用于沿具有道路坡度的道路控制车辆的系统和方法

摘要

用于沿具有道路坡度的道路控制车辆的系统和方法包括将道路坡度角确定为偏离角差分的函数，其中偏离角差分是航向角差分和偏航角差分的函数。

说明书

技术领域

本公开主要涉及用于控制车辆的系统和方法，并且更具体地涉及与道路坡度检测和道路坡度角估计有关的系统和方法。

背景技术

获知道路坡度角对于有效控制车辆系统例如在冰雪路面上的机动性是有利的。但是，难以稳定地确定道路坡度角以使得能够沿着具有道路坡度的道路有效地控制车辆。先前的系统可能会错误地识别道路坡度(误判)、无法正确地识别道路坡度(漏判)和无法有效地估计道路坡度角。一个问题是加速计测量值会受到道路坡度的影响并且无法表示车辆的实际横向加速度，这会促成误判和漏判。

发明内容

本公开的各个实施例提供了用于检测道路坡度并确定相关道路坡度角的系统和方法。根据示范性实施例，一种用于控制车辆的系统包括被设置用于沿道路测量航向角的测图传感器、被设置用于测量车辆偏航率的偏航率传感器、处理器和包含计算机可执行指令的存储器。计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器将道路坡度角确定为偏离角差分的函数。偏离角差分是航向角差分和偏航角差分的函数，而偏航角差分是偏航率的函数。

根据另一个示范性实施例，一种用于控制车辆的系统包括被设置用于沿道路测量航向角的测图传感器、被设置用于测量车辆偏航率的偏航率传感器、被设置用于测量车辆横向加速度的加速计、被设置用于测量车辆纵向速度的速度计、处理器和包含计算机可执行指令的存储器。计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器将第一偏离角差分确定为航向差分和偏航角差分的函数，将第二偏离角差分确定为横向加速度、偏航率和纵向速度的函数，并将道路坡度作为第一偏离角差分和第二偏离角差分的函数进行检测。偏航角差分是偏航率的函数。

根据另一个示范性实施例，一种计算机可读介质包含用于控制车辆的计算机可执行指令。计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器将道路坡度角确定为偏离角差分的函数。偏离角差分是航向角差分和偏航角差分的函数。航向角差分是由测图传感器沿道路测量的航向角的函数，而偏航角差分是由偏航率传感器测量的车辆偏航率的函数。

方案1：一种用于控制车辆的系统，包括：

被设置用于沿道路测量航向角的测图传感器；

被设置用于测量车辆偏航率的偏航率传感器；

处理器；和

包含计算机可执行指令的存储器，计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器将道路坡度角确定为偏离角差分的函数，偏离角差分是航向角差分和偏航角差分的函数，偏航角差分是偏航率的函数。

方案2：如方案1所述的系统，所述航向角差分和偏航角差分中的每一个都是时间的函数。

方案3：如方案1所述的系统，进一步包括被设置用于测量车辆横向加速度的加速计，所述道路坡度角进一步是横向加速度的函数。

方案4：如方案1所述的系统，所述道路坡度角进一步是偏航率的函数。

方案5：如方案1所述的系统，进一步包括被设置用于测量车辆纵向速度的速度计，所述道路坡度角进一步是纵向速度的函数。

方案6：如方案1所述的系统，所述计算机可执行指令进一步促使处理器将道路坡度作为道路坡度角的函数进行检测。

方案7：如方案6所述的系统，所述计算机可执行指令进一步促使处理器将道路坡度角与阈值相比较以检测道路坡度。

方案8：如方案1所述的系统，所述道路坡度角根据以下公式确定：

其中φ_bank是道路坡度角，V_x是纵向速度，a_y是横向加速度，ψ′是偏航率，Δβ是偏离角差分，而g是重力加速度。

方案9：如方案8所述的系统，所述偏离角差分根据Δβ=Δγ-Δψ确定，其中Δβ是偏离角差分，Δγ是航向角差分，而Δψ是偏航角差分。

方案10：一种用于控制车辆的系统，包括：

被设置用于沿道路测量航向角的测图传感器；

被设置用于测量车辆偏航率的偏航率传感器；

被设置用于测量车辆横向加速度的加速计；

被设置用于测量车辆纵向速度的速度计；

处理器；和

包含计算机可执行指令的存储器，计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器：

将第一偏离角差分确定为航向差分和偏航角差分的函数，偏航角差分是偏航率的函数；

将第二偏离角差分确定为横向加速度、偏航率和纵向速度的函数；以及

将道路坡度作为第一偏离角差分和第二偏离角差分的函数进行检测。

方案11：如方案10所述的系统，所述计算机可执行指令进一步促使处理器将第一偏离角差分和第二偏离角差分之间的差分与阈值相比较以检测道路坡度。

方案12：一种计算机可读介质，包含用于控制车辆的计算机可执行指令，计算机可执行指令在由处理器执行时促使处理器将道路坡度角确定为偏离角差分的函数，偏离角差分是航向角差分和偏航角差分的函数，航向角差分是由测图传感器沿道路测量的航向角的函数，而偏航角差分是由偏航率传感器测量的车辆偏航率的函数。

方案13：如方案12所述的计算机可读介质，所述航向角差分和偏航角差分中的每一个都是时间的函数。

方案14：如方案12所述的计算机可读介质，所述道路坡度角进一步是由加速计测量的横向加速度的函数。

方案15：如方案12所述的计算机可读介质，所述道路坡度角进一步是由偏航率传感器测量的偏航率的函数。

方案16：如方案12所述的计算机可读介质，所述道路坡度角进一步是由速度计测量的纵向速度的函数。

方案17：如方案12所述的计算机可读介质，所述计算机可执行指令进一步促使处理器将道路坡度作为道路坡度角的函数进行检测。

方案18：如方案17所述的计算机可读介质，所述计算机可执行指令进一步促使处理器将道路坡度角与阈值相比较以检测道路坡度。

方案19：如权方案12所述的计算机可读介质，所述道路坡度角根据以下公式确定：

其中φ_bank是道路坡度角，V_x是纵向速度，a_y是横向加速度，ψ′是偏航率，Δβ是偏离角差分，而g是重力加速度。

方案20：如方案19所述的计算机可读介质，所述偏离角差分根据Δβ=Δγ-Δψ确定，其中Δβ是偏离角差分，Δγ是航向角差分，而Δψ是偏航角差分。

上述内容已经宽泛地概述了本公开的某些应用和特征，这些内容应该被理解为仅仅是各种潜在应用的说明。通过以不同的方式应用公开的信息或者通过组合公开实施例的各种应用可以获得其他的有利结果。因此，除了由权利要求确定的范围以外，通过结合附图参考示范性实施例的详细说明可以获得其他的应用以及更加充分的理解。

附图说明

图1和2是沿道路行进的车辆的俯视图。

图3是图1中的车辆在一定道路坡度的道路上的端面正视图。

图4是图1中的车辆示出了车辆控制系统的示意图。

图5是第一偏离角差分和第二偏离角差分的图示。

图6是第一偏离角差分和第二偏离角差分的差分的图示。

图7是道路坡度角的图示。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了详细的实施例。必须理解公开的实施例仅仅是本公开的示范性说明，本公开可以被实施为各种不同的并且可选的形式及其组合。如本文中所用，词语“示范性”被用于广义地表示用作图示、实例、模型或样板的实施例。附图不一定是按比例的，并且某些特征可以被放大或缩小以显示特定部件的细节。在其他情况下，公知的部件、系统、材料或方法均未进行详细说明，目的是为了避免使本公开难以理解。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为教导本领域技术人员的代表性基础。

参照图1-3，车辆10沿包括有道路坡度14的道路12行进。道路12具有由航向角γ表示的曲率，而道路坡度14的斜度由道路坡度角φ_bank表示。为了进行解释，第一坐标系(x,y,z)被确定用于车辆10。x方向表示车辆10的纵向方向，而y方向表示车辆10的横向方向。第二坐标系(x′,y′,z′)被确定用于环境。在图1中，航向角γ是相对于x′方向进行测量的。

参照图4，车辆10包括转向系统16，转向系统16包括方向盘20、转向轴22、齿轮齿条副26、电机32、拉杆36和车轮38，齿轮齿条副26包括第一小齿轮28和齿条30，电机32驱动被配合至齿条30的第二小齿轮34。方向盘20被连接至转向轴22，转向轴22被连接至第一小齿轮28以将方向盘20的旋转运动传输至第一小齿轮28。第一小齿轮28将旋转运动转化为齿条30的线性运动。拉杆36将齿条30连接至车轮38并将齿条30的运动转化为车轮38的旋转。

车辆10进一步包括车辆控制系统40，车辆控制系统40被设置用于控制车辆10沿道路12的运动。通常，车辆控制系统40包括用于确定车辆和环境状态并根据这些状态控制车辆10的传感器和应用程序。为了控制车辆10，车辆控制系统40包括或者被设置用于控制稳定性控制系统或与其连接，稳定性控制系统例如有主动前轮转向(AFS)系统、制动系统、牵引控制系统、电子稳定性控制(ESC)系统、驱动系统、电动助力转向系统(EPS)及其组合等。例如，图示的车辆控制系统40被设置用于控制电机32，电机32控制车轮38的转向角。

传感器包括被设置用于测量车辆10的纵向速度V_x的速度计42，被设置用于测量加至方向盘20的驱动转矩T_d的转向轴转矩传感器44，被设置用于测量方向盘20的转向角θ_s的转向角传感器46，测图传感器例如被设置用于测量航向角γ的全球定位系统(GPS)传感器48，被设置用于测量车辆10的横向加速度a_y的加速计50，以及被设置用于测量车辆10的偏航率ψ′的偏航率传感器52。

车辆控制系统40包括处理器60和存储器62，存储器62包含计算机可执行指令。尽管本文中介绍的方法有时可以在计算机可执行指令的通用语境下进行介绍，但是本公开中的方法也可以被实现为与其他的程序模块相组合和/或被实现为硬件和软件的组合。术语“应用程序”或其变形在本文中被广义地用于包括子程序、程序模块、程序、构件、数据结构、算法等。应用程序可以在包括服务器、网络系统、单处理器或多处理器系统、小型计算机、大型计算机、个人计算机、手持式计算设备、移动设备、基于微处理器的可编程消费电子产品及其组合等在内的各种系统结构上实现。

计算机可读介质包括例如易失性介质、非易失性介质、可移除介质和不可移除介质。如说明书和权利要求中所用的术语“计算机可读介质”及其变形是指存储介质。在某些实施例中，存储介质包括易失性和/或非易失性、可移除和/或不可移除的介质，例如象随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、固态存储器或其他的存储技术、CD ROM、DVD、蓝光或其他的光碟存储、磁带、磁盘存储或其他的磁性存储设备。

存储器62包括第一偏离角差分应用程序70、第二偏离角差分应用程序72、用于检测道路坡度14的检测应用程序74以及用于确定道路坡度14的道路坡度角φ_bank的道路坡度角应用程序76。第一偏离角差分应用程序70包括用于将第一偏离角差分Δβ₁确定为航向角差分Δγ和偏航角差分Δψ的函数的计算机可执行指令。为了进行解释，传感器48,52在时间增量Δt处进行测量。连续的测量值用采样速率Δt进行数字化或者相对于由Δt划分的时刻例如第一采样时刻t和第二采样时刻t+Δt进行处理。第一偏离角差分Δβ₁由以下公式给出：

Δβ₁=Δγ-Δψ

航向角差分Δγ是由GPS传感器48在连续的采样时刻t, t+Δt测得的航向角γ之间的差分并且由以下公式给出：

Δγ=γ(t+Δt)- γ(t)

偏航角差分Δψ是由偏航率传感器52从第一采样时刻t到第二采样时刻t+Δt测得的偏航率ψ′的积分并且由以下公式给出：

第二偏离角差分应用程序72包括用于将第二偏离角差分Δβ₂确定为横向加速度a_y、偏航率ψ′、纵向速度V_x和道路坡度角φ_bank的函数的计算机可执行指令。第二偏离角差分Δβ₂由以下公式给出：

第二偏离角差分Δβ₂通过积分偏离角β的变化率来确定，偏离角β由以下公式给出：

横向加速度a_y由加速计50测量，偏航率ψ′由偏航率传感器52测量，而纵向速度V_x由速度计42测量。在以上的第二偏离角差分Δβ₂公式中，第一个表达式是横向加速度a_y、偏航率ψ′和纵向速度V_x的函数，表示第二偏离角差分Δβ₂中由车辆控制系统40确定的部分。第二个表达式是重力g、道路坡度角φ_bank和纵向速度V_x的函数，表示对第一个表达式的校正。由于横向加速度a_y会受到道路坡度14的影响，因此校正就是针对由加速计50测量的横向加速度a_y进行的。通过校正，即可将车辆10实际的横向加速度用于第二偏离角差分Δβ₂的公式中。

参照图5和6，检测应用程序74包括用于比较第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂以检测道路坡度14的计算机可执行指令。为了进行比较，道路坡度角φ_bank被设定为零以计算第二偏离角差分Δβ₂。由此，图5和6中表示的计算出的第二偏离角差分Δβ₂是未经第二个表达式校正的。其他变量中的每一个都如上所述进行测量。

为了进行解释，图5中示出了第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂，而图6中示出了第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂之间的差分。每一幅附图都针对包括时段T_roadbank的时段t示出，车辆10在时段T_roadbank期间遇到道路坡度14。在(时段T_roadbank以外)没有道路坡度14时，不需要校正第二偏离角差分Δβ₂，第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂基本相同，并且第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂之间的差分基本为零。参照图6，如果第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂之间的差分不超过预定的阈值H，那么检测应用程序74就检测到没有道路坡度。例如，阈值H可以被实验性或理论性地确定以使传感器测量值中的误差不会意外地超越阈值H。

当车辆10(在时段T_roadbank以内)遇到道路坡度14时，第二偏离角差分Δβ₂没有针对道路坡度角φ_bank进行校正并偏离不受道路坡度14影响的第一偏离角差分Δβ₁。因此，偏差即可归因于道路坡度14。如果第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂之间的差分超过了预定的阈值H，那么就通过检测应用程序74来检测道路坡度14。

参照图7，如果检测到道路坡度14，那么道路坡度角应用程序76就将与用于第一偏离角差分Δβ₁和第二偏离角差分Δβ₂的公式相结合以得到用于求解道路坡度角φ_bank的如下公式：

其中上方标有横线的变量表示平均值。由于GPS传感器48和偏航率传感器52的测量值不受道路坡度14的影响，因此第一偏离角差分Δβ₁是很稳定的。

图7是车辆10在图5和6中示出的相同时段t期间的图示。在时段T_roadbank以外，道路坡度角φ_bank基本为零，而在时段T_roadbank以内，道路坡度角φ_bank基本就是道路坡度14的坡度角。道路坡度角φ_bank的计算可以如上所述被用于检测道路坡度14。

道路坡度角φ_bank被车辆控制系统40用于更好地沿道路12控制车辆10。通常，道路坡度角φ_bank被用于禁止控制动作或者补偿估计信号和测量信号。例如，禁止动作与稳定性控制相关，原因在于稳定性控制可能会在不需要稳定性控制时变为主动进行。已知车辆10处于斜坡上就被用于阻止这样的稳定性控制激活。被补偿的信号包括驾驶员输入的转向信号。图示的车辆控制系统40包括自动控制应用程序80，其确定电机转矩T_m并生成对应的驱动信号，驱动信号驱动电机32向第二小齿轮34施加适当的转矩。在此，电机转矩T_m是道路坡度角φ_bank以及车辆速度V_x和转向速度θ_s的函数。

上述实施例仅仅是为了清楚理解本公开的原理而阐述的实施方式的示范性介绍。可以对上述实施例进行变形、修改和组合而并不背离权利要求的保护范围。所有这样的变形、修改和组合都通过本公开和以下权利要求的保护范围被包含在本文中。