用于确定车辆的涉水深度的方法和系统 |
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| 申请号 | CN201380014395.4 | 申请日 | 2013-02-14 | 公开(公告)号 | CN104169697B | 公开(公告)日 | 2017-11-17 |
| 申请人 | 捷豹路虎有限公司; | 发明人 | 西蒙·吉林; 翠-扬·德兰; 爱德华·霍尔; 奈杰尔·克拉克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种关于至少部分地浸没在 水 中时的车辆(1)确定涉水深度(dMax)的方法。确定车辆(1)的 姿态 ，并且相对于车辆(1)上的第一基准点测量水面的第一高度(dSensed)。基于车辆(1)的姿态和所述第一高度(dSensed)确定涉水深度(dMax)。替代性地，或另外地，确定车辆悬架的行程高度(HS)。本发明的各方面还涉及一种系统和一种车辆(1)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种确定至少部分地浸没在水中时的车辆(1)的涉水深度的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于确定车辆的涉水深度的方法和系统技术领域背景技术[0002] 越野车辆行驶通过水体是很常见的，在此将其称为涉水事件。然而，涉水深度(即，关于车辆的水位)不应超过一定的阈值。用于检测水的已知技术包括电阻式或电容式水传感器的使用。然而，可以证明很难安全地将水传感器封装在车辆周围，特别是封装在足够低以便提供及时的涉水事件的指示并且不会累及车辆的离地间隙的高度处。 [0003] 本申请人已经提交了一系列关于车辆涉水事件的申请，包括：2010年2月25日提交的GB1021268.6；2011年12月15日提交的GB1121625.6；2011年12月15日提交的GB1121621.5；2010年2月25日提交的GB1021278.5；2011年12月15日提交的GB1121624.9；2010年2月25日提交的GB1021272.8；2011年12月15日提交的GB1121622.3；2010年2月25日提交的GB1021297.5；2011年12月15日提交的GB1121626.4；2011年12月15日提交的GB1121629.8；2010年12月15日提交的GB1021295.9；2011年12月15日提交的GB1121623.1； 2010年12月15日提交的GB1021296.7；2011年12月15日提交的GB1121620.7；2011年12月15日提交的GB1121619.9；2011年12月15日提交的GB1121618.1；2011年3月15日提交的GB1104367.6；以及2011年8月17日提交的GB1114124.9。 [0004] 这些申请的全部内容明确地通过引用并入本文。 发明内容[0006] 本发明的各方面提供如所附权利要求所述的方法、系统或车辆。 [0007] 根据本发明所要求保护的另一方面，提供一种关于至少部分地浸没在水中时的车辆确定涉水深度的方法；所述方法包括：(a)确定所述车辆的姿态；(b)测量相对于所述车辆上的第一基准点的水面的第一高度；以及(c)基于所述车辆的姿态和所述第一高度确定所述涉水深度。 [0008] 通过确定相对于至少一个水平基准轴线的车辆的姿态，能够估计相对于车辆的涉水深度。更具体地，能够确定最大涉水深度(即，基于诸如发动机进气口的高度或者总体车辆体量以及触地面积等车辆的物理特性的、相对于车辆的最高水位)。涉水深度可以用于在达到或超过阈值涉水深度时通报驾驶员。 [0009] 所述方法可以包括确定车辆悬架的行程位置。该行程位置可以通过例如位移传感器进行测量。替代性地，或另外地，行程位置可以参照车辆的悬架设定来确定。例如，悬架能够是针对不同的运行模式可调节的，行程位置可以基于所选定的运行模式来确定。 [0010] 使用悬架的行程位置来确定涉水深度被认为是单独具有可专利性的。因此，在另一方面中，本发明涉及一种关于至少部分地浸没在水中时的车辆确定涉水深度的方法；所述方法包括：(a)确定车辆悬架的行程位置；(b)测量相对于所述车辆上的第一基准点的水面的第一高度；以及(c)基于所述行程位置和所述第一高度关于所述车辆确定所述涉水深度。 [0011] 通过将行程位置和测得的第一高度相结合，能够更加精确地确定涉水深度。利用悬架的行程位置确定涉水深度的方法可以包括确定车辆的姿态。 [0013] 可以针对所述第一基准点限定第一基准高度。替代性地，或另外地，第一基准高度可以在车辆未处于涉水事件中时例如作为校准程序的一部分进行测量。水深可以通过从第一基准高度中减去测得的第一高度计算出来。还能够可选地酌情加上或减去车辆悬架的行程位置。涉水深度可以基于所述水深以及可选地还可以基于车辆的姿态来确定。 [0014] 本文描述的方法可以包括确定在第一位置处的第一竖直偏距以及将所述竖直偏距加至在所述第一基准点处的测得的水的高度。第一竖直偏距可以例如使用三角学计算出来。替代性地，第一竖直偏距可以在参考表中查找。第一位置可以相对于所述第一基准点纵向地和/或横向地移位。第一位置可以代表车辆的末端，比如车头或车尾或者是车辆的横向拐角。因此，第一竖直偏距指示最大竖直偏距。该方法可以包括确定一个以上的竖直偏距，例如确定车头和车尾的竖直偏距。 [0015] 确定涉水深度的步骤可以包括应用艏波补偿因子。艏波补偿因子可以起因于车辆在水中穿行时形成的艏波的轮廓。艏波会降低车辆前轮后方的水位，如果在这个区域测量水的高度，就可能会确定得到错误地偏低的涉水深度。艏波补偿因子可以通过实验分析或计算机建模来确定。此外，艏波补偿因子可以基于以下运行参数中的一个或者更多个进行定制，这些运行参数包括：车辆的前进速度、车辆加速度、车辆的姿态(俯仰和/或侧倾)、悬架行程、车辆转弯角度、水深、水的速度和/或方向、以及所述测得的第一高度。 [0017] 检测到的信号可以被放大以解决信号衰减。信号的衰减可能会因为例如相对于水面的车辆姿态而发生。可以基于车辆的姿态对检测到的信号应用放大作用。 [0018] 该方法可以包括测量相对于车辆上的第二基准点的第二高度。该方法可以包括对比所述第一高度和第二高度，以确定车辆的姿态。如果第一基准点和第二基准点是横向偏置的，那么所述第一和第二高度的对比可以确定横向坡度。第一基准点可以设在车辆的第一侧上，第二基准点可以设在车辆的第二侧上。如果该第一和第二基准点是纵向偏置的，则可以确定纵向坡度。当然，该方法可以包括测量在两个以上的基准点处的高度。 [0019] 专用的姿态传感器可以被提供用于测量车辆的姿态。该姿态传感器可以包括例如陀螺仪和/或加速度计。姿态传感器可以检测关于一个或更多个轴线的车辆姿态。单轴姿态传感器可以例如测量关于车辆的纵向轴线或横向轴线的车辆姿态。双轴姿态传感器可以测量关于所述纵向轴线和所述横向轴线二者的车辆姿态。姿态传感器通常测量车辆的相对于水平平面的方位角。 [0020] 姿态传感器可以包括纵向加速度计。该方法可以包括通过减去动态车辆(车轮转速)加速度来修正测得的纵向加速度，以得出由于重力产生的加速度，进而得出纵向坡度。该方法可以包括对来自于姿态传感器的信号应用过滤器，以将例如由车辆的制动和/或加速导致的加速度变化考虑在内。可以监测制动压力和油门输入这两者的变化的大小和速率，以提供改进的过滤。该方法可以输出计算出的纵向坡度，以及通过使用所述至少所述第一传感器支持在车辆上的最深的点处的最大深度的计算。 [0021] 在又一方面中，本发明涉及一种用于关于至少部分地浸没在水中时的车辆确定涉水深度的系统；所述系统包括：姿态传感器，所述姿态传感器用于测量所述车辆的相对于水平轴线的方位角；至少第一传感器，所述第一传感器用于测量相对于所述车辆上的第一基准点的水面的第一高度；以及处理器，所述处理器用于基于所测量的方位角和所述第一高度关于所述车辆确定所述涉水深度。 [0022] 该系统可以包括用于确定车辆悬架的行程位置的装置。姿态传感器可以被构造成测量俯仰(即，绕车辆的横向轴线的角旋转)和/或侧倾(即，绕车辆的纵向轴线的角旋转)。 [0023] 在再一方面中，本发明涉及一种用于关于至少部分地浸没在水中时的车辆确定涉水深度的系统；所述系统包括：用于确定车辆悬架组件的行程位置的装置；至少第一传感器，所述第一传感器用于测量相对于所述车辆上的第一基准点的水面的第一高度；以及处理器，所述处理器用于基于所述行程位置和所述第一高度关于所述车辆确定所述涉水深度。 [0024] 该系统可以包括用于测量车辆相对于水平轴线的方位的姿态传感器。该姿态传感器可以被构造成测量俯仰(即，绕车辆的横向轴线的角旋转)和/或侧倾(即，绕车辆的纵向轴线的角旋转)。 [0025] 用于确定车辆悬架的行程位置的装置可以包括位移传感器或用于基于车辆的运行模式确定行程位置的参考表。 [0026] 本发明的系统可以被构造成提供用于将车辆的姿态和/或由该系统确定的涉水深度指示给驾驶员的装置。 [0027] 第一传感器可以设在车辆的第一后视镜组件中，后视镜组件通常安装于驾驶员的视野范围内的车辆外部。第二传感器可以被提供用于测量相对于车辆上的第二基准点的水面的第二高度。第二传感器可以设在车辆的第二后视镜组件中。至少所述第一传感器可以包括收发器，以用于传输信号和检测水面反射的信号。至少所述第一传感器可以是超声波的或激光的。 [0028] 在另一方面中，本发明涉及包括在此描述的系统的车辆。 [0029] 本文所描述的方法可以是机器执行的。本文所描述的方法可以在包括一个或更多个处理器的计算机设备上执行，其中，处理器例如是电子微处理器。处理器可以被构造成执行存储在存储器或存储装置中的计算机指令。在此描述的设备可以包括被构造成执行计算指令的一个或更多个处理器。 [0031] 根据又一方面，本发明涉及一个或更多个计算机可读介质，该一个或更多个计算机可读介质上具有计算机可读指令，这些指令在被计算机执行时会使计算机进行本文所描述的方法的所有步骤。 [0032] 本文对车辆姿态的提及指的是相对于水平基准平面的车辆的方位。车辆姿态可以被限定为车辆的纵向轴线和/或横向轴线相对于水平基准轴线或竖直基准轴线的方位角。基准轴线在附图中以虚线示出。 [0033] 在本申请的范围内，明确期望在前述段落中、在权利要求中和/或在下列描述和附图中陈述的本申请的各个方面、实施方式、示例和替代方案并且特别是其各个特征可以被单独地或以任何组合的方式采用。例如，结合一个实施方式描述的特征能够应用于所有实施方式，除非这些特征不相容。 附图说明[0034] 现在将参照附图仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中： [0035] 图1示出标有用于根据本发明的实施方式判断最大涉水深度的尺寸的车辆； [0036] 图2示出了处于水平涉水事件中的图1的车辆； [0037] 图3示出了处于下俯的涉水事件中的图1的车辆； [0038] 图4示出了处于上仰的涉水事件中的图1的车辆；以及 [0039] 图5示出了处于侧斜的涉水事件中的图1的车辆。 具体实施方式[0040] 图1中示出了一种能够涉水的车辆1。根据本发明的实施方式，车辆1设有涉水监测器(未图示)，该涉水监测器被构造成估计最大涉水深度dMax，涉水深度代表关于车辆1的水位。涉水监测器能够为驾驶员输出涉水信息，并且可选地，如果计算出的最大涉水深度dMax接近阈值，该涉水监测器能够通过显示器或音响报警器(未图示)提供警报。 [0041] 车辆1包括通过独立的空气悬架(未图示)安装在底盘上的四个车轮W。悬架是可调节的以针对不同的驾驶情形改变车辆1的底盘高度。具体而言，空气悬架能够为以下运行模式中的一种或更多种模式提供预定的底盘高度：进出模式、高速巡航模式、正常模式、半越野模式和越野模式。空气悬架还能够提供扩展模式，该扩展模式提供定时充气以增大底盘高度，这取决于当前的负载和先前的车轮位置。悬架动态地测量悬架高度Hn，并且将悬架高度Hn作为一组预定值中的一个进行传送。悬架高度的变化可以作为悬架高度修正值Hn’输出。 [0042] 车辆1包括前保险杠3、后保险杠5、左后视镜组件7和右后视镜组件9。第一涉水传感器11容置在左后视镜组件7中；以及，第二涉水传感器13容置在右后视镜组件9中。该第一和第二涉水传感器11、13限定第一基准点和第二基准点，该第一和第二基准点与车辆尺寸相结合被涉水监测器用来确定涉水深度dMax。参照图1对车辆尺寸概括如下： [0043] hSensor涉水传感器11、13高于地面高度的高度，其取决于所选定的空气悬架的运行模式。 [0044] (本实施方式：越野模式＝1.23m；标准模式＝1.19m；进出模式＝1.14m)[0045] LSensorToFront从车头到涉水传感器11、13的距离。 [0046] (本实施方式：1.8m) [0047] LSensorToRear从车尾到涉水传感器的距离。 [0048] (本实施方式：2.9m) [0050] 第一和第二涉水传感器11、13分别包括可以与后视镜脚灯或指示器组件(转向指示灯)(未图示)相结合的超声波收发器11a、13a。该第一和第二涉水传感器11、13基本上平行于车辆1的竖直轴线Z向下定向。在使用中，超声波收发器11a、13a发射超声波信号(在附图中由带阴影的三角形示出)，超声信号被水体的表面S反射。可以理解的是，在正常行驶中，此时车辆行驶在干燥的路面上，超声波信号会从路面反射回来。在这种情况下，由于底盘高度是已知的，该系统可以被设置成将干燥的地面用作已知的基准点周期性地执行自我诊断和/或校正循环。在车辆行驶通过水体的情况下，通过相关收发器11a、13a检测反射的信号，并利用超声波信号的飞行时间来确定涉水传感器11、13与水体表面S之间的距离dSensed。 [0051] 由于例如因水中的涟漪/波浪/飞溅而导致的水面S的运动，所测得的距离dSensed可能会有波动。可应用电子滤波器从所检测到的信号中去除噪波。此外，如果车辆1相对于水面S是倾斜的，可能会减弱反射信号(因为信号不是直接朝向超声波收发器11a、13a反射)，涉水监测器可以放大检测到的信号和/或应用修正。 [0052] 对涉水传感器11、13和水体的表面S之间的距离dSensed进行测量使得能够使用以下公式计算局部水深dMeasured(即，最接近涉水传感器11、13的水深)： [0053] 测得的水深＝传感器安装-测得的与水的±悬架高度修(dMeasured)高度(hSensor)距离(dSensed)正值(Hn’) [0054] 涉水监测器通过加上或减去车辆悬架高度修正值(Hn’)来调节水深dMeasured以补偿用于所选定的悬架运行模式的悬架高度上的变化。涉水监测器还能够应用艏波修正值(±ve)，艏波修正值(±ve)允许由艏波的形成导致的变化，在车辆1行进通过水的时候，艏波的形成会使前轮后方的水深减小。艏波修正值能够关于车辆速度和/或水深进行校正。 [0055] 因此，车辆1的最大涉水深度dMax以车辆和悬架高度的信息为基础，车辆和悬架高度的信息能够由通用接近感应模块(GPSM)传输通过车辆的封闭式区域网络(CAN)传输。然后，计算出的最大涉水深度dMax由GPSM通过CAN总线传输，供其他车辆系统参考。 [0056] 在图2所示的示例布置中，车辆1基本上是水平的(即，车辆1的纵向轴线X基本上是水平的)，并且正在涉水事件中行驶通过水体。在车辆1水平的情况下，最大涉水深度dMax等于所测得的深度dMeasured并且沿着车辆的长度基本上一致。可以理解的是，车头的水深dfront基本上等于车尾的水深drear。这可以通过以下语句(statement)总结： [0057] 最大涉水深＝测得的水深＝车头水深＝车尾水深度(dMax)(dMeasured)(dfront)(drear)[0058] 可以理解的是车辆1不会总是水平的。为了判断相对于水面S的车辆1的姿态，涉水监测器还包括用于测量车辆1的纵向俯仰角(longitudinal pitch)的姿态传感器(未图示)。姿态传感器测量相对于车辆1的纵向轴线X的纵坡角θ。因此，姿态传感器提供车辆1的纵向俯仰角(即，绕车辆1的横向轴线Y的方位角)的指示。姿态传感器包括车辆纵向加速度计，该纵向加速度计减去车轮速度的加速度从而得到由于重力产生的加速度，进而得到纵向坡度。涉水监视器可以将过滤器应用于来自姿态传感器的信号，以将由车辆的制动和/或加速导致的加速度扰动(acceleration perturbation)考虑在内。对制动压力和油门输入这两者的变化的大小和速率进行监测，以为计算纵向坡度提供改进的过滤。替代性地或另外地，姿态传感器可以是陀螺仪。 [0059] 车辆1在图3中示出是处于下俯的涉水事件中，由此，车头低于车尾。具体而言，车辆1被示为处于呈纵坡角θ的下俯姿态中。和在第一示例性布置中一样，第一和第二涉水传感器11、13确定涉水传感器11、13和水体的表面S之间的感测距离dSensed。然后，涉水监测器通过从传感器高度hSensor中减去感测距离dSensed计算测得的水深dMeasured。 [0060] 因为车辆1处于下俯姿态中，车头的水深dfront大于车尾的水深drear。姿态传感器测量车辆1的倾角θ，涉水传感器将该数据用于计算车辆1的车头的增大的水深。具体而言，如下计算车头的下俯深度dNoseDown： [0061] dNoseDown＝tanθ*LSensorToFront [0062] 举例来说，如果纵坡角θ是6°，那么Tan 6*180cm(LSensorToFront)＝18.9cm。将下俯深度dNoseDown加至测得的水深dMeasured从而提供最大车头涉水深度dFront，该最大车头涉水深度dFront被设定为涉水深度dMax。 [0063] 在图4中车辆1被示为处于上仰的涉水事件中。在该布置中，车辆1的车头高于车辆的车尾。车辆1被示为处于呈纵坡角θ的上仰姿态中。再次，第一和第二涉水传感器11、13确定涉水传感器11、13和水体的表面S之间的距离dSensed。 [0064] 因为车辆1处于上仰姿态中，车尾的水深drear大于车头的水深dfront。姿态传感器测量车辆1的倾角θ，涉水传感器将该数据用于计算车辆1的车尾处的增大的水深。涉水传感器计算车辆1的车尾处的增大的水深。具体而言，如下计算车头的上仰深度dNoseUp： [0065] dNoseUp＝tanθ*LSensorToRear [0066] 举例来说，如果纵坡角θ是6°，那么Tan 6*290cm(LSensorToRear)＝30.5cm。将上仰深度dNoseUp加至测得的水深dMeasured以提供最大车尾涉水深度dRear，该最大车尾涉水深度dRear被设定为涉水深度dMax。 [0067] 为了确定最大涉水深度dMax，涉水监测器能够基于纵坡角θ是正的还是负的来计算最大车头涉水深度dFront或最大车尾涉水深度dRear。替代性地，涉水监测器能够将最大车头涉水深度dFront和最大车尾涉水深度dRear作对比从而将最大涉水深度dMax设定为较大值。 [0068] 在图5中示出的另一布置，其中车辆1是在横坡角α上倾斜的。涉水监测器能够比较感测深度dSense1和感测深度dSense2的差别，以判断车辆1的哪一侧较低。然后，涉水监测器能够使用车辆的该较低一侧的感测深度dSense来确定最大涉水深度dMax。可以提供专用的姿态传感器，以测量车辆1的横向角度α，从而在三维空间中计算最大涉水深度dMax。例如，被构造成测量侧倾角速度的变化率的纵向加速度计和/或陀螺仪可以用于为系统提供适当的车辆姿态数据，这些数据可以另外地显示给驾驶员，从而使得驾驶员能够在被告知关于可能影响车辆行为的外部因素的同时安全地完成部署。 [0069] 涉水监测器能够用于在涉水事件的过程中输出最大涉水深度dMax。如果最大涉水深度dMax接近或超过阈值涉水深度，则可以提供警报，以允许驾驶员采取适当的行动。 [0070] 涉水监测器可以与诸如湿气传感器的其他涉水传感器协同使用以判断车辆1何时处于涉水事件中。另外地或替代性地，涉水监测器可以设置成允许驾驶员即使是在最初水深太浅而不被认为是涉水事件的境况下仍然能够手动调用该系统以测量水深。 [0071] 此外，涉水监测器还可以利用车辆的动态运行参数来评估涉水事件。例如，涉水监测器可以使用车辆的行驶方向(前进、后退以及向左转或向右转)以预测车辆1的最大涉水深度dMax是否有可能增大或减小。如果车辆1处于下俯姿态中，涉水监测器能够判断的是：如果车辆正在向前行驶，则最大涉水深度dMax有可能增大，如果车辆正在向后行驶，则最大涉水深度dMax有可能减小。如果车辆1处于上仰姿态中，涉水监测器能够判断的是：如果车辆正在向前行驶，则最大涉水深度dMax有可能减小，如果车辆正在向后行驶，则最大涉水深度dMax有可能增大。同样地，如果车辆1处于斜坡(纵向斜坡或横向斜坡)上，涉水监测器能够根据车辆是正要上坡还是正要下坡来判断最大涉水深度dMax有可能增大或减小。如果涉水监测器判断最大涉水深度dMax有可能增大和/或超过阈值，则可以向驾驶员提供警报。 [0072] 可以理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所描述的涉水监测器作出各种修改和变型。例如，姿态传感器被描述为单一轴线传感器，用于测量车辆1的纵坡角θ。该姿态传感器可以测量多于一条轴线上的姿态，例如，它还可以确定横坡角α。 |
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