号给车辆方向盘16的位置的控制器12。车辆10还包括车辆速度传感器18、车辆偏航角速度传感器20和车辆横向加速度传感器22，它们分别提供车辆速度信号、车辆偏航角速度信号和车辆横向加速度信号或侧滑速率信号给控制器12。此外，车辆10包括GPS接收器24，其提供信号给车辆10的位置的控制器12和提供道路地图的地图数据库26。并且，相机28可应用于查看道路和/或驾驶员的面部特征以供车辆路径识别或驾驶员睡意检测。
控制器12可以是一个或多个现有或将来的主动车辆控制系统，或其组合，以用于提供车辆稳定性控制和安全性增强的目的。车辆稳定性控制系统的例子包括车辆稳定性增强系统，用于在受限操作条件下，比如差分制动控制、主动前轮转向控制或主动后轮转向控制，提供更敏感的车辆性能。其它例子包括主动前轮转向控制系统、在正常驾驶条件下的路线偏离控制和路边速度控制、和达到最新发展水平的驾驶员注意力检测和控制。
在任何这些类型的主动车辆控制，例如稳定性控制系统中，控制系统通常监控车辆期望的性能，并利用一个或多个上述的传感器来将其与车辆动力的实际测量进行比较。当检测到在期望的性能和实际性能之间存在差异时，生成误差率以确定控制动作是否需要。例如，当车辆未能按照由方向盘角度信号和车辆速度信号所确定的驾驶员期望的偏航角速度命令时，偏航角速度误差可以用作为误差率来确定车辆在光滑表面上在受限处理操作期间是否处于临界条件。另一个例子是在正常驾驶条件期间车辆路径的误差识别，在正常驾驶条件下例如当驾驶员没有适当注意到由警报、睡意等引起的驾驶条件时，车辆可以从期望的路径开始偏离。路径误差可以根据任意若干个设备来确定，比如道路监视相机、与由GPS接收器24提供的车辆位置相比较的地图信息等。在任意这些条件下，无论是受限控制还是正常驾驶条件，控制器12被设计为提供校正的动作以最大化车辆安全性操作。
一些车辆设计装备有AFS致动器30和/或VES致动器32。如上所述，控制器12可响应于误差信号而通过致动器控制器34提供转向命令给致动器30和32。除了驾驶员通过方向盘16所命令的转向外，AFS致动器30提供附加的转向给车辆10。VES致动器32通过调整水力阻力或通过电功率转向(当车辆转弯时将其提供给方向盘)来改变转向转矩协助的量。特殊地，VES致动器32根据车辆的类型来提供转向用力程度给驾驶员。例如，豪华车辆可以具有轻的转向阻力，而高性能的车辆可具有重的转向阻力。因此，VES致动器32对于不同类型的车辆可具有不同的转向阻力，而不需要改变各个部件，比如扭力杆、液压阀等。
根据本发明，控制器12和控制器34可修改为还分别提供AFS抖动角(DA)命令和/或VES抖动电流(DC)命令给致动器30和32，以警告驾驶员正在执行稳定性控制动作。
图2是根据本发明的一个实施例的系统40的示意框图，该系统在稳定性控制动作期间提供AFS抖动角命令和VES抖动命令。在系统40中，框42表示车辆10。从车辆42起，从方向盘角度传感器14分别在线条44和46上提供方向盘转矩信号和方向盘角度信号。此外，来自速度传感器18的车辆速度信号在线条48上被提供，来自偏航角速度传感器20的偏航角速度信号在线条50上被提供，来自横向加速度传感器22的横向加速度信号在线条52上被提供，来自GPS接收器24的GPS信号在线条54上被提供，并且来自地图数据库26的地图信息在线条56上被提供。将方向盘角度信号提供给可变齿轮比控制器60，其可通过本领域技术人员已知的任何适当技术来确定AFS致动器30将提供多少附加的转向来增强驾驶员转向。
来自控制器60的转向角度信号将在AFS控制器62中与方向盘角度信号相加以提供前轮转向角度信号给车辆42上的AFS致动器30。系统40还包括代表稳定性控制器12的主动稳定性控制器64，其接收来自控制器60的转向角度信号、车辆速度信号、偏航角速度信号和横向加速度信号，并且如果需要，则提供通过加法器66与来自控制器60的转向角度信号相加的主动转向信号，以提供主动转向控制。特殊地，控制器64确定车辆42是否跟随驾驶员期望的转向路径，并且如果没有，则提供转向协助控制。将方向盘转矩信号应用于提供输出给车辆42上的VES致动器32的转向协助控制器68，以便根据特殊车辆来提供期望等级的转向阻力。
根据本发明，控制系统40包括转向触觉反馈系统70，根据本发明的一个实施例，其在线条72上提供抖动角(DAAFSD)命令信号，并且在线条74上提供抖动电流(DCVESD)命令信号。如将在下面所讨论的，当AFS控制器62正在提供用于稳定性控制的转向角信号时，DAAFSD信号通过加法器76与来自控制器64的转向信号相加，以使方向盘16振动。同样，如果方向盘16被转动时正在提供转向控制，则将DCVESD信号发送到转向协助控制器68，以使施加到方向盘16的张力提供和释放以便振动。
图3是示出根据本发明的一个实施例的用于稳定性控制动作期间抖动方向盘16的过程的流程图80。在框82，算法读取车辆速度信号、偏航角速度信号、横向加速度信号、方向盘角度信号、GPS位置信号和地图信息。通过任何已知处理，在框84，算法接着基于在主动稳定性控制器64中的输入信号来计算转向比。在框86，该算法接着在控制器64中确定期望的车辆偏航角速度和实际偏航角速度之间的误差信号和期望横向加速度和实际横向加速度之间的误差信号。在框88，如果期望的车辆偏航角速度和实际偏航角速度之间的差异大于某预定阈值，则该算法将控制标记设置为1，否则控制标记为0。任何适当控制算法可用于设置控制标记，比如在1998年5月5日授权给Paul等人题目为Brake Control System的美国专利No.5746486中公开的算法，该专利被转让给该申请的受让人，并且合并在这里作为参考。可替换地，如很容易被本领域技术人员理解，该算法可以根据主动安全性控制来设置控制标记。
在判定菱形90处，该算法然后确定控制标记是否为0。如果判定菱形90处控制标记为0，意味着期望的车辆偏航角速度和实际偏航角速度大致相同，则该算法在判定菱形92处确定横向加速度误差信号Δy的绝对值是否小于预定阈值ΔyTH。如果在判定菱形92处横向加速度误差信号Δy小于预定阈值ΔyTH，则不存在需要或正在提供的主动控制，并因此在框94处，该算法在控制器70的输出处将DAAFSD和DCVESD命令信号设置为0。
但是，如果在判定菱形90处控制标记被设置为1或者在判定菱形92处横向加速度误差信号Δy大于预定阈值ΔyTH，则该算法将在框96处确定VES抖动电流DCVESD命令信号和在框98处确定AFS抖动角度DAAFSD命令信号，以提供方向盘抖动从而警告驾驶员有主动稳定控制。
图4是示出根据本发明的一个实施例的用于在框96处确定VES抖动电流DCVESD命令信号的过程的流程图100。在框102，算法获取在框84处确定的转向比信号。该算法接着在框104根据所述转向比信号来确定最大VES抖动电流DCMAX命令。图5是带有水平轴上的转向比和垂直轴上的最大DCMAX命令的曲线图，示出当转向比信号增加到一个特定点时最大DCMAX命令增加。特别地，如果转向比较小，则方向盘16抖动的最大量也会相对较小，使得方向盘16振动的量与正在提供的稳定性控制量成比例。最大DCMAX命令将处于低DCL命令和高DCH命令之间。
该算法接着在框106处确定误差率信号，其表示期望的车辆偏航角速度和实际偏航角速度之间或者期望横向加速度和实际横向加速度之间的差异。在一个实施例中，误差率信号是车辆偏航角速度误差的加权和，车辆路径误差及其导数为：
ErrorIndex＝Gr*abs(Δr+Kr*d(Δr)/dt)+Cy*abs(Δy+ky*d(Δy)/dt)    (1)
根据偏航角速度误差及其时间导数与加权因子Kr的加权和来得到偏航角速度误差率。加权因子Kr反映了车辆动力响应以提供对车辆偏航角速度误差的更好预测。例如，对于具有较慢偏航角速度响应的车辆，比如具有较长轮距的车辆，加权因子Kr较小，比如0.2。可替换地，对于赛车，加权因子Kr通常较大，比如0.5。车辆路径误差也可以用类似的方式确定，其中以类似的方式选择横向加速度误差的加权因子Kr。接着由这两个误差率的加权和来定义车辆误差率。根据车辆动力的相应工程单元根据偏航加速度误差率和路径误差率来确定加权因子Cy和Cy以达到大约相等的效果。
在框108，该算法接着根据误差率来确定DC1命令。图6是带有水平轴上的误差率和垂直轴上的DC1命令的曲线图。按如上所述计算最大DCMAX命令将确定DC1命令将有多高。对于低的误差率，DC1命令将是一定比例量的最大DCMAX命令，使得抖动量也与正在提供的稳定性控制量成比例。
DC1命令是电流幅度值，其用于确定VES抖动的振动强度。图7是带有水平轴上的时间和垂直轴上的DC1命令的曲线图，示出DC1命令与最大DCMAX命令成一定比例。在框110处确定DCVESD命令，并通过DC1命令的幅度和VES抖动控制周期来设置它。DC1命令的幅度提供施加到方向盘16的阻力的增加。
图8是示出根据本发明的一个实施例的用于在框98处确定AFS抖动角度DAAFSD命令信号的过程的流程图112。在框112，算法获取在框84处确定的转向比信号。该算法接着在框114根据所述转向比信号来确定最大AFS抖动角度DAMAX命令。图9是带有水平轴上的转向比和垂直轴上的最大DAMAX命令的曲线图，示出当转向比信号增加到一个特定点时最大DAMAX命令增加。特别地，如果转向比较小，则方向盘16抖动的最大量也会相对较小，使得方向盘16振动的量与正在提供的稳定性控制量成比例。最大DAMAX命令将处于低DAL命令和高DAH命令之间。
该算法接着在框116处按如上所述的利用等式(1)的第二部分来确定误差率信号，其表示期望的车辆偏航角速度和实际偏航角速度之间或者期望横向加速度和实际横向加速度之间的差异。
在框118，该算法接着根据误差率来确定DA1命令。图10是带有水平轴上的误差率和垂直轴上的DA1命令的曲线图。取决于对如上所述的最大DAMAX命令做什么计算将确定DA1命令将有多高。对于低的误差率，DA1命令将是一定比例量的最大DAMAX命令，使得抖动量也与正在提供的稳定性控制量成比例。
DA1命令是角度幅度值，其用于确定AFS抖动的振动强度。图11是带有水平轴上的时间和垂直轴上的DA1命令的曲线图，示出DA1命令与DAMAX命令成一定比例。在框120处确定DAAFSD命令信号，并通过DA1命令的幅度和AFS抖动控制周期来设置它。DA1命令的幅度提供施加到方向盘16的阻力的改变。
前面的讨论仅仅公开和描述了本发明的示例实施例。本领域的技术人员将容易从这样的讨论和附图以及权利要求中认识到，在不偏离由随后权利要求限定的本发明的范围的情况下，在这里可以做出各种改变、修改和变型。

Claims (23)

1.一种通过摇动车辆方向盘来警告车辆操作者正在向车辆提供主动车辆控制的系统，所述系统包括：
主动前轮转向致动器，用于提供用于稳定性控制目的的转向协助信号；
可变助力转向致动器，用于在转动方向盘时提供转向转矩增大；和
控制器，用于在正在提供主动车辆控制的情况下使主动前轮转向致动器摇动方向盘并用于在转动方向盘并且正在提供主动车辆控制的情况下使可变助力转向致动器施加和释放对方向盘的张力。
2.根据权利要求1的系统，其中所述控制器使主动前轮转向致动器随着稳定性控制量的增加而增加方向盘的摇动并且增加可变助力转向致动器施加和释放对方向盘的张力的速率。
3.根据权利要求1的系统，其中如果偏航角速度误差信号大于预定阈值或横向加速度误差信号大于预定阈值，则所述控制器确定正在提供主动车辆控制。
4.根据权利要求1的系统，其中所述控制器根据转向比信号来确定可变助力转向致动器的最大电流命令以确定可变助力转向抖动的最大振动强度和主动前轮转向致动器的最大角度命令以确定主动前轮转向抖动的最大振动强度。
5.根据权利要求4的系统，其中所述控制器根据可变助力转向致动器的最大电流命令和误差率值来确定电流命令以确定可变助力转向抖动的振动强度，并且根据最大角度命令和误差率值来确定主动前轮转向致动器的角度命令以确定主动前轮转向抖动的振动强度。
6.根据权利要求5的系统，其中所述电流命令根据误差率值有多大而与最大电流命令成一定比例，并且角度命令根据误差率值有多大而与最大角度命令成一定比例。
7.根据权利要求5的系统，其中所述误差率值是如下计算的：
ErrorIndex＝Cr*abs(Δr+Kr*d(Δr)/dt)+Cy*abs(Δy+Ky*d(Δy)/dt)
其中Δr是偏航角速度误差，Kr是偏航角速度误差加权因子，Δy是横向加速度误差，Ky是横向加速度误差加权因子并且Cr和Cy是偏航角速度误差和横向加速度误差两者的加权因子。
8.根据权利要求5的系统，其中所述角度命令是具有预定周期的用于摇动方向盘的主动前轮转向抖动信号的幅度，并且电流命令是具有预定周期的用于施加一定量张力到方向盘的可变助力转向抖动信号的幅度。
9.根据权利要求1的系统，还包括用于检测驾驶员疏忽的设备，如果所述控制器接收来自该设备的驾驶员疏忽信号，则所述控制器使主动前轮转向致动器摇动方向盘，并且如果方向盘被转动并且控制器接收来自该设备的驾驶员疏忽信号，则所述控制器使可变助力转向致动器施加和释放对方向盘的张力。
10.一种通过抖动车辆方向盘来警告车辆操作者正在向车辆提供主动车辆控制的系统，所述系统包括：
主动前轮转向致动器，用于提供用于稳定性控制目的的转向协助信号；和
控制器，用于在正在提供主动车辆控制的情况下使主动前轮转向致动器抖动方向盘，所述控制器根据正在提供的主动控制量来增加和降低由主动前轮转向致动器提供的抖动。
11.根据权利要求10的系统，其中如果偏航角速度误差信号大于预定阈值或横向加速度误差信号大于预定阈值，则所述控制器确定正在提供主动车辆控制。
12.根据权利要求10的系统，其中所述控制器根据转向比信号来确定主动前轮转向致动器的最大角度命令以确定主动前轮转向抖动的最大振动强度。
13.根据权利要求12的系统，其中所述控制器根据最大角度命令和误差率值来确定主动前轮转向致动器的角度命令以确定主动前轮转向抖动的振动强度。
14.根据权利要求13的系统，其中所述角度命令根据误差率值有多大而与最大角度命令成一定比例。
15.根据权利要求13的系统，其中所述角度命令是具有预定周期的用于抖动方向盘的主动前轮转向抖动信号的幅度。
16.根据权利要求1的系统，还包括用于检测驾驶员疏忽的设备，如果所述控制器接收来自该设备的驾驶员疏忽信号，则所述控制器使主动前轮转向致动器摇动方向盘。
17.一种通过抖动车辆方向盘来警告车辆操作者正在向车辆提供主动车辆控制的系统，所述系统包括：
可变助力转向致动器，用于在转动方向盘时提供转向转矩控制增大；和
控制器，用于在正在提供主动车辆控制的情况下使可变助力转向致动器抖动方向盘，所述控制器根据正在提供的主动控制量来增加和降低由可变助力转向致动器提供的抖动。
18.根据权利要求17的系统，其中如果偏航角速度误差信号大于预定阈值或横向加速度误差信号大于预定阈值，则所述控制器确定正在提供主动车辆控制。
19.根据权利要求17的系统，其中所述控制器根据转向比信号来确定可变助力转向致动器的最大电流命令以确定可变助力转向抖动的最大振动强度。
20.根据权利要求19的系统，其中所述控制器根据最大电流命令和误差率值来确定可变助力转向致动器的电流命令以确定可变助力转向抖动的振动强度。
21.根据权利要求20的系统，其中所述电流命令根据误差率值有多大而与最大电流命令成一定比例。
22.根据权利要求20的系统，其中所述电流命令是具有预定周期的用于抖动方向盘的可变助力转向抖动信号的幅度。
23.根据权利要求17的系统，还包括用于检测驾驶员疏忽的设备，如果方向盘被转动并且控制器接收来自该设备的驾驶员疏忽信号，则所述控制器使可变助力转向致动器施加和释放对方向盘的张力。
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