CN103687771A - 用于汽车的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种汽车，包括用于车轮驱动机构、转向机构和行驶机构的促动器。本发明的控制系统（10）具有请求层级（20），该请求层级被设计用于求取给定运动向量（MV）。控制系统（10）还包括监控层级（30），该监控层级分别配设有用于汽车的预定运动方向的调节单元（32、34、36），其中，所述调节单元（32、34、36）分别被设计用于根据给定运动向量（MV）来求取力向量（F_V）。控制系统（10）还包括触发层级，该触发层级被设计用于根据所求得的力向量（F_V）来求取用于促动器的相应的调节参数（av）。
Description
本发明涉及一种用于汽车的控制系统，该汽车带有用于车轮驱动机构、转向机构和行驶机构的促动器。
在当今的汽车中，对汽车驾驶员的用于汽车移动的设定进行检测的装置主要直接与用于驱动机构、制动器、行驶机构和转向机构的促动器耦接。当今的汽车还有多个用于驾驶员辅助系统的控制器，这些控制器也直接与促动器耦接。在很多情况下，这些驾驶员辅助系统具有必须相互协调的调节单元。这些调节单元的耦接难以扩展和/或改变驾驶员辅助系统功能和/或促动器。
本发明的目的在于，提出一种控制系统，其在改变和/或扩展车辆架构和/或车辆功能时可以简便地灵活地调整。
该目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利改进在从属权利要求中给出。
本发明的特点是一种用于汽车的控制系统，该汽车带有用于车轮驱动机构、转向机构和行驶机构的促动器。该控制系统具有请求层级。该请求层级配设有第一检测单元，这些第一检测单元分别被设计用于针对车辆的运动检测车辆使用者的连续的设定。附加地或替代地，请求层级配设有第二检测单元，这些第二检测单元均被设计用于针对汽车的运动检测车辆使用者的时间离散的设定。请求层级配设有第一处理单元，该第一处理单元被设计用于根据车辆使用者的所检测到的连续的和/或时间离散的设定来求取汽车初步的给定运动向量。此外，请求层级配设有第三检测单元，这些第三检测单元分别被设计用于求取汽车的至少一个当前的和/或预估的工作参数。请求层级还配设有第二处理单元，该第二处理单元被设计用于根据初步的给定运动向量和所求得的工作参数来求取汽车的给定运动向量。控制系统还包括监控层级，该监控层级分别配设有用于汽车的预定运动方向的调节单元，其中，这些调节单元分别被设计用于根据给定运动向量和用于预定的系统调节功能的至少一个预定的参数组来求取力向量。控制系统还具有触发层级，该触发层级配设有至少一个第三处理单元，所述第三处理单元被设计用于根据所求得的力向量来求取用于促动器的相应的调节参数。
这能有利地实现为控制系统提供明确规定的接口。这可以有助于能简便地对控制系统进行改变和扩展。规定的接口能实现使得触发层级与请求层级及与监控层级解耦。由此可以独立于请求层级和监控层级对促动器配置进行改变。还可以独立于当前的促动器配置在请求层级和/或监控层级进行改变。这可以有助于能简便地对车辆系统功能进行改变和/或扩展，和/或能非常简便地增加其它的车辆系统功能。这还可以有助于降低研发错误概率和/或降低研发成本。请求层级与监控层级的解耦还具有的优点是，能够独立于汽车的监控层级、触发层级和当前的促动器配置进行进一步的驾驶自动化，乃至自主驾驶。在自动驾驶情况下，汽车驾驶员根据自动化程度还要主动地进行车辆控制，而在自主驾驶情况下，车辆驾驶员基本上不再进行车辆控制。
相应的力向量可以分别表示在纵向、竖向和/或横向上以汽车重心为参照的力，和/或是滚动力矩和/或俯仰力矩和/或偏转力矩。可以根据相应的力向量求取转向角度和/或转向力矩和/或车轮转矩。相应的工作参数可以包括测量参数或状态参数或另一种由测量参数和/或状态参数推导出来的参数。相应的工作参数可以表示汽车的工作状态和/或行驶状态和/或环境状态。为了针对汽车运动进行连续的设定，车辆使用者例如可以操纵油门踏板、制动踏板、换挡杆或将其保持在一定的位置，并由此针对汽车运动进行时间连续的设定。在使用自动驾驶系统或自主驾驶系统时，可以通过预定的输入例如车辆使用者的一次性输入，例如通过自主驾驶系统的输入“从第一地点行驶至第二地点”，由车辆使用者进行时间离散的设定。
根据一种有利的设计，至少一个第三处理单元被设计用于根据当前的和/或预估的工作参数来求取用于促动器的相应的调节参数。这可以有利地用于在紧急的行驶状态下例如当公路路面摩擦状况突然改变时引起快速的足够可靠的反应。这还可以用于预定所需能量的提供方式，和/或分别为负载预定所提供的能量的最多应予使用的能量份额。例如可以根据汽车蓄能器的充电状态来预定应借助再生制动还是借助摩擦制动对汽车进行制动。
根据另一有利的设计，给定运动向量表示弯曲度和加速度。这能实现非常简便地简要地表示汽车的设定和有关汽车运动的驾驶员辅助功能。由此还可以在请求层级与监控层级之间规定清晰的接口。
根据另一有利的设计，监控层级分别配设有用于汽车的横向、竖向和纵向运动方向的至少一个调节单元。这具有能减少调节单元数量的优点。由此一方面可以节省成本，另一方面可以对不同的调节单元进行简便的调整，因为这些调节单元分别调节不同方向上的运动。此外，在求取作用于车轮的力时，要考虑到作用到车轮上的纵向和侧向引导力彼此相关，且这两种力所产生的总力不能超过最大的车轮摩擦力（卡姆圆）。全部调节功能都分布到用于汽车横向、竖向和纵向运动方向的调节单元上，这样能有利地实现所求取的力的简单的叠加。
根据另一有利的设计，用于横向运动方向的调节单元和/或用于竖向运动方向的调节单元和/或用于纵向运动方向的调节单元具有多于一个的调节器，其中，这些调节器分别具有不同的动态特性。视汽车的工作状态而定，运动请求可以各不相同。有些运动请求需要汽车的实际运动很快地适配于运动请求。而有些运动请求也可以缓慢地进行这种适配。提供不同动态特性的调节器具有的优点是，可以针对灵敏性和/或瞬态振荡分别选择合适的调节器，用于使得汽车的实际运动适配于运动请求。
下面参照示意图来介绍本发明的实施例。
其中：
图1为控制系统的实施例的示意图；和
图2为控制系统的监控层级的第一实施方式的示意图。
相同构造或功能的部件在这些附图中一致地标有相同的附图标记。
已知的驾驶员辅助系统是间距调节巡航控制仪（ACC系统，自适应巡航控制系统）。间距调节巡航控制仪能实现根据设定来调整汽车速度，以及调整与前方行驶车辆的间距，其方式为，对驱动机构和制动器进行电子触发。现今的间距调节巡航控制仪具有不同的传感器，例如摄像机和/或雷达，借此能检测汽车前方行驶方向的目标。间距调节巡航控制仪还具有调节部件，其被设计用于根据间距和速度的预定的给定值自适应地利用发动机并采取制动干预来调节实际速度和实际间距。调节部件优选具有纵向调节器。
另一种已知的驾驶员辅助系统是速度调节设备，也叫巡航速度控制器（Tempomat）或先导速度控制器（Tempopilot）。速度调节设备被设计用于调节驱动扭矩，从而汽车尽可能保持由车辆使用者预定的速度。速度调节设备具有另一调节部件，其被设计用于根据用于速度的预定的给定值自适应地采取驱动干预来调节实际速度。该另一调节部件优选具有纵向调节器。
其它驾驶员辅助系统例如是：防抱死系统（ABS）、防滑调节系统（ASR）、自主停车系统（在出现危及驾驶员安全的问题时紧急停车的系统）、电子稳定程序（ESC）、发动机拖曳扭矩调节器、电子差速锁（EDS）、制动辅助系统（BAS）、自动紧急刹车（ANB）、上坡辅助系统、下坡辅助系统（下坡控制）、车距报警系统、车道识别系统、车道保持辅助/车道辅助系统（横向导向辅助，车道偏离报警）、车道保持辅助系统（车道保持支持）、车道变换辅助系统（车道变换辅助）、车道变换支持系统（车道变换支持）、智能速度调节系统（ISA）和停车辅助系统。这些驾驶员辅助系统分别具有自己的调节单元，且具有与对于这些驾驶员辅助系统来说优选的促动器耦接的直接耦接机构。这些驾驶员辅助系统如今主要是互不相关的独立系统。相应的独立系统求得该独立系统访问的促动器的触发参数。通过特定促动器的计算单元对独立系统的不同的促动器要求进行协调。由于对特定促动器的促动器要求的调整（abstimmen），很难改变促动器配置和改变和/或增加其它驾驶员辅助系统。
图1所示为用于根据本发明的汽车的控制系统10的示意图。控制系统10具有多个层级。控制系统10被设计用于执行上述驾驶员辅助系统的至少一部分驾驶员辅助功能。在此，不同的车辆功能例如检测功能、调节功能、触发功能并非指配于个别系统比如特定的车辆辅助系统，而是这些车辆功能指配于不同的处理层级。
采用控制系统10的汽车具有用于车轮驱动机构、转向机构和行驶机构的促动器。这些促动器例如可以是电子触发的。汽车可以具有非常不同的促动器配置。例如，汽车可以具有一个或多个驱动机组，比如内燃机和/或一个或多个电动机。内燃机可以是汽油机或柴油机。汽车可以具有一个或多个蓄能器，和/或例如可以借助一个或多个燃料电池来产生电能。汽车的制动系统可以包括摩擦制动器、紧急制动器和/或电机制动器。图1中所示的控制系统10具有请求层级20。请求层级20配设有第一检测单元，这些第一检测单元分别被设计用于针对车辆的运动检测车辆使用者的连续的设定。附加地或替代地，请求层级20配设有第二检测单元，这些第二检测单元均被设计用于针对汽车的运动检测车辆使用者的时间离散的设定。车辆使用者例如可以操纵油门踏板、制动踏板、换挡杆或将其保持在一定的位置，并由此针对汽车运动进行时间连续的设定。用于由车辆使用者设定运动愿望的装置也可以包括将来的操纵部件，比如操纵杆和/或垫板（Pad）和/或观察方向识别机构。时间离散的设定优选可以用于汽车的自动驾驶或自主驾驶。时间离散的设定例如可以是用于自动驾驶系统的输入：“将车辆停靠至停车位”。
请求层级20配设有第一处理单元，该第一处理单元被设计用于根据车辆使用者的所检测到的连续的和/或时间离散的设定来求取汽车初步的给定运动向量。
此外，请求层级20配设有第三检测单元，这些第三检测单元分别被设计用于求取汽车的至少一个当前的和/或预估的工作参数。第三检测单元分例如分别包括至少一个传感器。可以分别将各种不同的传感器设计用来检测汽车的运动数据，例如速度、加速度和/或转速。这些传感器还可以被设计用于检测车辆内部参数比如压力和/或温度。还可以将传感器设计用来检测车辆环境参数。汽车例如可以具有摄像机和/或雷达传感器和/或超声传感器，其可以用来检测汽车与位于汽车行驶方向上的目标物之间的距离。例如，汽车可以具有至少一个第三检测单元，其被设计用于检测蓄能器的当前的和预估的充电状态，和/或求取汽车的当前的和/或预估的能量消耗，其中，能量可以是热能、电能和/或动能。
请求层级20还配设有第二处理单元，该第二处理单元被设计用于根据初步的给定运动向量和所求得的工作参数来求取汽车的给定运动向量M_V。请求层级20把车辆使用者的和驾驶员辅助系统的用于汽车运动的设定汇总成统一的参数。例如把对制动踏板的操纵换算成负的车轮扭矩。对于混合动力车辆或者电动车辆来说，例如在再生的情况下，在松开油门踏板时，此点也被换算成负的车轮扭矩。距离雷达的请求也被换算成负的车轮扭矩。车轮扭矩请求涉及汽车的纵向运动。例如可以借助偏转力矩来表征涉及车辆横向运动的其它运动请求。不同的车轮扭矩请求和偏转力矩请求得到增强。为此求取给定运动向量M_V，其汇总了不同方向例如横向、竖向和纵向上的运动请求。在此也可以考虑各个功能的优先级。例如，间距调节巡航控制功能的优先级大于速度自动调节功能的优先级，从而例如间距调节巡航控制功能的运动请求优先于速度自动调节功能。
所求得的给定运动向量M_V例如可以表示加速度和曲率。
控制系统10还包括监控层级30，该监控层级分别配设有用于汽车的预定运动方向的调节单元32、34、36，其中，调节单元32、34、36分别被设计用于根据给定运动向量M_V和用于预定的系统调节功能的至少一个预定的参数组来求取力向量F_V。
根据另一种有利的设计，这些监控层级30分别配设有用于汽车横向、竖向和纵向的运动方向的至少一个调节单元32、34、36。用于横向运动方向的调节单元32和/或用于竖向运动方向的调节单元36和/或用于纵向运动方向的调节单元34例如可以具有多于一个的调节器37、38、39，其中，调节器37、38、39可以具有不同的动态特性。这例如能实现在汽车的停车状态期间为了请求停车辅助功能而使用一种不同于在汽车行驶状态期间激活的间距调节巡航控制功能的纵向调节器。
控制系统10还具有触发层级40，该触发层级配设有至少一个第三处理单元，所述第三处理单元被设计用于根据所求得的力向量F_V来求取用于促动器的相应的调节参数。触发层级40的任务是，将力向量F_V应用至驱动机构、传动机构、制动器、减振器、悬架机构和转向机构的促动器。若力向量F_V例如表示负的车轮扭矩，则可以把该请求传送至用于再生的电动机，或者在需要较强程度的干预时，可以将摩擦制动器一并用作为促动器。这可以独立于各个系统组件的状态比如蓄能器的充电状态来进行。
在汽车要由不稳定的状态返回到稳定的动态行驶状态的情况下，力向量F_V例如可以表示偏转力矩。偏转力矩请求例如可以通过传统的个别车轮制动干预和/或通过另一个别车轮的加速和/或通过转向干预来实施。
至少一个第三处理单元例如可以被设计用于根据当前的和/或预估的工作参数来求取用于促动器的相应的调节参数av。例如可以根据公路路面来求取用于促动器的相应的调节参数av。如果公路路面例如不均匀，则可以按下述方式求取调节参数av：同时进行适当的个别车轮制动干预和转向干预，以便实现使得制动距离最大程度地缩短。
此外，例如可以预定所需能量的提供方式，和/或分别为负载预定所提供的能量的最多应予使用的能量份额。能量管理对于未来的汽车来说日益重要，例如用于减少CO2排放，用于节省电动汽车和/或混合动力汽车的瓦特小时和千瓦特小时。为了在此达到最佳，需要中央的能量管理器，其例如对能量源和能量下降进行直接干预。在时间上预测的可供使用的能量与在时间上预测的能量消耗形成对比。控制系统10能实现在求取给定运动向量M_V时以及在求取调节参数av时考虑到能量管理器的请求。
Claims (5)
1. 一种用于汽车的控制系统（10），该汽车带有用于车轮驱动机构、转向机构和行驶机构的促动器，该控制系统具有：
- 请求层级（20），该请求层级配设有：
-- 第一检测单元，所述第一检测单元分别被设计用于针对车辆的运动检测车辆使用者的连续的设定；和/或
-- 第二检测单元，所述第二检测单元均被设计用于针对汽车的运动检测车辆使用者的时间离散的设定；
-- 第一处理单元，该第一处理单元被设计用于根据车辆使用者的所检测到的连续的和/或时间离散的设定来求取汽车初步的给定运动向量；
-- 第三检测单元，所述第三检测单元分别被设计用于求取汽车的至少一个当前的和/或预估的工作参数；
-- 第二处理单元，该第二处理单元被设计用于根据初步的给定运动向量和所求得的工作参数来求取汽车的给定运动向量（M_V），
- 监控层级（30），该监控层级分别配设有用于汽车的预定运动方向的调节单元（32、34、36），其中，所述调节单元（32、34、36）分别被设计用于根据给定运动向量（M_V）和用于预定的系统调节功能的至少一个预定的参数组来求取力向量（F_V），
- 触发层级（40），该触发层级配设有至少一个第三处理单元，所述第三处理单元被设计用于根据所求得的力向量（F_V）来求取用于促动器的相应的调节参数（av）。
2. 如权利要求1所述的控制系统（10），其中，至少一个第三处理单元被设计用于根据当前的和/或预估的工作参数来求取用于促动器的相应的调节参数（av）。
3. 如权利要求1或2所述的控制系统（10），其中，给定运动向量（M_V）表示弯曲度和加速度。
4. 如前述权利要求中任一项所述的控制系统（10），其中，监控层级分别配设有用于汽车的横向、竖向和纵向运动方向的至少一个调节单元（32、34、36）。
5. 如权利要求4所述的控制系统（10），其中，用于横向运动方向的调节单元（32）和/或用于竖向运动方向的调节单元（36）和/或用于纵向运动方向的调节单元（34）具有多于一个的调节器（37、38、39），其中，所述调节器（37、38、39）具有不同的动态特性。
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