CN102556155A - 用于运行机动车的方法以及具有环境检测设备的机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车(1)的方法，所述方法包括以下步骤：a)借助于环境检测设备(2)检测在机动车(1)的环境(E)中的物体(6)；b)分析机动车(1)与物体(6)相碰撞的风险；c)基于所述分析借助于转向角调节装置(3)来调节机动车(1)的转向角(a)；以及d)基于在步骤c)中的所述调节，利用解耦装置(5)使机动车(1)的方向盘(4)解耦，使得由于对转向角(a)的所述调节引起的方向盘(4)的转动与在不使所述方向盘(4)解耦的情况下相同的调节引起的转动运动相比更小。

Description

用于运行机动车的方法以及具有环境检测设备的机动车

技术领域

本发明涉及一种用于运行机动车的方法，所述机动车具有环境检测设备、设计用于与操作人员无关地调节机动车的转向角的转向角调节装置、用于通过操作人员手动地调节机动车的转向角的方向盘和用于使方向盘的转动运动与由转向角调节装置对机动车的转向角进行的调节至少部分地解耦的解耦装置，所述方法具有如下步骤：a)借助环境检测设备对在机动车的环境中的物体进行检测；b)对机动车与所述物体相碰撞的风险进行分析；c)基于所述分析，借助转向角调节装置来调节机动车的转向角。本发明还涉及具有环境检测设备的机动车。

背景技术

已知多种不同的用于在驾驶机动车时对机动车驾驶员进行辅助的驾驶员辅助系统。例如已知通过把额外的转向力矩施加给机动车转向系统从而承担横向导向任务的驾驶员辅助系统。通过该额外的转向力矩希望使车辆按照规定的参数而转向到确定的轨迹上。其例子包括所谓的航向控制/方向控制：这种驾驶员辅助系统的目的在于，控制车辆以使其沿车道的中心运动。具有相连的图像处理装置的照相系统为此测得必须的环境数据。额外地，对来自车辆的传感器数据进行分析处理(速度、横向加速度等)。由此可以在数据处理设备中借助于合适的算法计算出待施加的额外转向力矩。

用于横向导向的驾驶员辅助系统可以设计为单纯的报警系统或自动行动系统。所谓的LDW(车道偏离报警)系统使用振动报警，从而尤其在行驶区间(Fahrband)边缘附近时警告驾驶员提防离开车道。此外，所谓的LDW升级系统还额外施加转向力矩，该转向力矩使机动车再次回到车道中。这里作为基础的LDW算法是单纯的报警系统。所谓的HC(航向控制辅助)系统用于使车辆保持在车道中央。在HC辅助系统中存在所谓的航道，其表现为可预先设定的行驶区间，在该行驶区间内不进行任何主动的转向干涉。仅从车辆与该行驶区间中央相距一定距离起，才将车辆再次调回到其最初车道中。在HC连续系统中取消了这种航道，从而能在方向盘上持续地感觉到转向干涉。通过方向盘与自动转向系统的这种牢固的联接，使驾驶员感觉到所有的干涉。在存在连续的转向辅助和与此相关的持续的转向干涉时，方向盘表现为独立的。

由DE 102008008182A1已知具有方向盘、可通过方向盘转动的转向柱以及可横向移动的控制杆的机动车，所述控制杆与两个转向轮运动耦合。此外，该机动车包括属于纵向柱的叠加传动装置，通过该叠加传动装置可使通过方向盘的转动产生的转角和通过与叠加传动装置联接的伺服马达产生的转角相叠加以形成用于控制杆的运动的叠加转角。此外，机动车还包括具有用于给出单独的用于控制杆运动的转向力矩以主动地对机动车进行横向导向的设备的驾驶员辅助系统。在此，可通过伺服马达将叠加传动装置调节成：至少部分地对由所述设备给出的单独的转向力矩引起的转向柱转动进行补偿，使得与理论上由所述给出的转向力矩引起的方向盘转动相比，实际上引起的方向盘转动更小。

由DE 102007016799B4已知用于对车辆驾驶员进行辅助的方法。在此该车辆包括转向系统，该转向系统具有用于引起方向盘的转动的方向盘驱动装置。在该方法的范围内，确定在车辆的环境中的、对车辆形成危险的物体。然后使方向盘与转向轮解耦，其中在方向盘上引起沿与避让行动的方向相反的方向进行的转动。也就是说，有效地向方向盘施加脉冲式的冲击转动，从而向驾驶员进行危险报警并激发反射型的反向转向。

由DE 19952227B4已知用于控制机动车转向系统的方法，其中机动车转向系统不仅包括常规的方向盘，还包括轮角伺服驱动装置/轮角调节驱动装置，该轮角伺服驱动装置能够自主地且不依赖于操作人员地执行转向过程。在此，在自主转向过程中，通过联接装置使方向盘与轮角伺服驱动装置解耦。在该方法的范围内，当轮角伺服驱动装置失效时，可使该联接装置接合。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种方法以及机动车，通过它们来降低机动车驾驶员以及其他交通参与者的危险。

该目的通过根据本发明的方法以及根据本发明的机动车来实现。

本发明涉及一种用于运行机动车的方法，所述机动车具有环境检测设备，该环境检测设备尤其可以设计为用于检测的机动车前部区域的传感器。机动车还包括设计用于与操作人员无关地调节机动车的转向角的转向角调节装置。此外，机动车还包括用于通过操作人员手动地调节机动车的转向角的方向盘。最后，机动车包括用于使方向盘的转动运动与由转向角调节装置对机动车的转向角进行的调节至少部分地解耦的解耦装置。根据本发明的方法具有如下步骤：

a)借助环境检测设备对在机动车的环境中的物体进行检测；

b)对机动车与通过环境检测设备检测到的物体相碰撞的风险进行分析。该分析尤其可以包括肯定或否定与物体碰撞的风险。然而也可以规定，对碰撞风险进行量化分析，即确定碰撞的概率值；

c)基于步骤b)的所述分析，借助转向角调节装置来调节机动车的转向角。基于所述分析尤其可以进行调节或不进行调节。当进行调节时，可以基于所述分析、尤其是量化分析值来确定调节的类型和/或程度。尤其也可以根据分析值进行调节的速度和/或调节率(Rate)；

d)基于在步骤c)中进行的所述调节，利用解耦装置使方向盘解耦，从而使由于对转向角的该调节引起的、方向盘转动运动与在不使方向盘解耦的情况下相同的调节引起的转动运动相比更小。尤其可以根据所述调节使方向盘解耦或不使方向盘解耦。然而，除了完全解耦或不解耦之外，也可以根据调节的类型和/或相应的调节值进行一定程度的解耦。尤其可以规定，使方向盘完全不转动或者使方向盘的这种转动始终与对转向角的调节方向相同但具有最大速度，如果方向盘不被解耦则以该最大速度转动。

该方法允许机动车对可能的碰撞物体做出自动的紧急避让。可靠地保护可能的碰撞物体和机动车及其乘客不出事故。因为这种自动的紧急避让大多为高动态性的过程，所以通常需要快速的转向运动。如果自动地发生对转向系统的这种干涉，且方向盘如手动转向系统那样耦合，那么方向盘会出现冲击式的快速转动。因此出现如下问题：例如拇指放在方向盘中的机动车驾驶员可能由于(方向盘的)该快速转动而造成拇指完全被弄断。以这种方式过激地作出反应的方向盘大大损害了紧急避让系统的接受度。本发明提出的方法排除了这些显著的缺陷。该方法实现了即使在动态的自动紧急避让过程中也使方向盘的转动显著减小，从而不仅使驾驶员感觉方向盘的行为受干扰较小，而且使机动车驾驶员承受的受伤风险明显减小。

优选在步骤d)中使解耦的程度与对转向角的调节的速度相关，尤其是随着该调节的速度的增大而增大。替代或附加地，也可以优选在步骤d)中使解耦的程度与对转向角的调节的调节率相关，尤其是随着调节率的变大而增大。也可以规定，尤其在紧急避让情况下方向盘转动得越快或者加速得越快，则方向盘的解耦程度越大从而相应地减缓其转动。通过这种方式可以使方向盘的转动按需要地匹配于相应的机动车转向行为。对转向角的调节越快，未解耦的方向盘转动得越快，则对于其手放在方向盘上的机动车驾驶员的危险越大。因此随着解耦程度的增大，可靠地保护了机动车驾驶员的手或前臂不受伤害。可以如下地使施加在方向盘上的转向力矩消失：从驾驶员方面可感觉到的方向盘运动是可接受的或者方向盘转动速度保持在可控的参数内。

优选在步骤d)中使方向盘完全解耦，使得方向盘在任意的转向角调节中都不转动。则即使在极快的冲击式的自动转向运动中，也极好地保护了机动车驾驶员的手。

然而，也可以优选设计为，对于在步骤c)中调节转向角使之改变一比规定的阈值小的转向角变量的情况，在步骤d)中不使方向盘解耦，而对于在步骤c)中调节转向角使之改变一大于或等于该规定的阈值的转向角变量的情况，在步骤d)中使方向盘解耦。当方向盘仅进行保持在阈值以下的很小的转动时，机动车驾驶员通过方向盘获得触觉的反馈，该反馈对应于在转向运动时的自然的机动车行为。只有当调节角大到可能对机动车驾驶员的手造成危险时，才为了保护机动车驾驶员而使方向盘解耦。因此，实现了在自然的行驶行为与机动车驾驶员保护之间的良好折衷。针对大于或等于规定阈值的值进行的解耦也可以是完全解耦，或者使该解耦的程度与相应的调节特性相匹配。

解耦装置优选包括具有伺服马达和尤其是传动装置的叠加装置，所述传动装置以解耦方式如此干涉能通过方向盘转动的转向柱的转动运动，使得由转向角调节装置引起的、转向柱的转动运动致使方向盘进行比未发生所述干涉的情况更小的转动运动。这种设计确保了对方向盘的有效且可靠的解耦，即使在紧急避让中进行极快的自动转向运动时也能够足够顺利地进行该解耦。此外，也可以进行解耦程度的多级调节。

优选通过控制装置引起解耦，该控制装置设计为驱控转向角调节装置以引起对机动车的转向角的调节，所述控制装置还设计为基于对转向角调节装置的驱控来驱控伺服马达。这种设计确保了，可以在近似无延迟的情况下随着转向角的调节进行对方向盘的解耦。相对于调节的引入，用于解耦的反应时间保持得极小。可以协调地进行调节和解耦。

优选地，总是当借助转向角调节装置调节机动车的转向角时，利用解耦装置使方向盘解耦。即使当自动执行横向导向的情况下不存在碰撞风险时，也避免了不期望的方向盘转动。尤其当辅助系统完全取代驾驶员来执行转向任务时，不对方向盘作任何干扰性的干涉。对机动车驾驶员来说，提高了驾驶舒适性且减小了身体负荷。

环境检测设备优选可以包括距离传感器和/或超声波传感器和/或摄相机和/或雷达传感器和/或激光雷达(光控雷达)传感器。这种类型的传感器或检测器确保了在本方法的步骤a)中对物体进行可靠的检测，因此在步骤b)中实现了高品质的分析。

根据本发明的机动车包括：设计用于检测机动车的环境中的物体的环境检测设备、设计用于与操作人员无关地调节机动车的转向角的转向角调节装置、用于通过操作人员手动调节机动车的转向角的方向盘、用于使方向盘的转动运动与由转向角调节装置对机动车的转向角进行的调节至少部分地解耦的解耦装置以及数据处理装置，所述数据处理装置设计用于根据关于由环境检测装置检测到的物体的数据对机动车与物体相碰撞的风险进行分析并根据所述分析来确定对机动车的转向角的调节。在此，数据处理装置还设计用于根据所确定的所述调节来确定利用解耦装置对方向盘进行的解耦，使得在实施所确定的对转向角的所述调节时所引起的方向盘的转动运动与在不使方向盘解耦的情况下相同的调节引起的转动运动相比更小。数据处理装置也可以包括设计用于控制转向角调节装置和/或解耦装置的伺服马达的控制装置。

关于根据本发明的方法所述的优选的实施方式和优点也相应地适用于根据本发明的机动车。

由权利要求、附图和对附图的说明得到本发明的其它特征。在不脱离本发明的范围的情况下，在对附图的说明以前提及的特征和特征组合以及在附图说明中提及的特征和特征组合和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以按照相应给出的组合应用，也可以按照其它的组合应用或单独应用。

附图说明

下面根据实施例进一步解释本发明。附图示出：

图1示意性地示出具有转向角调节装置和解耦装置的机动车；

图2示意性地示出道路交通中的紧急避让情况；以及

图3示出解耦与阈值关系的图表。

具体实施方式

在附图中，相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。

图1以俯视图示意性地示出机动车1的前部区域。齿条12使机动车1的两个前轮13能转向。对通过机动车驾驶员进行的手动转向来说，齿条12通过转向直拉杆9与方向盘4连接。由机动车驾驶员在方向盘4上实施的转动被传递到齿条12，并最后传递到车轮13，从而能够设定转向角a。

此外，机动车1也具有转向角调节装置，借助该转向角调节装置可以把额外的转动力矩自动施加给转向系统。在该实施例中，该转向角调节装置为电伺服转向装置/电动助力转向装置(Electric Power Steering)EPS3。EPS3包括电机和传动装置，以把力传递到齿条12上。通过这种方式获得的力作用在车轮13上并引起转向角a的变化。同时，该力也作用于方向盘4。在无叠加转向装置的设备中，在几何上固定地设置在齿条12和方向盘4通过转向直拉杆9实现的连接(即存在恒定的传动比)。齿条12的每次移动同时也会引起方向盘4的转动。

叠加转向装置5实现了对从方向盘4到齿条12的转向传动比的匹配。叠加转向装置5可以用于使通过EPS3进行的干涉在方向盘4上基本消失。为此，叠加转向装置5包括传动装置8和伺服马达7。叠加转向装置5与控制装置10连接，EPS3也连接在控制装置10上。如果通过控制装置10驱控EPS3的电机，那么也以相同的程度激活叠加转向装置5的伺服马达7，从而使由EPS3在方向盘4上引起的转向运动消失。通过传动装置8可以对转向直拉杆9的两个端部(间)的传动比进行匹配，从而为方向盘4设定期望的转动。但也可以使方向盘4完全解耦，以使之在齿条12的任意运动中都不再进行转动。

控制装置10与计算机11连接，通过该计算机11提供形式为自动的横向导向的驾驶员辅助功能。计算机11尤其设计用于提供形式为轮辙保持辅助系统的横向导向辅助设备。计算机11与规定的算法相应地确定对转向设备9的干涉，并相应地驱控控制装置10，该控制装置10驱控EPS3和叠加转向装置5，以实现计算机11的规定。

计算机11也包括如下的算法：利用该算法可以实施用于自动的紧急避让的方法。为此，计算机11与形式为距离传感器2的环境检测设备相连接。

图2以俯视图示意性地示出路面14，机动车1沿行驶方向(图中是由左向右)在其右车道上运动。在该路面上，在机动车之前还有另一个机动车6。应当对紧急避让情况的一个可能场景进行描述，其中给出机动车1的转向系统如何相应地进行反应：机动车6突然制动并最终处于驻车状态。因此，机动车6表现为仍在行驶的机动车1的潜在的碰撞对象。因为存在常规行驶条件，所以在路段B1中未发生方向盘4与齿条12的解耦。机动车1的驾驶员可以无限制地手动使用转向系统，并在方向盘4上获得关于所设定的转向角a的直接反馈。

机动车6位于距离传感器2的检测区域E中。距离传感器2识别出在机动车1和机动车6之间的距离逐渐减小并把该数据传递至计算机11。在计算机11中运行的算法对机动车1与机动车6相碰撞的风险进行分析，并得出需要自动的紧急避让以避免事故的结论。(该计算机)计算出轨道T以及用以实现该轨道T的相应的转向角a曲线。为了使计算变为现实，计算机11把合适的数据传递至控制装置10，该控制装置向EPS3发送合适的控制信号以自动地通过齿条12设定所需的转向角a。因此，在路段B2中进行通过EPS3自动实现的自适应转向。

为了避免由于方向盘4的快速转动对机动车驾驶员造成的危险，在该实施例中在路段B2中使方向盘4至少部分地与齿条12解耦。为此，控制装置10驱控伺服马达7，以通过传动装置8减小方向盘4的转动。此外，虽然使方向盘4根据路段B2中的轨道T进行转动，然而该转动显著小于未进行解耦的情况。尽管通过方向盘4的缓慢跟踪使机动车驾驶员在触觉上获得了关于自动执行的转向过程的反馈，但避免了由于方向盘4的冲击式的运动而对驾驶员的手造成危险。

只有当不再存在碰撞风险时，在路段B3中又通过计算机11的合适的指令使方向盘4完全与齿条12耦合。这时机动车驾驶员又能够手动地转向回到右侧车道中。

图3示出解耦的可选的可能实施方式。在该图表中绘出了解耦程度与转向角变量Δa的关系。直至一阈值a₀，不对方向盘4进行任何解耦。只有当转向角变量Δa超出该阈值a₀时，才发生完全的解耦，而方向盘不再随着转动。阈值a₀应该尤其小于360°，以避免方向盘的极其危险的快速的多重旋转(多圈旋转)。

总之，EPS3与自适应转向装置的智能耦合的前述设想不仅允许在紧急避让轨道上行驶，而且保护了机动车驾驶员的拇指。这一点通过至少在自动的紧急避让期间使方向盘4至少部分地解耦而实现。

Claims (9)

1.一种用于运行机动车(1)的方法，所述机动车具有环境检测设备(2)、设计用于与操作人员无关地调节所述机动车(1)的转向角(a)的转向角调节装置(3)、用于通过操作人员手动地调节所述机动车(1)的转向角(a)的方向盘(4)和用于使所述方向盘(4)的转动运动与由所述转向角调节装置(3)对所述机动车(1)的转向角(a)进行的调节至少部分地解耦的解耦装置(5)，所述方法具有如下步骤：

a)借助所述环境检测设备(2)对在所述机动车(1)的环境(E)中的物体(6)进行检测；

b)对所述机动车(1)与所述物体(6)相碰撞的风险进行分析；

c)基于所述分析，借助于所述转向角调节装置(3)来调节所述机动车(1)的转向角(a)，

其特征在于，所述方法还包括步骤d)：基于在步骤c)中进行的所述调节，利用所述解耦装置(5)使所述方向盘(4)解耦，从而使由于对转向角(a)的该调节引起的、所述方向盘(4)的转动运动与在不使所述方向盘(4)解耦的情况下相同的调节引起的转动运动相比更小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，所述解耦的程度与对转向角(a)的调节的速度和/或调节率相关，尤其是随着该调节的速度或调节率的增大而增大。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，使所述方向盘(4)完全解耦，使得所述方向盘(4)在任意的转向角(a)调节中都不转动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于在步骤c)中调节转向角(a)使之改变一比规定的阈值(a₀)小的转向角变量(Δa)的情况，在步骤d)中不使所述方向盘(4)解耦，而对于在步骤c)中调节所述转向角(a)使之改变一大于或等于该规定的阈值(a₀)的转向角变量(Δa)的情况，在步骤d)中使所述方向盘(4)解耦。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述解耦装置包括具有伺服马达(7)和尤其是传动装置(8)的叠加装置(5)，所述叠加装置以解耦方式如此干涉能通过所述方向盘(4)转动的转向柱(9)的转动运动，使得由所述转向角调节装置(3)引起的、所述转向柱(9)的转动运动致使所述方向盘(4)进行比未发生所述干涉的情况更小的转动运动。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过控制装置(10)引起所述解耦，所述控制装置设计为驱控所述转向角调节装置(3)以引起对所述机动车(1)的转向角(a)的调节，所述控制装置还设计为基于对所述转向角调节装置(3)的驱控来驱控所述伺服马达(7)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当借助于所述转向角调节装置(3)调节所述机动车(1)的转向角(a)时，总是利用所述解耦装置(5)使所述方向盘(4)解耦。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述环境检测设备包括距离传感器(2)和/或超声波传感器和/或摄相机和/或雷达传感器和/或激光雷达传感器。

9.一种机动车(1)，具有设计用于检测所述机动车(1)的环境中的物体(6)的环境检测设备(2)、设计用于与操作人员无关地调节所述机动车(1)的转向角(a)的转向角调节装置(3)、用于通过操作人员手动调节所述机动车(1)的转向角(a)的方向盘(4)、用于使所述方向盘(4)的转动运动与由所述转向角调节装置(3)对所述机动车(1)的转向角(a)进行的调节至少部分地解耦的解耦装置(5)以及数据处理装置(11)，所述数据处理装置(11)设计用于根据关于由所述环境检测装置(2)检测到的物体(6)的数据对所述机动车(1)与所述物体(6)相碰撞的风险进行分析并根据所述分析来确定对所述机动车(1)的转向角(a)的调节，

其特征在于，

所述数据处理装置(11)设计用于根据所确定的所述调节来确定利用所述解耦装置(5)对所述方向盘(4)进行的解耦，使得在实施所确定的对转向角(a)的所述调节时所引起的所述方向盘(4)的转动运动与在不使所述方向盘(4)解耦的情况下相同的调节引起的转动运动相比更小。

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