專利名稱：用于車輛電子穩(wěn)定程序的基于激光二極管的自混合傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及車輛動(dòng)態(tài)的測(cè)量。更具體而言，本發(fā)明涉及用于電子穩(wěn)定系統(tǒng)的光學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
車輛穩(wěn)定性由輪胎牽引力和車輛的扭矩及離心力之間的平衡確定。突破車輛穩(wěn)定性極限導(dǎo)致車輛的側(cè)向滑移。DE325639A1公開了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的防滑系統(tǒng)，該防滑系統(tǒng)采用激光多普勒傳感器來(lái)檢測(cè)汽車的側(cè)向漂移或者其真實(shí)的對(duì)地速度。然而，在車輛車身側(cè)滑角以及前和后輪胎偏離角超過(guò)某種閾值的情況下，會(huì)出現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的臨界條件。從當(dāng)前的電子穩(wěn)定程序(ESP)傳感器集群尚無(wú)法獲得這三種參數(shù)中的任何一種。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是改進(jìn)電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。此目的是通過(guò)各獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)解決的。本發(fā)明有利的改進(jìn)的地方在從屬權(quán)利要求中定義。車輛的側(cè)滑角、前和后輪胎偏離角、偏航率(yaw rate)和側(cè)向加速率 (acceleration rate)可以從根據(jù)本發(fā)明裝置的自混合激光器傳感器中明確地導(dǎo)出。可以進(jìn)一步采用基于偏航率、轉(zhuǎn)彎半徑和輪胎偏離角分析的三種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向不足或過(guò)度轉(zhuǎn)向的出現(xiàn)，這使得能夠簡(jiǎn)化車輛電子穩(wěn)定程序。為此目的，提供了一種用于確定車輛動(dòng)態(tài)條件的光學(xué)傳感器裝置，包括
-具有至少一個(gè)激光二極管的第一激光器裝置，所述第一激光器裝置安裝在車輛上的第一位置，使得激光以斜角照射在道路表面，以及
-具有至少一個(gè)激光二極管的第二激光器裝置，所述第二激光器裝置安裝在車輛上的第二位置，使得激光以斜角照射在道路表面，其中所述第一和所述第二位置沿著道路表面是側(cè)向分隔的。所述光學(xué)傳感器裝置還包括
-至少一個(gè)檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述激光二極管的激光強(qiáng)度的自混合振蕩， 以及
-數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)每個(gè)所述激光二極管的自混合激光強(qiáng)度振蕩計(jì)算正向、側(cè)向和/或垂直速度，以及用于確定至少一種下述參數(shù) -車輛車身側(cè)滑角， -輪胎偏離角， -所述車輛的偏航率， -所述車輛的俯仰或滾轉(zhuǎn)速率， -轉(zhuǎn)彎半徑，和 -過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足條件。
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傳統(tǒng)ESP需要來(lái)自至少四種類型的傳感器的輸入，即轉(zhuǎn)向角傳感器、側(cè)向加速度傳感器、車輛偏航率傳感器和車輪旋轉(zhuǎn)傳感器。本發(fā)明涉及基于激光二極管的，優(yōu)選地基于 VCSEL的自混合干涉激光傳感器，該激光傳感器能夠明確地測(cè)量車輛車身偏離角和輪胎偏離角。當(dāng)前的ESP傳感器無(wú)法明確地測(cè)量這些參數(shù)。優(yōu)選地，每個(gè)激光器裝置測(cè)量縱向或正向速度分量、側(cè)向速度分量和/或垂直速度分量。為此目的，每個(gè)激光器裝置包括至少兩個(gè)激光二極管，優(yōu)選地VCSEL。激光二極管定位為使得激光二極管的光束以不同方位角從激光器裝置發(fā)射，使得光束具有沿著驅(qū)動(dòng)方向和垂直于驅(qū)動(dòng)方向的方向分量。由于使用了以不同方位角照射在道路表面的至少兩個(gè)光束，可以由檢測(cè)器從激光二極管的自混合振蕩提取正向和側(cè)向速度分量，使得數(shù)據(jù)處理裝置能夠計(jì)算每個(gè)激光器裝置的正向和側(cè)向速度。在外部反射表面布置在激光的光學(xué)路徑內(nèi)而獲得外部腔體的情況下，出現(xiàn)激光自混合。調(diào)諧該外部腔體導(dǎo)致對(duì)激光平衡條件的重新調(diào)節(jié)并且因此導(dǎo)致激光輸出功率的可檢測(cè)變化。典型地是波動(dòng)或振蕩形式的這些變化是在半激光波長(zhǎng)的距離上作為外部反射表面的位移函數(shù)重復(fù)的。波動(dòng)頻率因此與外部反射器的速度成比例。另外優(yōu)選的是將第一和第二激光器裝置安裝在沿著車輛的正向方向分隔開的不同位置。例如，一個(gè)激光器裝置可以安裝在車輛的前部或其前軸并，另一激光器裝置安裝在車輛的重心或重心附近，或者通常安裝在車輛的前軸和后軸之間。由于該布置對(duì)于某些參數(shù)例如偏航率的靈敏度隨著距離而增大，優(yōu)選地將傳感器安裝在前軸和后軸之間距離的至少四分之一，特別優(yōu)選地至少三分之一的距離處。根據(jù)另一改進(jìn)，采用沿著車輛的正向方向分隔開的三個(gè)激光器裝置。例如，一個(gè)傳感器可以安裝在車輛的前部或前軸處或附近，另一激光器裝置安裝在重心附近或者安裝在所述前軸和后軸之間，并且第三激光器裝置安裝在車輛的后部或其后軸處。如果兩個(gè)激光器裝置的側(cè)向速度可以由數(shù)據(jù)處理裝置計(jì)算，數(shù)據(jù)處理裝置可以進(jìn)一步根據(jù)側(cè)向速度的微分確定偏航率。具體而言，如果前軸轉(zhuǎn)向的車輛以給定偏航率行駛通過(guò)彎道，前部側(cè)向速度大于后部側(cè)向速度。如果兩個(gè)激光器裝置安裝在橫切正向方向的不同位置，例如安裝在車輛的左側(cè)和右側(cè)上，也將出現(xiàn)側(cè)向速度的微分。根據(jù)本發(fā)明的另一改進(jìn)，該兩個(gè)或更多個(gè)激光器裝置之一以及相應(yīng)地其激光束的取向耦合到前輪行進(jìn)方向。這可以通過(guò)將激光器裝置安裝在前輪懸架上來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種布置允許直接確定前輪胎偏離角而無(wú)需轉(zhuǎn)向角傳感器。就此而言，有利的是采用具有兩個(gè)激光二極管的激光器裝置，使得激光二極管之一發(fā)射具有沿著前輪行進(jìn)方向的方向分量的光束，并且另一個(gè)激光二極管發(fā)射具有橫切車輪行進(jìn)方向的分量的光束。于是，根據(jù)兩個(gè)二極管的激光強(qiáng)度的多普勒引發(fā)自混合振蕩，數(shù)據(jù)處理裝置可以確定沿著車輪行進(jìn)方向的速度V1以及橫切車輪行進(jìn)方向的速度vt。為了確定前輪胎偏離角af，接著可以由數(shù)據(jù)處理裝置計(jì)算方程
a f = arctan(K /F；) 根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置成根據(jù)車輛的側(cè)向速度、側(cè)滑角和偏航率確定前輪胎偏離角或后輪胎偏離角。該計(jì)算在下文更詳細(xì)解釋。偏離角是確定車輛的臨界動(dòng)態(tài)條件的重要參數(shù)。除其它因素之外，偏離角與轉(zhuǎn)向不足或過(guò)度轉(zhuǎn)向條件有關(guān)。具體而言，車輛的后輪胎偏離角可以由數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)下述關(guān)系計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種用于確定車輛動(dòng)態(tài)條件的光學(xué)傳感器裝置，包括-具有至少一個(gè)激光二極管的第一激光器裝置，所述第一激光器裝置安裝在車輛上的第一位置，使得激光以斜角照射在道路表面，以及-具有至少一個(gè)激光二極管的第二激光器裝置，所述第二激光器裝置安裝在車輛上的第二位置，使得激光以斜角照射在道路表面，其中所述第一和所述第二位置沿著道路表面是側(cè)向分隔的，所述光學(xué)傳感器裝置還包括-至少一個(gè)檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述激光二極管的激光強(qiáng)度的自混合振蕩， 以及-數(shù)據(jù)處理裝置(6)，用于根據(jù)每個(gè)所述激光二極管的自混合激光強(qiáng)度振蕩計(jì)算正向、 側(cè)向和/或垂直速度，以及用于確定至少一種下述參數(shù) -車輛車身側(cè)滑角， -輪胎偏離角， -所述車輛的偏航率， -所述車輛的俯仰或滾轉(zhuǎn)速率， -轉(zhuǎn)彎半徑，-過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器裝置，其中每個(gè)激光器裝置包括至少兩個(gè)激光二極管 (17、19)，其中所述激光二極管(17、19)的光束從所述激光器裝置以不同方位角發(fā)射并且具有沿著驅(qū)動(dòng)方向和垂直于驅(qū)動(dòng)方向的方向分量，藉此所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)設(shè)置成計(jì)算每個(gè)所述激光器裝置的正向、側(cè)向和/或垂直速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器裝置，包括沿著車輛(2)的正向方向分隔開的兩個(gè)或三個(gè)激光器裝置(1、3、5)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的光學(xué)傳感器裝置，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)計(jì)算每個(gè)所述激光器裝置的正向、側(cè)向和/或垂直速度，以及根據(jù)下述方程計(jì)算根據(jù)側(cè)向速度的微分的偏航率 Ρ/ Λ和根據(jù)垂直速度的微分的俯仰或滾轉(zhuǎn)速率d θ /dt的至少之一，f rr rr rrrΛΨ V-_ yj — y ydtabW — V/ - Vzf-- Vdt ab其中Vy、vfy和T1表示分別由中心、前部和后部安裝的激光器裝置(3、1、5)檢測(cè)的車輛的側(cè)向速度，\、Vfz和V^表示分別由所述中心，前部和后部安裝的激光器裝置(3、1、5)檢測(cè)的車輛的垂直速度，a表示所述前部和所述中心安裝的激光器裝置之間的縱向距離，以及 b表示所述中心安裝和所述后部安裝的激光器裝置之間的縱向距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)根據(jù)車輛的側(cè)向速度、側(cè)滑角和偏航率確定前輪胎偏離角或后輪胎偏離角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器裝置，其中所述激光器裝置之一安裝在前輪懸架上， 使得激光束取向耦合到前輪行進(jìn)方向。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的光學(xué)傳感器，其中所述激光器裝置安裝在前輪懸架上并且包括兩個(gè)激光二極管(17、19)，所述激光二極管之一發(fā)射具有沿著前輪行進(jìn)方向的方向分量的光束并且所述激光二極管(17、19)的另一個(gè)發(fā)射具有橫切所述車輪行進(jìn)方向的分量的光束，藉此所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)確定沿著車輪行進(jìn)方向的速度V1和橫切車輪行進(jìn)方向的速度vt并且根據(jù)方程
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)根據(jù)下述關(guān)系計(jì)算車輛的后輪胎偏離角α r
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器裝置，其中所述車輛的前輪胎偏離角α f由所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)根據(jù)方程
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)計(jì)算縱向速度或正向速度與偏航率和側(cè)滑角變化率之和的乘積來(lái)確定在車輛的重心的側(cè)向加速率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)傳感器，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)根據(jù)車輛的偏航率及其正向速度確定車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。
12.一種用于車輛(2)的電子穩(wěn)定系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器裝置。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的用于車輛的電子穩(wěn)定系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)將過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足的量值與閾值比較，其中所述電子穩(wěn)定系統(tǒng)包括控制器，該控制器基于所述量值與所述閾值的比較引起制動(dòng)或扭矩干擾。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求的用于車輛的電子穩(wěn)定系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)比較實(shí)際車輛的偏航率和中性轉(zhuǎn)向的偏航率、車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑和阿克曼轉(zhuǎn)彎半徑以及前輪胎偏離角和后輪胎偏離角，以及其中-當(dāng)所述實(shí)際車輛的偏航率小于所述中性轉(zhuǎn)向的偏航率，所述車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑大于所述阿克曼轉(zhuǎn)彎半徑并且所述前輪胎偏離角大于所述后輪胎偏離角時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向不足條件，以及其中-當(dāng)所述實(shí)際車輛的偏航率大于所述中性轉(zhuǎn)向的偏航率，所述車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑小于所述阿克曼轉(zhuǎn)彎半徑并且所述前輪胎偏離角小于所述后輪胎偏離角時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)檢測(cè)到過(guò)度轉(zhuǎn)向條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于簡(jiǎn)化的車輛穩(wěn)定性控制的基于激光二極管的自混合激光器傳感器。從自混合激光器傳感器明確地導(dǎo)出車輛的側(cè)滑角、前和后輪胎偏離角、偏航率和側(cè)向加速率。采用基于偏航率、轉(zhuǎn)彎半徑和輪胎偏離角分析的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向不足或過(guò)度轉(zhuǎn)向的出現(xiàn)，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化的車輛電子穩(wěn)定程序。
文檔編號(hào)B60W40/10GK102414576SQ201080019175
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者韓 M. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司