车辆控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种车辆控制系统。


背景技术：

2.jp2017
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165184a公开了一种行驶控制装置，该行驶控制装置被配置成通过自动控制车辆的加速/减速以及转向来使车辆沿着道路形状和车道自主行驶。而且，jp2010
‑
89540a公开了一种电动助力转向装置，其中，当车辆正在分μ(splitμ)的道路上行驶并且沿朝着高μ路面侧的方向偏离时，校正辅助电动机的目标电流，以使方向盘沿朝着低μ路面侧的方向转动，从而抑制因分μ的道路而造成的不规则的车辆行为。
3.当用于使车辆沿着道路形状行驶的行驶辅助控制和用于使车辆行为稳定的稳定性控制被独立地执行时，稳定性控制可能导致车辆的实际行为偏离行驶辅助控制的目标行为。在这种情况下，行驶辅助控制可能会生成错误的控制量，以尝试使车辆的实际行为与目标行为相匹配。


技术实现要素：

4.鉴于前述背景，本发明的目的是，提供这样一种车辆控制系统，即，该车辆控制系统可以协调地执行使车辆沿着道路形状行驶的行驶控制以及稳定性控制。
5.用于实现该任务的手段
6.为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供了一种车辆控制系统1，该车辆控制系统包括：行驶控制单元43，该行驶控制单元被配置成生成对车辆的方向控制装置4、5进行控制的第一控制信号，以使车辆沿着道路形状行驶；稳定性控制单元36，该稳定性控制单元被配置成当车辆的行为处于规定的不稳定状态时，生成对方向控制装置进行控制以使车辆的行为稳定的第二控制信号；以及仲裁(arbitration)单元37，该仲裁单元被配置成接收第一控制信号和第二控制信号，并且将第一控制信号和第二控制信号中的至少一个控制信号输出至方向控制装置，其中，该仲裁单元在接收到第二控制信号时减少与第一控制信号相对应的控制量。
7.根据这种配置，当正在生成第二控制信号时，方向控制装置可以减少与第一控制信号相对应的控制量，从而将稳定性控制列入优先。因此，可以协调地执行行驶控制和稳定性控制。
8.在上面的配置中，优选地，当仲裁单元正在接收第二控制信号时，行驶控制单元不获取车辆的运动状态信息。而且优选地，当仲裁单元正在接收第二控制信号时，行驶控制单元不生成第一控制信号。
9.根据这种配置，可以防止由行驶控制单元生成的第一控制信号影响由于稳定性控制而发生的运动状态。
10.在上面的配置中，优选地，当仲裁单元正在接收第二控制信号时，行驶控制单元估计在基于第二控制信号来驱动方向控制装置之后的运动状态信息，并且基于所估计的运动
状态信息来生成第一控制信号。
11.根据这种配置，当第二控制信号消失时，行驶控制单元可以迅速恢复第一控制信号的输出。
12.在上面的配置中，优选地，仲裁单元在接收到第二控制信号时不向方向控制装置输出第一控制信号。
13.根据这种配置，当正在生成第二控制信号时，方向控制装置不执行基于第一控制信号的控制。因此，可以协调地执行行驶辅助控制和稳定性控制。
14.在上面的配置中，优选地，方向控制装置包括为左右车轮中的各个车轮设置的转向装置5和制动器装置4中的至少一个装置。
15.根据前述配置，可以提供这样一种车辆控制系统，即，该车辆控制系统可以协调地执行使车辆沿着道路形状行驶的行驶控制以及稳定性控制。
附图说明
16.图1是安装有车辆控制系统的车辆的功能配置图；
17.图2是示出由行驶控制单元执行的处理的过程的流程图；
18.图3是示出由稳定性控制单元执行的处理的过程的流程图；以及
19.图4是示出由仲裁单元执行的处理的过程的流程图。
具体实施方式
20.下面，参照附图，对根据本发明的车辆控制系统的实施方式进行描述。
21.如图1所示，在安装于车辆中的车辆系统2中包括了根据本发明的实施方式的车辆控制系统1。车辆系统2包括：动力总成3、制动器装置4、转向装置5、外部环境检测装置6、车辆传感器7、通信装置8、导航装置9(地图装置)、驾驶操作装置10、乘员监测装置11、人机界面(hmi)12以及控制装置15。将车辆系统2的上述组件彼此连接，以使可以经由诸如控制器区域网(can)16的通信装置在它们之间发送信号。在本实施方式中，控制装置15具体实施车辆控制系统1。
22.动力总成3是被配置成向车辆施加驱动力的装置。动力总成3例如包括动力源和传动装置。动力源包括诸如汽油机和柴油机的内燃机以及电动机中的至少一种。制动器装置4是被配置成向车辆施加制动力的装置。例如，制动器装置4包括：被配置成使制动片(brake pad)抵压制动转子(brake rotor)的制动钳；以及被配置成向制动钳供应油压力的电动缸。制动器装置4可以包括驻车制动器装置，该驻车制动器装置被配置成经由线缆限制车轮的旋转。转向装置5是改变车轮的转向角的装置。例如，转向装置5包括：被配置成使车轮转向(转弯)的齿条小齿轮机构5a；以及被配置成驱动齿条小齿轮机构5a的电动机5b。动力总成3、制动器装置4以及转向装置5是通过控制装置15来控制的。
23.外部环境检测装置6是对车辆外部的物体等进行检测的装置。外部环境检测装置6包括传感器，该传感器对来自车辆周围环境的诸如可见光的电磁波进行检测，以检测车辆外部的物体等。这样的传感器例如可以包括：一个或更多个雷达17、一个或更多个激光雷达(lidar)18以及一个或更多个外部摄像头19。此外，外部环境检测装置6可以包括被配置成从车辆外部接收信号并且基于所接收到的信号来检测车辆外部的物体的装置。外部环境检
测装置6将检测结果输出至控制装置15。
24.各个雷达17向车辆周围环境发射诸如毫米波的无线电波，并且捕获由车辆周围的物体反射的无线电波，从而检测物体的位置(距离和方向)。各个雷达17可以被安装在车辆上的任何合适的位置。所述一个或更多个雷达17优选地至少包括：前雷达，该前雷达被配置成沿车辆的向前方向发射无线电波；后雷达，该后雷达被配置成沿车辆的向后方向发射无线电波；以及一对左侧雷达和右侧雷达，该对左侧雷达和右侧雷达被配置成沿车辆的左方向和右方向发射无线电波。
25.各个激光雷达18向车辆周围环境发射诸如红外光的光，并且捕获由车辆周围的物体反射的光，从而检测物体的位置(距离和方向)。各个激光雷达18可以被安装在车辆上的任何合适的位置。
26.所述一个或更多个外部摄像头19被设置成捕获车辆周围环境的图像，以检测车辆周围的物体，例如，附近的车辆和行人、护栏、路缘、墙壁、中间路带、以及路面上使用的传达各种信息(诸如车道边界和道路形状)的道路标记。各个外部摄像头19例如可以由使用诸如ccd或cmos的固态成像部件的数字摄像头组成。各个外部摄像头19可以被安装在车辆上的任何合适的位置。所述一个或更多个外部摄像头19至少包括捕获车辆前方图像的前摄像头。优选地，所述一个或更多个外部摄像头19还包括：被配置成捕获车辆后方图像的后摄像头；以及被配置成捕获车辆的左侧和右侧的图像的一对侧摄像头。各个外部摄像头19例如可以是立体摄像头。
27.车辆传感器7包括：被配置成检测车速的车速传感器7a；被配置成检测车辆加速度的加速度传感器7b；被配置成检测绕车辆竖直轴线的角速度的偏航率传感器7c；以及被配置成检测车辆方向的方向传感器7d。偏航率传感器7c例如由陀螺仪传感器组成。
28.通信装置8使得控制装置15能够与导航装置9、本车周围存在的车辆和/或外部服务器进行通信。控制装置15可以经由通信装置8与本车周围的车辆进行无线通信。此外，控制装置15可以经由通信装置8与提供交通管制信息等的服务器进行通信。控制装置15也可以经由通信装置8与车辆外部的人所携带的移动终端进行通信。另外，控制装置15可以经由通信装置8与从车辆接收紧急消息的紧急通信中心进行通信。
29.导航装置9是被配置成获取车辆的当前位置并且提供到目的地等的路线引导的装置。导航装置9包括：gnss接收单元21、地图存储单元22、导航界面23以及路线确定单元24。gnss接收单元21基于从人造卫星(定位卫星)接收到的信号来标识车辆的位置(纬度和经度)。地图存储单元22由诸如闪速存储器或硬盘的已知存储装置组成，并且存储地图信息。导航界面23被配置成从乘员接收诸如目的地的输入，以及通过显示和/或语音来呈现各种信息。导航界面23优选地例如包括触摸板显示器、扬声器等。在另一实施方式中，gnss接收单元21可以配置为通信装置8的一部分。而且，地图存储单元22可以配置为控制装置15的一部分，或者配置为可以经由通信装置8与控制装置15进行通信的服务器装置的一部分。
30.地图信息优选地包含：道路类型(诸如高速公路、收费公路、国道以及县道)、各个道路的车道数量、各个车道的中心位置(包括经度、纬度以及高度的三维坐标)、道路标记的形状(诸如道路分界线和车道边界、有无人行道、路缘、围栏等)、交叉口的位置、车道汇合点和车道分支点的位置、紧急停车区的面积以及道路信息(诸如各个车道的宽度和道路上的路标)。地图信息也可以包含交通管制信息、地址信息(地址、邮政编码)、设施信息、电话号
码信息等。
31.路线确定单元24基于由gnss接收单元21标识的车辆的位置、经由导航界面23输入的目的地以及地图信息，来确定到目的地的路线。而且，在确定路线时，路线确定单元24优选地通过参照地图信息中包含的车道汇合点和车道分支点的位置，来确定作为车辆要行驶的车道的目标车道。
32.驾驶操作装置10被配置成接收由驾驶员执行的控制车辆的输入操作。驾驶操作装置10例如包括：方向盘、加速器踏板以及制动器踏板。
33.控制装置15由电子控制单元(ecu)组成，该电子控制单元包括cpu、诸如rom的非易失性存储器、诸如ram的易失性存储器等。cpu根据程序执行操作处理，以使控制装置15执行各种类型的车辆控制。控制装置15可以由一个硬件组成，或者可以由包括多个硬件的单元组成。此外，控制装置15的功能可以至少部分地由诸如lsi、asic以及fpga的硬件来执行，或者可以通过软件和硬件的组合来执行。
34.如图1所示，控制装置15包括：自动化驾驶控制单元35、稳定性控制单元36、仲裁单元37以及存储单元39。
35.自动化驾驶控制单元35包括：外部环境识别单元40、车辆位置识别单元41、动作计划单元42以及行驶控制单元43。外部环境识别单元40基于外部环境检测装置6的检测结果，来识别车辆周围的障碍物、道路形状、有无人行道以及道路标记。障碍物例如包括：护栏、电线杆(utility pole)、附近的车辆以及诸如行人的人员。外部环境识别单元40可以根据外部环境检测装置6的检测结果获取各个附近车辆的状态，诸如位置、速度以及加速度。附近车辆的位置可以识别为附近车辆的代表点(诸如附近车辆的重心或拐角部分)的位置，或者识别为由附近车辆的轮廓所表示的区域。
36.车辆位置识别单元41识别作为车辆正行驶于的车道的行驶车道，以及车辆相对于该行驶车道的位置和角度。例如，车辆位置识别单元41可以基于存储在地图存储单元22中的地图信息以及由gnss接收单元21获取的车辆位置来识别行驶车道。而且，车辆位置识别单元41可以通过从地图信息中提取设置在车辆周围的路面上的分界线，并且将所提取的分界线的形状与由外部摄像头19捕获的分界线图像的形状进行比较，来识别车辆相对于行驶车道的位置和角度。
37.动作计划单元42顺序地创建使车辆沿着路线行驶的动作计划。更具体地，动作计划单元42首先确定使车辆沿由路线确定单元24确定的目标车道行驶的事件，使得车辆不接触障碍物。这些事件例如可以包括：定速行驶事件，其中使车辆以定速沿同一行驶车道行驶：跟随行驶事件，其中使车辆以小于或等于由乘员设定的设定速度的速度或者以基于车辆正行驶于的环境所确定的速度，跟随沿同一行驶车道行驶的前车；使车辆改变该车辆的行驶车道的车道改变事件；使车辆超越前车的超车事件；使车辆在道路的汇合点处汇合的汇合事件；使车辆在道路的分支点处沿目标方向行驶的分支事件；将自动化驾驶终止并切换成手动驾驶的自动驾驶终止事件；以及车辆停止事件，其中当在车辆行驶期间满足指示控制装置15或驾驶员难以继续驾驶的规定条件时，使车辆停止。
38.在执行这些事件期间，动作计划单元42可以基于车辆附近的情形(附近车辆和行人的存在、因道路建设而造成车道变窄等)，来确定避开障碍物等的避让事件。
39.动作计划单元42还基于所确定的事件来生成车辆将来应沿着其行驶的目标轨迹。
目标轨迹被生成为按次序排列的一组轨迹点，其中轨迹点是车辆在相应未来时间应到达的点。优选地，动作计划单元42基于为各个事件设定的目标速度和目标加速度来生成目标轨迹。在此，目标速度和目标加速度的信息是由轨迹点之间的间隔来表示的。
40.行驶控制单元43控制动力总成3、制动器装置4以及转向装置5，使得车辆按照计划准时沿着由动作计划单元42生成的目标轨迹行驶。例如，在定速行驶事件和跟随行驶事件中，行驶控制单元43生成对方向控制装置进行控制的第一控制信号，以使车辆沿着随道路形状生成的目标轨迹行驶。道路形状主要是根据车道的形状来确定的。方向控制装置包括转向装置5和制动器装置4中的至少一个。在本实施方式中，转向装置5用作方向控制装置，并且制动器装置4用于减速。
41.例如，行驶控制单元43基于由外部摄像头19捕获的图像来获取目标轨迹与本车的方向之间的差异，并且基于所获取的差异来设定第一转向角控制量。第一控制信号包括第一转向角控制量。在另一实施方式中，行驶控制单元43可以基于当前位置、地图信息中包括的当前位置处的车道的延伸方向以及车辆的方向，来设定第一转向角控制量。此外，行驶控制单元43可以通过各种已知方法中的任何方法来设定第一转向角控制量，以使车辆沿着车道行驶。
42.当车辆的行为处于规定的不稳定状态时，稳定性控制单元36生成对方向控制装置进行控制以使车辆的行为稳定的第二控制信号。在本实施方式中，方向控制装置是转向装置5。稳定性控制单元36设定作为转向装置5的控制量的第二控制信号，以抑制车辆的转向过度和转向不足，并且使车辆在分μ的道路上稳定。车辆行为的规定的不稳定状态包括以下项中的至少一项：车辆转向过度的状态、车辆转向不足的状态以及车辆正行驶于分μ的道路上的状态。分μ的道路在车辆的左右车轮所行驶的表面上分别具有不同的摩擦系数(μ)。
43.例如，为了抑制车辆的转向过度和转向不足，稳定性控制单元36确定车辆是否处于转向过度状态或转向不足状态，并且在车辆处于转向过度状态或转向不足状态时，设定转向量以抑制转向过度或转向不足。例如，稳定性控制单元36可以基于由车速传感器7a获取的车速以及由转向角传感器7e获取的转向角来计算参考偏航率，并且基于所计算出的偏航率与由偏航率传感器7c获取的实际偏航率之间的差异，来确定车辆是否处于转向过度状态或转向不足状态。稳定性控制单元36可以基于参考偏航率与实际偏航率之间的差异，将抑制转向过度和转向不足的转向量设定为第二转向角控制量。
44.而且，为了使车辆在分μ的道路上稳定，稳定性控制单元36可以基于左右车轮速度之间的差异来确定车辆是否正行驶于分μ的道路上，并且当确定车辆正行驶于分μ的道路上时，将抑制因分μ的道路而造成的偏航率的转向量设定为第二转向角控制量。当左右车轮速度之间的差异大于或等于规定值时，可以确定车辆正行驶于分μ的道路上。当车辆正行驶于分μ的道路上时，车辆可以容易朝着高μ路面侧偏离，并因此，设定第二转向角控制量以使车辆朝着低μ路面侧转向。优选地将第二转向角控制量设定成使得该第二转向角控制量的绝对值随着左右车轮速度之间的差异变大而变大。
45.由行驶控制单元43生成的第一控制信号以及由稳定性控制单元36生成的第二控制信号被输入至仲裁单元37。仲裁单元37将第一控制信号和第二控制信号中的至少一个控制信号输出至用作方向控制装置的转向装置5。仲裁单元37在接收到第二控制信号时减少与第一控制信号相对应的控制量。
46.例如，仲裁单元37可以通过将第一控制信号和第二控制信号乘以相应的增益来校正第一控制信号和第二控制信号，并且将第一控制信号和第二控制信号的经校正的值输出至转向装置5。仲裁单元37优选地计算第一控制信号和第二控制信号的经校正的值，以便在接收到第二控制信号时使第二控制信号优先于第一控制信号。例如，在接收到第二控制信号时，仲裁单元37可以将第二控制信号乘以增益1，而将第一控制信号乘以增益0，从而仅将第二控制信号输出至转向装置5。而且，在接收到第二控制信号时，仲裁单元37可以将第二控制信号乘以增益1，而将第一控制信号乘以大于0且小于1的增益，将与计算出的第二控制信号相对应的转向角控制量和与计算出的第一控制信号相对应的转向角控制量相加，并且将相加结果输出至转向装置5。由于仲裁单元37的这种操作，因此，转向装置5主要是基于第二控制信号来进行控制的，并且减小了第一控制信号对转向装置5的影响。
47.在接收到第二控制信号时，仲裁单元37将控制停止信号输出至行驶控制单元43。行驶控制单元43在接收到控制停止信号时，停止向仲裁单元37输出第一控制信号。例如，行驶控制单元43可以被配置成在接收到控制停止信号时不获取车辆的运动状态信息。车辆的运动状态信息包括：车速、加速度(前后加速度、侧向加速度)、偏航率、方向、转向角、制动器装置4的流体压力等。由此，行驶控制单元43变得无法生成第一控制信号。而且，行驶控制单元43可以被配置成获取车辆的运动状态信息，但是在接收到控制停止信号时不生成第一控制信号。此外，行驶控制单元43可以被配置成生成第一控制信号，但是在接收到控制停止信号时不向仲裁单元37输出所生成的第一控制信号。
48.当控制停止信号因第二控制信号的消失而消失时，行驶控制单元43可以恢复第一控制信号的生成。在另一实施方式中，在接收到控制停止信号时，行驶控制单元43可以估计在基于第二控制信号来驱动用作方向控制装置的转向装置5之后的运动状态信息，并且可以基于所估计的运动状态信息来生成第一控制信号。基于第二控制信号驱动转向装置5之后的运动状态信息是使车辆的行为稳定之后的运动状态信息。例如，所估计的运动状态信息可以包括偏航率和转向角。所估计的偏航率例如优选为由稳定性控制单元36计算出的偏航率。优选地，所估计的转向角是实际转向角和第二转向角控制量的和。
49.现在，将描述由控制装置15执行的转向装置5的控制过程的一个示例。行驶控制单元43以规定的时间间隔t1重复地执行图2所示的处理。行驶控制单元43首先确定是否正在接收控制停止信号(s1)。如果确定未接收到控制停止信号(s1中的确定结果为否)，则行驶控制单元43生成包含对转向装置5进行控制的第一转向角控制量的第一控制信号，并且将第一控制信号输出至仲裁单元37，以使车辆沿着随车道生成的目标轨迹行驶(s2)。如果确定接收到控制停止信号(s1中的确定结果为是)，则行驶控制单元43不生成第一控制信号，并且不向仲裁单元37输出第一控制信号(s3)。在执行步骤s2和s3的处理之后，行驶控制单元43从步骤s1开始再次执行图2所示的处理。
50.稳定性控制单元36以规定的时间间隔t2重复地执行图3所示的处理。将由稳定性控制单元36执行的处理的时间间隔t2设定为短于由行驶控制单元43执行的处理的时间间隔t1。稳定性控制单元36首先确定车辆的行为是否处于规定的不稳定状态(s11)。如上所述，规定的不稳定状态包括以下项中的至少一项：车辆转向过度的状态、车辆转向不足的状态以及车辆正行驶于分μ的道路上的状态。例如，稳定性控制单元36基于由车速传感器7a获取的车速以及由转向角传感器7e获取的转向角来计算参考偏航率，并且基于所计算出的偏
航率与由偏航率传感器7c获取的实际偏航率之间的差异，来进行有关转向过度状态和转向不足状态的确定。而且，当左右车轮速度之间的差异大于或等于规定值时，确定车辆正行驶于分μ的道路上。
51.如果确定车辆的行为处于规定的不稳定状态(s11中的确定结果为是)，则稳定性控制单元36生成包含使车辆的行为稳定的第二转向角控制量的第二控制信号，并且将第二控制信号输出至仲裁单元37(s12)。为了抑制转向过度和转向不足，优选地，稳定性控制单元36基于参考偏航率与实际偏航率之间的差异来计算第二转向角控制量。另外，为了使车辆在分μ的道路上的行为稳定，稳定性控制单元36可以基于左右车轮速度之间的差异来计算第二转向角控制量。
52.如果确定车辆的行为未处于规定的不稳定状态(s11中的确定结果为否)，则稳定性控制单元36不生成第二控制信号，并且不向仲裁单元37输出第二控制信号(s13)。在执行步骤s12和s13的处理之后，稳定性控制单元36从步骤s11开始再次执行图3所示的处理。
53.仲裁单元37以规定的时间间隔t3重复地执行图4所示的处理。时间间隔t3可以与由稳定性控制单元36执行的处理的时间间隔t2相同。仲裁单元37首先确定它是否正在接收第二控制信号(s21)。如果确定仲裁单元37正在接收第二控制信号(s21中的确定结果为是)，则仲裁单元37将第二控制信号输出至转向装置5(s22)。因此，转向装置5基于第二控制信号来改变转向角，以使车辆的行为稳定。而且，仲裁单元37将控制停止信号输出至行驶控制单元43(s23)。作为接收到控制停止信号的结果，行驶控制单元43确定步骤s1中的确定结果为是。
54.如果确定仲裁单元37未接收第二控制信号(s21中的确定结果为否)，则仲裁单元37将第一控制信号输出至转向装置5(s24)。因此，转向装置5基于第一控制信号来改变转向角，以使车辆沿着车道行驶。在执行步骤s23和s24的处理之后，仲裁单元37从步骤s21开始执行图4所示的处理。
55.在前述车辆控制系统1中，当正在生成第二控制信号时，转向装置5可以减少与第一控制信号相对应的控制量，从而将稳定性控制列入优先。因此，可以协调地执行行驶控制和稳定性控制。特别地，当正在生成第二控制信号时，车辆控制系统1停止基于第一控制信号的控制，而仅基于第二控制信号来控制转向装置5，从而使车辆的行为变稳定。
56.前面已经描述了具体实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，并且可以以各种方式进行修改或改变。例如，代替转向装置5，制动器装置4可以用作车辆的方向控制装置。在这种情况下，稳定性控制单元36优选地设定使制动器装置4生成与第二转向角控制量相对应的制动力差异的制动器流体压力，并且行驶控制单元43优选地设定使制动器装置4生成与第一转向角控制量相对应的制动力差异的制动器流体压力。
57.而且，稳定性控制单元36可以设定动力总成3的控制量以使车辆的行为稳定(即，动力总成3可以用作方向控制装置)。与转向装置5用作方向控制装置的情况类似地，针对制动器装置4用作方向控制装置并且动力总成3也用作方向控制装置的情况，仲裁单元37可以减少与由行驶控制单元43生成的第一控制信号相对应的控制量，来减小行驶控制对稳定性控制的影响，从而协调地执行行驶控制和稳定性控制。
58.在上述实施方式中，行驶控制单元43被配置为执行自动化驾驶的自动化驾驶控制单元35的一部分，但是在另一实施方式中，行驶控制单元43可以被配置为仅实现车道保持
功能的控制单元。