CN102712302B - 用于自动制动汽车以避免碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于自动制动汽车以避免与探测到的碰撞目标碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统，其中在求出的干预时间点这样自动地控制汽车的制动系统，使得能够避免与探测到的碰撞目标碰撞或至少减轻碰撞后果。本发明的特征在于，根据求出的驾驶员反应时间的终止时间点以及求出的最后可能的制动时间点，能够求出干预时间点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自动制动汽车以避免碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统。
背景技术
现代驾驶员辅助系统可以通过自动启动地全制动来完全避免即将来临的碰撞，或至少将碰撞后果降至最低。这些系统借助合适的传感器(雷达、激光雷达、图像处理器)或通过评估汽车间通信来探知汽车周围环境，并求出可能的碰撞目标。如果碰撞即将来临，则开始总减速。
随着本体汽车和潜在碰撞目标之间的相对速度的增加，制动所需的路程也呈二次方地增加。由于与之相比，用于勉强的超车机动动作或避让机动动作的间距仅线性地随着速度增大，因此在已经超过为避免碰撞而进行制动的时间点之后，在差速较高时仍可实现超车或避让。这种所谓的干预两难困境在设计紧急制动辅助系统时引起目标冲突。如果在达到最后可能的制动时间点时该辅助系统以总减速来干预，则避免碰撞，但已计划实施超车机动动作或避让机动动作的驾驶员会对此干预感到意外。为了避免这种主观上觉得有错误的制动，并且为了恰当地处理产品责任要求，当前市场上的系统是这样设计的，即在驾驶员既不能通过制动、也不能通过超车或避让来完全自主地避免碰撞的时间点(极限点)才进行制动。但在差速较高时，这一点导致即使通过自动的紧急制动也不再能避免碰撞，而只是减轻碰撞后果。
从DE 601 26 398 T2已知一种在识别目标时具有系统干预的制动控制系统，该系统在识别到驾驶员的避让意图时压制在其它情况下产生的自动制动干预，从而避免与探测到的碰撞目标碰撞。
发明内容
本发明的目的是，说明一种紧急制动辅助系统，其在考虑上述问题的情况下还可求出干预时间点，从而驾驶员一方面感觉足够的安全，另一方面在进行自身的驾驶行动时不会受到妨碍。
为此，本发明提供一种用于自动制动汽车以避免与探测到的碰撞目标碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统，其中在求出的干预时间点这样自动地控制汽车的制动系统，使得能够避免与探测到的碰撞目标碰撞或至少减轻碰撞后果，其特征在于，根据求出的驾驶员反应时间的终止时间点以及求出的最后可能的制动时间点，能够求出干预时间点，并且在求出干预时间点时还能考虑求出最后可能的避让时间点，其中，干预时间点能够这样求出：当求出的驾驶员反应时间的终止时间点在求出的最后可能的制动时间点之前时，将最后可能的制动时间点确定为临时的干预时间点；或者当求出的驾驶员反应时间的终止时间点在求出的最后可能的避让时间点之前且在求出的最后可能的制动时间点之后时，将最后可能的制动时间点或驾驶员反应时间的终止时间点确定为临时的干预时间点；或者当求出的最后可能的避让时间点在求出的最后可能的制动时间点之后且在求出的驾驶员反应时间的终止时间点之前时，将最后可能的制动时间点确定为临时的干预时间点。
本发明涉及用于自动制动汽车以避免与探测到的碰撞目标碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统，其中在求出的干预时间点这样自动地控制汽车的制动系统，使得能够避免与探测到的碰撞目标碰撞或至少减轻碰撞后果。
在实际的路面交通中，驾驶员经常经历一些必须避免碰撞的事件，以下是与自动的紧急制动相关的应用情况：
●持续地靠近前方汽车
●前方汽车突然进行制动机动动作
●相邻的汽车驶入到自己的车道上
尽管没有提供有关驾驶员主观感受的信息，但借助汽车传感器可提供该反应触发的模型。为此应用驾驶心理学的阈值，所述阈值描述从感觉安全的跟随行驶至需要反应的靠近之间的过渡。
在自身轨道内部持续地靠近汽车(这在许多情况下还伴随着较高的相对速度)可以与间距无关地通过即将碰撞时间(TTC)来描述。在此，在现有技术中将5秒的TTC值作为阈值，低于该阈值时驾驶员感觉到迫切的行动必要性，以再次扩大本体汽车和陌生汽车之间的间隔或通过超车机动动作避开障碍物。
该阈值还可在限定的差速范围内作为间距值给出。该间距值由静止时的恒定的安全间距以及与速度相关的值组成。现在借助最小的跟随间距，可探测到其余的应用情况“突然制动”和“汽车驶入”。如果前方行驶的汽车在跟随行驶中急剧地减速，使得本体汽车的驾驶员在保持其运动状态的情况下低于安全间距，则产生再次建立安全行驶间距的行动必要性。如果相邻车道上的汽车在最小的跟随间距内开始驶入机动动作，则同样产生这种行动必要性。
这两个事件还可通过时间阈值TTC来识别。但是，例如在突然制动的情况下考虑间距是有利的。如果前方行驶的汽车在还离本体汽车很远的行驶状态下开始减速，则还不能计算TTC。通过使用间距值，在这种情况下也可以标识开始随后的反应的起始时间点。
现在本发明的特征在于，根据求出的驾驶员反应时间的终止时间点以及求出的最后可能的制动时间点，能够求出干预时间点。
反应时间可借助所谓的OODA循环来模型化，该反应时间在出现相应的反应触发之后开始，并一直到可在汽车总线系统上测量到驾驶员反应的时间点。OODA循环代表人做出决定的各个要素：O(Observe，观察)、O(Orient，调整)、D(Decide，决策)和A(Act，行动)。
在观察和行动过程中，可得出所有驾驶员的近似恒定的平均值。纯粹感觉到这种情况所需的时间为约0.2秒，执行行动(即脚部运动至操纵踏板)由于经常练习为约0.3秒。
与之相比，用于调整或做出决定的其余过程步骤都取决于触发的事件，即驾驶员反应时间可根据当前的汽车周围环境和/或碰撞目标出现的方式来求算。与预料得到的或经常出现的事件相比，未预料到的触发(例如不可预见的前方行驶的汽车的猛烈制动)或发生可能性较低的事件会使做出决定的时间更长。总之，这两个过程步骤都可模型化为伽玛分布。
为了能由伽玛分布推导出反应时间，考虑超过确定的时间的风险。为此，用1减去计算出来的伽玛分布。20％的风险相应地意味着，在考虑的试验中，80％的驾驶员所需的用于对触发的事件做出反应的时间小于或等于得出的时间。
除了根据触发的事件或碰撞目标出现的方式以外，如果为驾驶员提供多个行动备选方案，则延长由OODA循环得出的反应时间。因为行动备选方案的各个发生可能性是先验未知的，所以其被假设为相同分布。
对于主动的紧急制动的应用情况来说，这一点意味着，除了可实现制动以外，还必须检查超车机动动作的可执行性。为此，例如汽车旁边的区域分别划分为三个局部区域：本体汽车的后方、本体汽车高度上的侧方以及本体汽车的前方。为所有区域计算与车道变换有关的值，并在比较功能中对在0(不可执行车道变换)和1(可安全地执行车道变换)之间的因子实现标准化。三个因子的最小值确定全局的车道变换可执行性。如果超出针对该最小值的限定的阈值，则得出在相应的方向上可实现车道变换。
在车尾范围内，计算在本体汽车变换车道的情况下用于靠近汽车的必要的减速作为与车道变换有关的值。在车头范围内，分析用于本体汽车的必要的减速，应该执行车道变换并且目标车道已被陌生汽车占据。在侧向范围内，评估执行车道变换所需的空间。在该情况下，车道变换的可执行性由必要的减速(车尾范围)和合理的减速(车头范围)之间的关系或由侧向范围内的所需的空间和可供使用的空间之间的关系得出。
因为特别是在驾驶员在探测到碰撞目标时可能还可以超车或避让的前提条件下，在求出干预时间点时必须考虑最后可能的避让时间点，所以在本发明的有利构造方案中在求出干预时间点时还要考虑该最后可能的避让时间点。
为了为勉强的超车机动动作求出最后可能的避让时间点或必要的间距，例如在本体汽车和潜在碰撞目标之间的自由区域内作出具有假设的横向加速度的超车抛物线。在该情况下，根据瞬时相对速度以及将经过的侧向间距，得出超车或避让机动动作所需的沿纵向方向的间距。该侧向间距由本体汽车和陌生汽车的目标宽度和当前的目标位置构成。因为在低速下不能由最大的横向加速度出发，所以横向加速度根据速度来适配。
在考虑求出的驾驶员反应的终止时间点、(以已知方式)求出的最后可能的制动时间点和求出的最后可能的避让时间点的情况下，可在反应时间的终点评估状况，并因此至少求出用于自动制动干预的临时的干预时间点。为此如上所述，首先为这三个可能的反应触发配设相应的反应时间。在此，将持续靠近前方汽车看作是预料中的事件，突然制动或驶入汽车看作是预料之外的事件。如果在出现反应需求的时间点，从即将碰撞时间(TTC)减去相应的反应持续时间，则求出的值(即在反应之后为避免碰撞余下的时间)可与用于制动或者超车或避让机动动作的阈值进行比较。
在差速较低的情况下(即，在此最后可能的避让时间点在时间上在最后可能的制动时间点之前)，最后可能的制动时间点总是可用作干预时间点，因为没有留给驾驶员其它避免碰撞的备选方案。
但是，在差速较高的情况下(其中在达到最后可能的制动时间点之后还可能进行超车或避让)，产生三种可能的情形：
在求出的驾驶员反应时间的终止时间点在时间上在求出的最后可能的制动时间点之前的情况下，可选择最后可能的制动时间点作为临时的干预时间点，因为在由驾驶员自主避免碰撞的情况下事先已存在相应的反应。对此情况，总是可避免事故。
在第二种情况下，求出的驾驶员反应时间的终止时间点在求出的最后可能的避让时间点之前且在求出的最后可能的制动时间点之后。因为由驾驶员自主掌控状况的可能性比车尾碰撞的可能性高很多，所以制动干预在必要时(即如果需要的话)在反应时间的终点才启动。但在最不利的情况下，这也意味着紧急制动不再足以完全地避免碰撞。为了部分地解决这个矛盾，从反应时间估算中得出评价变换车道可能性的标准值，即临时的干预时间点在这种情况下根据避让机动动作的可执行性来确定。在此，如果不能执行避让机动动作，则将最后可能的制动时间点确定为临时的干预时间点；如果能够安全地执行避让机动动作，则仅驾驶员反应时间的终止点确定为临时的干预时间点。如果不能变换车道，则进行用于完全避免碰撞的制动。
在第三种情况下，求出的驾驶员反应时间的终止时间点在求出的最后可能的制动时间点之后且在求出的最后可能的避让时间点之后，其中求出的最后可能的避让时间点在求出的最后可能的制动时间点之后。在这种情况下，已经在最后可能的制动时间点进行了自动的制动干预，因为驾驶员的及时反应是非常不可能的。
为了更好地确定紧急制动辅助系统的干预时间点，除了以上参数以外，还很重要的是，检查和考虑实际的驾驶员反应。在此，尤其应在求出的驾驶员反应时间内和/或之后考虑出现的驾驶员反应(例如制动或超车)。如果有反应(或者至少推测有反应)并且此反应足以自主地避免磁撞，或者如果可执行避让或超车机动动作，则在不同情况下求出的临时干预时间点一直延迟至所谓的“极限点”，即求出的最后可能的避让时间点。尽管该最后可能的避让时间点由于被认为恰当的驾驶员反应而未达到，但该最后可能的避让时间点可作为后备选项得以保留。否则，将求出的临时干预时间点确定为干预时间点。
对于这两种行动选择“制动”和“超车”，可分别求出指示物。制动效果既可通过原始地操纵制动踏板、也可通过放开油门踏板而形成牵引力矩来产生。由于识别到与前方汽车的重合减小或由于相应的转向角，可探测到超车反应。为了能提前合并超车愿望，容易想到使用变换车道动机模型。对此的一个简单方式是识别出用于变换车道的闪光灯操纵。
为了检查是否及时和恰当地存在识别到的反应，在制动的情况下，比较所实施的减速与为避免碰撞所需的减速。为避免碰撞所需的减速取决于本体汽车和碰撞目标之间的瞬时相对速度、两个汽车之间的瞬时间距、以及陌生汽车的减速。
在具有超车意图或超车反应的情况下，如前所述，还必须检查是否可以执行车道变换或避让机动动作。为此，可追溯到在反应时间估算的范围内计算出来的对变换车道可能性的评估。
附图说明
现在借助实施例详细地阐述本发明。其中：
图1示出按本发明的紧急制动辅助系统的极为简化的构造；以及
图2示出用于在紧急制动辅助系统的范围内求出干预时间点的流程图。
具体实施方式
图1示出一种紧急制动辅助系统NBA，用于借助控制单元SE自动地制动汽车以避免与探测到的碰撞目标碰撞，所述控制单元接收不同的数据u、fr和fzg，并根据这些数据发出用于激活在此未示出的制动单元的信号br，必要时还发出用于产生光学、声学或触觉警告的信号s。数据u指周围环境的数据，其可给出关于目标的情况以及关于道路类型(例如多个车道)的信息。为了能求出碰撞目标、最后可能的避让时间点和/或最后可能的制动干预时间点以避免碰撞，还额外地评估其它的汽车数据fzg，例如当前的汽车速度、相对速度和/或与探测到的目标的间距。
最后，驾驶员反应数据fr还给出有关驾驶员的行动的情况，特别是给出驾驶员是否相应地对探测到的碰撞目标起反应以避免碰撞。
然后根据这些输入数据，求出用于制动汽车的汽车制动系统的干预时间点。在该求出的干预时间点发出用于激活制动系统的信号br。此外，从探测到碰撞目标起，还可触发用于激活光学、声学或触觉警告的提示信号s。
现在借助图2所示的流程图详细地说明在紧急制动辅助系统的范围内求出干预时间点的操作方法。
一旦探测到碰撞目标，则在步骤10中开始求出过程。在下一步骤15中，从自身汽车和识别到的碰撞目标的运动中辨识出驾驶员必须有所反应以自主地避免碰撞的事件。接着在步骤20中，求出用于制动的最后可能的时间点tBr和用于避让过程或勉强的超车机动动作的最后可能的时间点tAusw。前者可通过系统制动的模型化来简单地确定。该用于制动的最后可能的时间点说明最迟必须以全减速来制动的时间点，以便还能阻止碰撞。为了求出用于避让或超车机动动作的最后可能的时间点，存在多种方式。例如如上所述，将抛物线假设成轨道。还可假设成环形轨道或按经验求出。
同时，在瞬时的驾驶周围环境的基础上，并根据当前的事件(持续靠近前方行驶的碰撞目标或者前方行驶的碰撞目标突然制动或者碰撞目标驶入自身的行驶轨道中)，估算出最大的反应时间tRea，该反应时间适用于大部分驾驶员。该反应时间越长，则越预料不到事件会出现。因此，持续靠近前方汽车比突然制动引起较短的反应时间tRea。根据经验的试验表明，反应时间tRea可模型化为伽玛分布。针对不同的反应原因存在各自的参数，这些参数与分布形式相匹配。因此在使用伽玛分布时，预先给定百分比值，其说明涵盖的驾驶员的比例。在预先给定为80％时，则仅还存在20％的驾驶员，其在试验中的反应时间tRea比得出的值更长。
此外，反应时间tRea通过可能的行动备选方案的数量而延长。如果驾驶员可以在制动和超车之间决定(即驾驶员有两个备选方案)，则驾驶员的反应时间tRea根据Hick定律对数地增大。这一点从系统角度意味着，必须检查执行超车或避让机动动作的可能性。为此在三级方法中，分析与相邻车道上的前方汽车的间距和相对速度、自身汽车旁边的自由间距、以及在相邻车道上从后方靠近的汽车的相对速度和间距。如果这三个检查都没有显示出相邻车道上的危险，则存在变换车道的可能性，反应时间tRea延长。随着事件的出现，开始运行模型化的反应时间tRea。
由模型化的反应时间tRea和当前的情况，在下一步骤求出临时的干预时间点tEing_v(在一定地假设最终的干预时间点tEing的情况下)。为此，在步骤30的准备阶段检查：最后可能的制动时间tBr是否在时间上已经在最后可能的避让时间点tAusw之前。如果不是这种情况，则在步骤35中将最后可能的制动时间tBr确定为最终的干预时间点tEing。然后该方法直接结束。
但如果最后可能的制动时间tBr已经在最后可能的避让时间tAusw之前，则在下一步骤40中求出临时的干预时间点tEing_v。驾驶员反应在此首先不起作用。仅分析反应时间tRea的终点(即当前的TCC(即将碰撞时间)减去(余下的)反应时间)。由此得出三种不同的情况：
情况1：反应时间tRea在最后可能的制动时间点tBr之前终止。在此，在最后可能的制动时间点tBr应进行干预。
情况2：反应时间tRea在最后可能的制动时间点tBr和最后可能的避让或超车时间点tAusw之间终止。在此，如果不可能变换车道，则在最后可能的制动时间点tBr应进行干预，如果可以变换车道，则在反应时间tRea的终点应进行干预。
情况3：反应时间tRea在最后可能的超车时间点tAusw之后终止。在这种情况下，驾驶员不再能够自主地对威胁的碰撞起反应。在最后可能的制动时间点tBr进行干预。如果已超过最后可能的制动时间点tBr，则立即进行干预。
在后续的步骤50中，评估驾驶员在预先给定的时间段dt内(在反应时间tRea期间和终止之后)对事件的反应fr。作为反应fr，分成超车机动动作和制动。对于超车机动动作可指自身汽车与前方行驶汽车的叠合减少或指急剧地加速。制动指的是操纵制动踏板或“离开加速器”。
但是，仅反应fr本身不足以改变在前面的步骤中求出的临时干预时间点tEing_v。为此还需要检查：避让或超车机动动作是否可实际执行，或施加的减速是否足以避免碰撞。如果是这种情况(步骤60)，则假设驾驶员自主地减弱这一情况。因此最终的干预时间点tEing推迟至最后可能的避让时间点tAusw。在此，虽然不再能避免碰撞，但由于识别到的适当反应，应该从未达到该时间点。在错误识别反应的情况下，全减速还减弱碰撞后果。如果反应fr不可执行/不充分，或没有反应fr可识别到(步骤55)，则临时的干预时间点tEing_V变为最终的干预时间点tEing。该方法在步骤70结束。
通过将驾驶员反应包含到用于紧急制动辅助系统的干预时间点的求算中，可在相对速度很高的情况下明显地减少错误触发的次数。如果驾驶员没有表现出反应或没有表现出适当的反应，则可通过紧急制动辅助系统来避免碰撞。相反，如果驾驶员对事件反应充分，则只有在不再能超车或避让的时间点才进行干预。
Claims (9)
1.一种用于自动制动汽车以避免与探测到的碰撞目标碰撞或减轻碰撞后果的紧急制动辅助系统，其中在求出的干预时间点这样自动地控制汽车的制动系统，使得能够避免与探测到的碰撞目标碰撞或至少减轻碰撞后果，其特征在于，根据求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点以及求出的最后可能的制动时间点(tBr)，能够求出干预时间点(tEing)，并且在求出干预时间点(tEing)时还能考虑求出最后可能的避让时间点(tAusw)，其中，干预时间点(tEing)能够这样求出：当求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点在求出的最后可能的制动时间点(tBr)之前时，将最后可能的制动时间点(tBr)确定为临时的干预时间点(tEing_v)；或者当求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点在求出的最后可能的避让时间点(tAusw)之前且在求出的最后可能的制动时间点(tBr)之后时，将最后可能的制动时间点(tBr)或驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点确定为临时的干预时间点(tEing_v)；或者当求出的最后可能的避让时间点(tAusw)在求出的最后可能的制动时间点(tBr)之后且在求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点之前时，将最后可能的制动时间点(tBr)确定为临时的干预时间点(tEing_v)。
2.如权利要求1所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，当求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点在求出的最后可能的避让时间点(tAusw)之前且在求出的最后可能的制动时间点(tBr)之后时，如果不能执行避让机动动作，则将最后可能的制动时间点(tBr)确定为临时的干预时间点(tEing_v)，如果能够执行避让机动动作，则将驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点确定为临时的干预时间点(tEing_v)。
3.如权利要求1所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，只有当最后可能的避让时间点(tAusw)在时间上在最后可能的制动时间点(tBr)之后时，才能够求出干预时间点(tEing)。
4.如权利要求2所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，只有当最后可能的避让时间点(tAusw)在时间上在最后可能的制动时间点(tBr)之后时，才能够求出干预时间点(tEing)。
5.如权利要求1至4之任一项所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，在求出干预时间点(tEing)时，在预先给定的时间段(dt)内和/或在求出的驾驶员反应时间(tRea)的终止时间点之后还能考虑驾驶员反应(fr)。
6.如权利要求5所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，所述预先给定的时间段(dt)为所述求出的驾驶员反应时间(tRea)。
7.如权利要求1至4之任一项所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，干预时间点(tEing)能够这样求出，即在识别或估计到要由驾驶员实施避让过程并识别到避让机动动作的可执行性的情况下，将求出的最后可能的避让时间点(tAusw)确定为干预时间点(tEing)。
8.如权利要求1至4之任一项所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，干预时间点(tEing)能够这样求出，即在未识别或未估计到要由驾驶员实施避让过程时，将求出的临时的干预时间点(tEing_v)确定为干预时间点(tEing)。
9.如权利要求1至4之任一项所述的紧急制动辅助系统，其特征在于，根据碰撞目标的出现和/或根据在探测到碰撞目标时可能的行动备选方案的数量，能够求出驾驶员反应时间(tRea)。
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