CN104937512B - 用于使机动车在自动行驶中运行的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使机动车(10)在自动行驶中运行的方法，具有以下步骤：求取到标准轨迹(ST1)，其中，所求取到的标准轨迹(ST1)在行驶期间借助调控装置(40)发送至所述机动车(10)的致动装置(1)；使所述机动车(10)沿着所述标准轨迹(ST1)行驶；求取到针对所述机动车(10)的安全区域(B)，其中，所求取到的安全区域(B)在行驶期间借助所述调控装置(40)发送至所述致动装置(1)；其中，在所述机动车(10)的自动行驶不再被确保的情况下，切换到所述安全区域(B)，由此，所述机动车(10)借助所述致动装置(1)驶入到所述安全区域(B)中。

Description

用于使机动车在自动行驶中运行的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于使机动车在自动行驶中运行的方法。本发明此外涉及一种用于使机动车在自动行驶中运行的设备。

背景技术

现有技术中公开了驾驶员辅助系统，这种驾驶员辅助系统已经不再仅局限于单独的纵向和横向引导。例如像拥堵辅助直至高度自动/独立地驾驶这类附加功能，使纵向和横向调控统一成机动车的轨迹调控。

为了实现高度自动/独立行驶，必须始终考虑到控制设备、传感机构和致动机构的失灵和退化。用于防止系统完全失灵的惯用措施例如是冗余的计算、冗余的数据传输、(部分)冗余的传感机构和(部分)冗余的致动机构。所提及的措施全部设置用于可靠地切断，并且是使机动车应进入到可靠的状态中的所谓“Fail-Safe”方法(自动防故障措施)。在独立行驶中，驾驶员在一定时间内完全离开对机动车的作用圈，从而他对机动车转变为安全状态的可靠转变能够不起作用。

DE 10 2009 020 649 A1公开了一种用于通过避让障碍物来避免碰撞的方法和设备。在此，在有碰撞危险的情况下求取到多个可能的避让轨迹并且给该避让轨迹分配这样的时间间隔限制：该时间间隔限制体现与障碍物的时间间隔，在该时间间隔中，根据相应的轨迹最晚必须引入避让操作以避免碰撞。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于使机动车在自动行驶中运行的经改善的方法。

该任务根据第一方面以一种用于使机动车在自动行驶中运行的方法得以实现，其具有以下步骤：

-求取到标准轨迹，其中，所求取到的标准轨迹在行驶期间借助调控装置发送至机动车的致动装置；

-沿着标准轨迹引导该机动车；以及

-求取到针对该机动车的安全区域，其中，所求取到的安全区域在行驶期间借助调控装置发送至致动装置；其中，在该机动车的自动行驶不再被确保的情况下，切换到安全区域，由此，机动车借助致动装置被引导到所述安全区域中。

根据第二方面，该任务以一种用于使机动车在自动行驶中运行的设备得以实现，其具有：

-传感装置；

-致动装置；

-求取装置；

-调控装置；以及

-故障监测装置；

其中，借助求取装置可以求取到标准轨迹和安全区域，其中，安全区域借助调控装置可以发送至机动车的致动装置，其中，在借助传感装置和借助故障监测装置确定了自动行驶不再被确保的情况下，机动车的致动装置可以切换到安全区域，由此，机动车借助致动装置可以被引导到安全区域中。

优选的是，替代于机动车也可以是一般交通工具。

根据本发明的方法的一种优选的实施方式，安全区域和标准轨迹基本上被同时求取。有利的是，由此可以始终将高度当前的数据发送至致动装置，从而机动车在故障情况下可以被引导到无危险的安全区域中。

本方法的一种优选的实施方式在于，借助故障监测装置求取到针对机动车故障情况的场景，其中，机动车在出现故障情况时被引导到安全区域中。这提供的优点是，在故障情况下，针对机动车的车道数据已经被发送至致动机构，从而机动车现在可以根据事前所发送的数据来可靠地引导。

本方法的另一优选的实施方式在于，视故障情况而定，借助调控装置或者借助故障监测装置来切换到安全区域。有利的是，由此可以双重地控制或激活该致动机构，这有助于不同故障情况的处理。在例如用于将轨迹数据转换为致动器数据的调控装置失灵的情况下，致动机构仍可以替代地借助故障监测装置进行控制。

根据本发明的方法一种优选的实施方式在于，替代于或附加于安全区域而求取到安全轨迹，其中，将安全轨迹发送至致动装置。这提供的优点是，按照这种方式提供了安全区域的更专门的设计，从而由此在故障情况下机动车必要时仍可以更准确地引导到可靠的区域中并且在该可靠的区域之内引导。

根据本发明的方法的一种优选的实施方式在于，在借助致动装置只能受限地控制该机动车的情况下，机动车沿着安全轨迹被引导或者被引导到安全区域中。这对于以下情况提供了有意义的可能性：即，用于求取车道数据的装置基本上完全正常，从而现在机动车借助轨迹引导仍可以更精确地引导到安全区域中。

本方法的一种有利的改进方案在于，在自动行驶期间生成了多个安全轨迹和多个安全区域，其中，根据通过故障监测装置进行故障情况的分析来选取所述安全轨迹之一或者所述安全区域之一。由此可以有利地选取与各自故障影像最佳相应的轨迹或者选取最佳相应的安全区域，以便使车辆可靠地引导。

根据本发明的方法的一种优选的实施方式在于，机动车在用于环境识别的传感装置出现故障的情况下被引导到安全区域中。在这种没有适用的取向或定位可能性的特殊故障情况下，机动车以特别的措施被指令引导到可靠的区中。

根据本发明的设备的一种优选的实施方式，求取装置具有针对标准轨迹的计划模块，其中，借助计划模块也可以求取到安全轨迹，其中，该安全轨迹也可以发送至致动装置。由此，借助计划模块有利地提供一种安全轨迹，作为安全区域的更专门的设计。

根据本发明的设备的一种有利的改进方案的特征在于，借助计划模块可以基本上同时求取所述标准轨迹、所述安全区域和所述安全轨迹。由此可以针对相互紧密匹配的正常运行以及故障情况来始终求取到高度当前的行驶数据。按照这种方式，在具有高概率的故障情况下，无危险的安全区域或无危险的安全轨迹可供使用。

根据本发明的设备的一种优选的实施方式在于，从标准轨迹切换为安全区域可以由调控装置或者由故障监测装置来执行。这有利地提供了两种不同的可能性方案用于在故障情况下的切转，从而为切换到所述可靠的数据而提供了冗余。

通过根据本发明的方法能够使机动车在自动行驶中的安全级别有利地如下提高：即，在自动行驶期间求取到安全区域或待可靠驶过的区域并且发送至致动机构。在自动运行不再被确保的故障情况下，切换到安全区域，由此，车辆于是借助致动机构被引导到可靠的区域中。

附图说明

下面依据多个附图详细说明本发明的其它特征和优点。在此，所描述或所示出的全部特征本身或者以任意组合形成本发明的主题，与这些特征在本发明中的概述或者其回引无关，以及与其在说明书或附图中的表述或图示无关。附图主要用于说明本发明的重要原理。其中：

图1示出机动车在正常模式下和故障情况下根据本发明的自动行驶的原理图；

图2示出根据本发明的方法的一种实施方式的原理系统图；以及

图3示出根据本发明的设备的一种实施方式的原理框图。

具体实施方式

图1以原理图示出处于自动或独立行驶中的机动车10。这种行驶的特征在于，免除了驾驶员对该机动车的每一种都要控制干预，从而机动车10在定义的持续时间内全自动地沿着标准轨迹ST1引导。

轨迹是空间-时间-点的相互排列，也就是与时间相关的空间曲线。以数学公式可以将轨迹如下描述：

其中，x1、y1定义了二维空间中的一个点，ε1定义了轨迹在该点中的斜率以使轨迹平滑，以及t1是该点的有效性的时刻。此外，还可以针对每个点得出速度。相应地适用于三维轨迹。对于时间上等距的点顺序来说，可以取消该时刻的显式发送。

在故障情况下(在该情况下不再确保机动车10按规定地自动行驶)，机动车根据本发明被引导到安全区域B中。可替代地，机动车10也可以沿着安全轨迹ST2被引导。也就是说，借助本发明能够以有利的方式在严重的系统故障时将机动车10引入到可自由驾驶的区域内(安全区域)，例如引导到车道的停车带上并且然后停住该机动车10。

图2按照原理的方式示出根据本发明的方法的系统概览图，该方法在识别出机动车10的自动行驶中系统失灵的情况下生成了安全区域B并且将其发送至机动车10的致动机构。

在步骤S1中，在行驶时借助不同类型的传感器(未示出)来基本上持续地(例如以短的时间间隔周期性地)检测所述机动车10的环境参数，这些环境参数在用于机动车10的环境识别以及定位的另一步骤S2中被使用。

在步骤S3中，然后利用机动车10环境的瞬间事实的确定来执行情形分析。

在步骤S4中，基于前面所执行的情形分析来进行机动车10环境的展望性预测。机动车10未来的基于高概率的运动性能通过这种方式产生。

步骤S5中的性能生成使得必要的行动的计划成为可能，以便将前面所预测的情形付诸实施。例如，这可以包括使机动车10的待执行的车道变更的计划或者待执行的车速改变的计划。

现在根据本发明，在机动车10自动行驶时，在步骤S6中生成所谓的标准轨迹ST1并且发送至调控装置40，其中，借助调控装置40将轨迹ST1的数学数据转换成针对致动装置1可处理的数据。调控装置40将提及的数据发送至机动车10的致动装置1，该致动装置可以包括多个致动器(例如转向调节器)。

在步骤S6中，基本上同时或时间上相互间隔非常短地(特别是周期性地)产生了安全区域B或安全轨迹ST2，所述安全区域或安全轨迹同样被发送至调控装置40或由该调控装置发送至致动装置1。为了计算出安全区域B或安全轨迹ST2，必须在考虑到物理上可能的和大概的运动变化的情况下预测出其它交通参与者的探测到的运动。调控装置40因此不仅在当前时刻上传送有效的车道数据，而且也传送该安全轨迹ST2的未来数据以及在故障情况下能够可靠行驶的区域。设置用于传输所提及数据的总线系统例如能够以CAN或FlexRay或者以太网为基础。

设置了故障监测装置30，以便监测上述步骤S1至S4的进程。这可以例如意味着，监测所述传感装置2的状态信息，或者越过该传感装置2的不同传感器(例如视频传感器、雷达传感器、超声波传感器等)来执行可信度检验。在结果上这意味着，借助故障监测装置30执行该系统的以概率值为基础的概率故障监测，其中，在识别出故障的情况下，将指令发送至调控装置40，借助致动装置1驶到安全区域B或安全轨迹ST2。

故障监测装置30因此在某种程度上是监管机构，该监管机构确定了机动车10是否应根据标准轨迹ST1被引导或者是否存在这样的情况：机动车到安全区域B中或沿安全轨迹或备用轨迹ST2的导引能够显得有意义。

根据本发明的方法提供大量的优点：

如根据这样的事实：即，预先已求取到安全区域B或安全轨迹ST2并传送至致动机构1(特别是基本上持续地传送至致动机构1)，能够在故障情况下基本上毫不延迟地切换到安全轨迹ST2并由此将机动车10驾驶到可靠的区域内。

如果传感器损坏并且不再可信，则例如可以有益地使用根据本发明的方法。这借助故障监测装置30来识别，因此该故障监测装置通知所述调控装置40：要驶到由可运行的传感器数据所形成的安全区域B或安全轨迹ST2。

如果由于故障情况使得致动器-额定值不能再由调控装置40传送至致动机构1，则根据本发明的方法也是有益的。致动装置1在该时刻上由于紧密的发送-时间网格(优选小于约总共40ms)而具有已经从上一循环发送的、用于安全轨迹或安全区域的有效的致动机构-额定值可供使用，借助故障监测装置30可以切换到所述致动机构-额定值。

本发明特别是对这样的故障情况也是有益的：在该故障情况中，机动车10在交通流中的环境识别由于传感器损坏或者机动车在道路上的定位而不能明确。这例如可以是这种情况，即环境识别系统或者定位系统(例如雷达、超声波传感器、视频摄像机、GPS等)损坏。由于故障监测装置30识别到故障，在该情况下也执行这样的激活：将可靠的致动机构-额定值事先发送至致动装置1。对于致动装置1的冗余的致动机构的调节潜力并不足够(例如当必须借助制动来执行转向干预，因为正常的转向调节器的控制或转向调节器本身已损坏)的情况来说，优选控制所述安全区域B，因为在这种情况下不能驶到所述安全轨迹ST2无限小构造的走向曲线。

但在这种情况下替代地也可以设想，反映出步骤S5的机动车10在性能生成被限制的操纵能力或反映出步骤S6的轨迹的计划以获得有效的安全轨迹ST2，机动车10尽管操纵能力受限而仍根据这些安全轨迹被引导。这最终意味着仅存在以下情况：可以一如既往无可争辩地求取所述安全轨迹ST2，从而现在也利用致动装置1受限的功能性能来行驶所述安全轨迹ST2。在这里值得作为例子提到的是，借助对机动车10车轮的制动干预来执行由ESP系统(电子稳定程序)所控制的转向运动。

在前面介绍的步骤S1至S6的整个作用链被损坏的另一种故障情况下，由故障监测装置30承担了控制功能并且激活了储存在致动装置1中的——因为已经预先传送的——安全轨迹ST2。

有利的是，通过发送所述安全区域B或所述安全轨迹ST2来发送这样的信息：该信息涉及到机动车未来计划的定位。由此，已经为未来描绘出针对故障情景的解决方案，其方法是，为这种类型的情景储存机动车的定位。

图3以原理框图示出根据本发明的设备100的一种实施方式的概览图，其中，所提及的设备100的部件已经依据图2的系统图进行了说明。可以看出，求取装置20内部设有计划模块21，该计划模块负责用于计划和求取所述安全区域B或所述轨迹ST1、ST2。

优选的是，所有示出的部件都设置在各自本身的控制设备中。但可以设想的是，所示的部件在控制设备上的每种任意的布置或分布。故障识别设备30与求取装置20、与调控装置40以及与致动装置1之间所示的双箭头应表示所提及的部件之间的双向通信。

概括地说，利用本发明提供了一种有益的可能性，以便在出现系统重大损坏的情况下使高度自动/独立行驶中的机动车转变为可靠的状态。这由此实现：即预先已经求取到呈安全区域、安全轨迹或者致动机构-额定值形式的故障情景并且发送至致动装置。在实际上出现了预计算的故障情景时，仅需激活已经传送的上述数据，从而机动车被可靠地置于可掌控的或者安全的状态(必要时可在紧急车道上停车)。

有利的是，借助本发明尽可能快速地识别到意外的系统失灵，其中，驾驶员获得信息并且可以尽可能快速地接回到用于车辆的控制管理机构中。故障识别与驾驶员承接之间的时间段可以由根据本发明的设备弥补。

本领域技术人员认识到，按照根据本发明的原理可以掌控所述机动车的传感器的各种各样的故障或临界的交通情况。

Claims (11)

1.一种用于使机动车(10)在自动行驶中运行的方法，具有以下步骤：

-求取到标准轨迹(ST1)，其中，所求取到的标准轨迹(ST1)在行驶期间借助调控装置(40)发送至所述机动车(10)的致动装置(1)；

-沿着所述标准轨迹(ST1)引导所述机动车(10)；以及

-求取到针对所述机动车(10)的安全区域(B)，其中，所求取到的安全区域(B)在行驶期间借助所述调控装置(40)发送至所述致动装置(1)；其中，在所述机动车(10)的自动行驶不再被确保的情况下，切换到所述安全区域(B)，由此，所述机动车(10)借助所述致动装置(1)被引导到所述安全区域(B)中；其中，所述安全区域(B)和所述标准轨迹(ST1)基本上被同时求取。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于故障监测装置(30)求取到针对所述机动车(10)故障情况的场景，其中，在出现所述故障情况时，所述机动车(10)被引导到所述安全区域(B)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，视故障情况而定，借助调控装置(40)或者借助所述故障监测装置(30)切换到所述安全区域(B)。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，替代或者附加于所述安全区域(B)而求取一安全轨迹(ST2)，其中，将所述安全轨迹(ST2)发送至所述致动装置(1)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述机动车(10)借助所述致动装置(1)仅能够受限地控制的情况下，所述机动车(10)沿着所述安全轨迹(ST2)被引导或者被引导到所述安全区域(B)中。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，在自动行驶期间生成多个安全轨迹(ST2)和多个安全区域(B)，其中，根据通过所述故障监测装置(30)进行故障情况的分析来选取所述安全轨迹(ST2)中的一个或者选取所述安全区域(B)中的一个。

7.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，所述机动车(10)在用于环境识别的传感装置(2)出现故障的情况下被引导到所述安全区域(B)中。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述机动车(10)在用于环境识别的传感装置(2)出现故障的情况下沿着所述安全轨迹(ST2)被引导。

9.一种用于使机动车(10)在自动行驶中运行的设备(100)，其具有：

-传感装置(2)；

-致动装置(1)；

-求取装置(20)；

-调控装置(40)；以及

-故障监测装置(30)；

-其中，借助所述求取装置(20)能够求取到标准轨迹(ST1)和安全区域(B)，其中，所述安全区域(B)能够借助所述调控装置(40)发送至所述机动车(10)的致动装置(1)，其中，在借助所述传感装置(2)和所述故障监测装置(30)确定所述自动行驶不再被确保的情况下，所述机动车(10)的致动装置(1)能够切换到所述安全区域(B)，由此，所述机动车(10)能够借助所述致动装置(1)被引导到所述安全区域(B)中；借助计划模块(21)能够基本上同时求取到所述标准轨迹(ST1)、所述安全区域(B)和安全轨迹(ST2)。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述求取装置(20)具有用于所述标准轨迹(ST1)的计划模块(21)，其中，借助所述计划模块(21)也能够求取到安全轨迹(ST2)，其中，所述安全轨迹(ST2)也能够借助所述调控装置(40)发送至所述致动装置(1)。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，从所述标准轨迹(ST1)到所述安全区域(B)的切换能够由所述调控装置(40)或者由所述故障监测装置(30)执行。