CN105722700B - 用于控制执行器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制机动车的行驶机构的至少一个执行器的方法，以所述行驶机构行驶地面，其中检测地面的高度廓形，其中对于地面的一个部段分析：是否沿着该部段的高度廓形具有如下值，该值偏离阈值一个预定的公差值；并且其中如果机动车行驶通过识别的不平处，那么考虑识别的不平处调节用于加载执行器的调节变量。

Description

用于控制执行器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车行驶机构/底盘(Fahrwerk)的至少一个执行器的方法和系统。
背景技术
机动车包括用于检测运行参数和在机动车前方的环境特别是道路的各种传感器以及用于加载机动车构件的各种执行器。用于通过执行器加载构件的调节变量在此可由传感器的至少一个值导出。
文献WO 2009/097947 A1描述了一种用于影响车辆的主动式行驶机构的方法，其中确定车道的高度廓形并且根据确定的高度廓形值影响行驶机构。由高度廓形在方法的设定用于滤波的步骤中形成经滤波的高度廓形，由该经滤波的高度廓形确定车辆结构的期望的位置和/或为此的调节变量。
由文献DE10 2008 032 545 A1已知一种机动车的主动式行驶机构的影响系统，借助于该影响系统由预控变量计算用于行驶机构的结构调节的输入信号。此外设定，在每个时刻根据模型预测机动车性能并且与机动车的实际性能比较。
由EP0412719A1已知一种用于车辆的道路表面检测系统，具有用于向车辆前方的路面发射电磁辐射的发射器和用于接收反射的辐射的接收器。在此，接收器设置为检测反射的辐射的波幅调制，其载体与表面的不平度相一致地被调幅，以便产生控制信号再现出路面状态。一车辆系统控制装置设置为接收该控制信号并且根据该控制信号改变车辆系统的运行。
在DE 41 19 494A1中描述了一种用于车辆的悬架调节系统。该调节系统包括用于检测在车辆前方的特定路段上的不平表面的路面传感器，其中，路面传感器相应于检测到的路面的不平度产生输出信号。在此，同样分析输出信号。
在US2009/097038A1中描述了通过传感器检测由车辆驶过的道路以及评估传感器检测到的信号，基于信号调整车辆的减振。
由US2013/103259A1已知一种用于使用车辆悬架系统的方法，其中，从光线系统接收道路信息。该光线系统包括多个摄像机，其中，摄像机的输出组合成混合的数码图片，其中，从混合的数码图片中提取道路信息。
发明内容
在该背景下提出一种用于控制机动车的行驶机构的至少一个执行器的方法和系统。
按照本发明的方法设计用于控制机动车的行驶机构的至少一个执行器，以所述行驶机构在地面上行驶，其中，检测地面的高度廓形，其中，对于地面的部段进行分析：沿着该部段的高度廓形是否具有如下值，该值偏离阈值一个预定的公差值；以及其中在机动车行驶通过识别的不平处时，在考虑识别到的不平处的情况下调节用于加载执行器的调节变量，其中，如果高度廓形的值大于阈值加公差值，那么将地面的该部段定义为不平处，其中，通过函数描述沿着该部段的高度廓形的形状，其中该函数与至少一个参数有关以及定义对于地面的点的高度廓形与沿着该部段点的位置的关系,其中，如果函数与沿该部段的点的位置相关的变化的值偏离函数变化的预定阈值一个预定的公差值，那么将该部段识别为地面的不平处。
在该方法的范畴中，如果高度廓形的值大于阈值加上公差值，那么将地面的该部段定义/确定为不平处。
按照本发明的方法的一种可能的实施形式，通过函数描述沿着该部段高度廓形的形状，其中该函数与至少一个参数有关。以与至少一个参数有关的用于描述高度廓形的函数定义/限定对于地面的点的高度廓形与沿着该部段的点的位置的关系。
通过用于检测机动车环境的传感器确定地面高度廓形的值。沿着该部段对确定的值进行滤波。
通过用于检测机动车环境的传感器确定高度廓形的全部值，其中高度廓形的值对应于沿该部段的点x。对于沿该部段的所有点的高度廓形的全部确定的值进行滤波，例如高通滤波或低通滤波。
通过至少一个执行器补偿高度廓形的识别到的不平处。假如没有发现不平处，将高度廓形设置到一个恒定的值，例如零，和/或去激活预测功能，因为在这种情况下由于平面的地面其遭受测量噪声。
如果函数与沿该部段的点的位置有关的变化的值偏离对于函数变化预定的阈值一个预定的公差值，那么该部段在结构上被识别为地面的不平处。在此,可以使用函数在水平方向沿该部段的一阶局部导数作为函数的变化。备选或附加地,可以使用函数在水平方向沿该部段的二阶局部导数作为函数的变化。
对于识别到的不平处在水平方向沿该部段确定起点和终点。起点和终点可以通过该方法的基于梯度的变型确定，其中由高度廓形的低通或高通滤波的值确定用于描述高度廓形的函数。此外,检测函数的极值以及一阶和二阶导数的极值。
在此可以搜索高度廓形中的转弯和/或角，其中这样的转弯和/或角定义为识别的不平处的起点和终点。沿着无相位的低通滤波的高度廓形可以搜索函数的一阶和/或二阶导数的最小和最大值。通过一阶和/或二阶导数偏离阈值公差值来识别不平处的起点和终点。为此备选地可以将高度廓形与相应的加权函数卷积，这相应于以限定的加权函数应用高度廓形的移动平均滤波(加权的平滑/连续的平均值)。
因此可以通过分析用于描述高度廓形的函数的一阶和/或二阶导数以及通过与预定的阈值比较来检测：沿分析的部段是否存在不平处以及这些不平处起点和终点在哪里。
在一种设计方案中,为了识别规定的不平处如上所述首先通过高通和低通滤波预处理高度廓形，使得高度廓形环绕零线延伸。随后搜索如下值，该值至少比规定的公差值大阈值。基于这样的值，如此长地向右和向左搜索局部高度廓形，直至高度廓形的值低于公差值加上阈值，也就是例如小于0.5厘米，或者直至达到另一表征的阈值，如果例如经滤波的一阶导数具有符号变化而经滤波的二阶导数具有极值，由此可以识别到不平处的起点和终点。
如下所详述的那样，此外为了识别不平处可以比较根据实际几何结构描述的高度廓形的测量绝对值与根据额定几何结构形成的高度廓形的预定值。
相应在用于控制至少一个执行器的方法中分析：沿该部段的高度廓形是否具有包括与额定几何结构的形状相似的形状的实际几何结构。在此在另一设计方案中，以与至少一个参数有关的函数描述高度廓形的实际几何结构，其中实际几何结构与设定用于高度廓形的额定几何结构比较。如果实际几何结构偏离设定用于额定几何结构的阈值一个对于额定几何结构预定的公差值，那么该部段被识别为地面的不平处。
不仅实际几何结构的形状而且额定几何结构的形状通过与至少一个参数有关的用于描述沿该部段的高度廓形的函数限定，其中该函数的至少一个参数为了描述实际几何结构具有实际值而为了描述额定几何结构具有额定值。
额定几何结构此外可以用作实际几何结构的样板。
因此可以应用具有不同形状的不同额定几何结构。这样的额定几何结构也可以表示为预定或限定的几何结构。为了在高度廓形中搜索不平处,通过实际几何结构表示通常通过传感器检测的高度廓形。此外可以将全部预定或限定的额定几何结构与高度廓形的检测的实际几何结构比较。一旦对于沿高度廓形的一个部段的实际几何结构由多个额定几何结构确定形状适合的额定几何结构，那么检测：实际几何结构的形状是否并且以多大程度偏离于额定几何结构的形状。
在该方法的设计方案中，设定用于描述实际几何结构和额定几何结构的函数构成为n级多项式。对于与至少一个参数ak有关的构成为多项式的函数h(x)——该函数具有至少一项ak ＊xk，其中参数ak配置给x的k次方——通常适用：h(x)＝an ＊xn+an-1 ＊xn-1+...ak ＊xk+...a2 ＊x2+a1 ＊x+a0。在此，x设定为变量，该变量在该方法的范围中对于沿高度廓形或至少沿高度廓形的要分析的部段的地点或位置延伸。在高度廓形的部段的检查中，为了描述用于表示额定几何结构的函数应用作为额定值设定和/或可限定的参数ak，soll＝an，soll，an-1，soll，...，as，soll，a1，solla，a0，soll。相比之下，对于用于描述实际几何结构的参数有关的函数应用作为实际值设定和/或要确定的参数ak，ist＝an，ist，an-1，ist，...，a2，ist，a1，ist，a0，ist。在实施该方法时也可能的是，基于用于描述额定几何结构的函数的作为额定值设定的参数ak，soll与用于描述实际几何结构的函数的构成为实际值的参数ak，ist的比较确定可能存在的不平处，其中可由此识别不平处，即如果对于实际几何结构的函数的k次方的参数ak，ist的实际值至少偏离对于用于描述额定几何结构的函数的k次方的构成为额定值的参数ak，soll的公差值预定的阈值。在设计方案中，这样的函数可以例如构成为三角函数。
借助于用于描述高度廓形的参数有关的函数h(x)规定对于地面的点x的高度廓形与沿部段的点x的位置的关系。
如果在点x实际几何结构的函数的绝对值偏离对于额定几何结构设定的阈值一个对于额定几何结构设定的公差值，则分析的部段被识别为地面的不平处。在设计方案中，额定几何结构通过高度廓形的实际几何结构移动并且对于沿部段的每个点计算在额定几何结构与实际几何结构之间的差。此外沿着该部段将全部差求和。假如差形成的和低于阈值，那么识别到沿该部段延伸的不平处。在设计方案中可以由此识别不平处，其方法是通过超过在额定几何结构与实际几何结构之间的适合值。
在此，如果实际几何结构的函数值大于阈值加上额定几何结构的公差值，那么地面的该部段定义为不平处。因此检查：通过实际几何结构描述的高度廓形的绝对高度值以何种程度地偏离于对于绝对高度通过额定几何结构预定的值。因此可以备选或补充地设定，地面的部段必要时也在如下情况下定义为不平处，即如果实际几何结构的函数值小于阈值减去额定几何结构的公差值。
在另一设计方案中，如果与沿部段的点的位置有关的实际几何结构的函数的变化值偏离函数变化的对于额定几何结构预定的阈值一个对于额定几何结构预定的公差值，那么将该部段识别为地面的不平处。在此，如果实际几何结构的函数变化的检测值大于阈值加上公差值，那么地面的该部段被定义为不平处。此外，应用在水平方向沿该部段的一阶局部导数和/或二阶局部导数作为函数的变化。
对于识别的不平处在水平方向沿该部段确定起点和终点。因此确定不平处起点和终点在哪里。
此外，可以将额定几何结构用作实际几何结构的样板，其中该样板也可以用于识别不平处。
按照本发明的系统构成为用于控制机动车的行驶机构/底盘的至少一个执行器，以所述行驶机构在地面上行驶。在此，该系统具有至少一个用于检测机动车的环境的传感器和数据处理装置。该至少一个传感器构成为，检测地面的高度廓形。数据处理装置构成为，对于地面的一个部段进行分析：沿着该部段的高度廓形是否具有如下值，该值偏离阈值一个预定的公差值；如果机动车行驶通过识别的不平处，那么在考虑识别到的不平处的情况下调节用于加载执行器的调节变量。
借助于设置在机动车中的该系统可以实施提出的按照本发明的方法的至少一个步骤。
借助于该方法提供对于所谓的预测的行驶机构的执行器的控制并因此调节和/或调控。在此，借助于机动车的至少一个传感器——该传感器设计为识别机动车的环境——例如借助于单一传感器和/或立体传感器——该传感器基于电磁波例如视频、激光或雷达支持地检测环境——识别位于在机动车之前的地面通常是道路的高度廓形。
至少一个传感器的原始数据或值被准备并且由此提供对于每个地面的离散点的高度廓形。在此，例如用于沿地面的高度廓形的值沿行驶方向在机动车之前的0米至20米的部段中或者关于其行驶方向在机动车之后15米的部段中考虑，其中高度廓形的这样的值可以等距地对于例如10厘米的最小部段或者不等距地存在。地面的检测的高度廓形仅仅在出现较大的不平处时用于调节至少一个执行器，其中较大的不平处在设计方案中按照限定具有如下高度，该高度值大于临界值并且因此至少偏离限定的阈值一个限定的公差值。因此仅仅在识别到这样的大的不平处之后才激活对于执行器预测性的控制或调节。如果检测到具有对于高度较小的值的较小的不平处，其有可能由于传感器中的噪音造成并且因此不描述道路的真实高度廓形，因此不应对这样的小的不平处做出反应。
在该方法的范围中按照三个可能的前述变型中至少之一处理高度廓形，从而或者仅仅应用一个变型或者多个变型的组合。借助于该方法探测在地面的通过传感器检测的高度廓形中的限定的不平处。
按照第一变型，在检测的高度廓形中搜索具有限定的几何结构的不平处，该形状在此通过预定的额定几何结构描述。在此，不平处可通过沿水平方向沿地面的部段的长度L以及沿竖直方向的高度h限定。在此为了搜索不平处可以相比于额定几何结构改变几何结构或实际几何结构的长度L和高度H的值。此外在机动车之前高度廓形的不平处与预定的几何结构并因此与额定几何结构比较，其中几何结构亦即额定几何结构在分析处理中放置到通过实际几何结构要描述的检测的高度廓形上并且在实际几何结构与额定几何结构的可能的偏差时确定高度廓形的至少一个不平处。在具有偏差时没有识别到不平处，因为额定几何结构可以表示不平处。为此额定几何结构为了与实际几何结构比较沿着实际几何结构向左或向右移动。在此可以匹配用于描述额定几何结构的函数的限定为额定值的参数。假如实际几何结构与额定几何结构的偏差足够小，那么通过传感器检测的高度廓形从起点到终点通过样板表示和/或样板自身用作调节的高度廓形，其中根据额定几何结构描述或表示这样的样板。
按照第二变型，高度廓形转动地以及无相位地被高通滤波，由此消除高度廓形的扭转或偏置。由此通过用于高度的如下值搜索不平处，该值大于对于高度要确定的临界值并因此至少偏离限定的阈值一个限定的公差值。为了可以确定不平处的起点和终点，从不平处的最大值沿高度廓形在水平方向向右和向左对高度廓形查找，直至低于要确定的阈值或公差值和/或高度廓形的坡度反转和/或直至沿高度廓形超过或低于预定阈值，该阈值指示转弯或角，由此可以发现不平处的开始点和结束点。
在第三变型中，检测的高度廓形无相位地低通滤波，这可以包括向前-向后滤波、移动平均滤波，亦即具有平滑的平均值滤波器或加权平滑的平均值滤波的滤波器和/或与函数的卷积。此外，实施该经滤波的高度廓形或高度廓形与前述函数的卷积的一阶和二阶导数的分析，该函数的曲线相应于高度廓形的曲线。由此产生的曲线被检查最大和最小值的存在。至少一个导数，亦即或者仅仅一阶导数、仅仅二阶导数或者两个导数用于确定不平处的起点和终点。补充地，高度廓形可以附加地以修改的频率滤波并且又可以分析其一阶和二阶导数，由此可以确定不平处的起点和/或终点。
除了变型的组合之外还可能的是，将提出的用于分析高度廓形的变型中至少之一与基于视频的信息组合，该信息指示道路的颜色变化，以便因此补充地推断不平处的出现。
本发明其它的优点和设计方案由说明书和附图得出。
不言而喻，上述以及以下还要描述的特征不仅以分别给出的组合而且也以其他组合或单独是可用的，而不会脱离本发明的保护范围。
附图说明
以下根据在附图中示意地示出的实施形式并且参照附图示意地并且详细地描述本发明。
图1示出由机动车要行驶的地面的高度廓形的不平处的额定几何结构的不同例子，这些例子在按照本发明的方法的第一实施形式中考虑；
图2示出在按照本发明的方法的第二实施形式中由机动车要行驶的地面的高度廓形的分析图；
图3示出机动车的示意图，该机动车具有按照本发明系统的一个实施形式。
具体实施方式
在图1a、1b、1c和1d中示出了用于沿机动车行驶的地面的高度廓形的不平处2、4、6、8的例子，其具体通过在水平方向沿地面的高度廓形的长度L以及通过沿垂直与高度廓形并因此垂直于地面的竖直方向的高度h限定。在此，图1a示出正的不平处2，图1b示出负的不平处4，图1c示出构成为正棱边的不平处6以及图1d示出构成为负棱边的不平处8。
在此示出的每个不平处2、4、6、8具有限定的几何结构并因此具有额定几何结构，该额定几何结构可以通过参数有关的函数，例如与至少一个参数ak有关的项ak ＊xk构成的n级多项式。
由图2a、2b、2c和2d示出的全部图分别包括横坐标10，沿着该横坐标以单位厘米表示对于沿机动车要行驶的地面的位置x的值。由图2a和2c示出的图包括纵坐标12，沿着该纵坐标以单位厘米表示对于沿地面的高度廓形的高度的值。在由图2b和2d的图中沿纵坐标14分别以无单位的单元示出高度廓形的局部或位置有关的变化值并因此示出高度廓形的值的一阶导数。
在此也可能的是，实际几何结构匹配于地面的高度廓形。在此，可以为了表示实际几何结构或额定几何结构也应用三角函数h(x)，对于该三角函数适用：h(x)＝hmax(1-cos(2πx/L))，其中x≤L≤0；否则h(x)＝0。在此，可以改变例如减半对于hmax的值——该值描述高度的要限定的最大值——和对于L的值。设定的额定几何结构沿着实际几何结构移动，其中计算在实际几何结构与额定几何结构之间的差。由差的求和、求平方的值可以通过与设定阈值的比较识别出不平处。
由图2a示出第一曲线16，该曲线基于高度廓形通过传感器测量的值，该高度廓形在此具有正的不平处。在图2a中的第二曲线18由高度廓形的按照第一曲线16示出的值的第一低通滤波得出，而第三曲线20由该值的第二低通滤波得出。此外，图2a的图示出第一和第二在此为竖直定向的边界线22、24，所述边界线在此限定沿高度廓形的不平处。
在图2b的图中示出图2a的第一低通滤波的曲线18通过一阶求导的曲线26的局部导数以及梯度以及第二低通滤波的曲线20通过二阶求导的曲线28的局部导数以及梯度。此外，给一阶求导的曲线26配置第一边界线30以及第二边界线32。给二阶求导的曲线28配置第一边界线34以及第二边界线36。在此，这些边界线30、32、34、36表示曲线26、28的极值。
图2c的图示出第一曲线38，该曲线基于高度廓形通过传感器测量的值，该高度廓形在此具有正棱边作为不平处。在图2c中的第二曲线40由高度廓形的按照第一曲线38形成的值的第一低通滤波得出，而第三曲线42由第二曲线40的值的第二低通滤波得出。此外，来自图2c的图示出第一和第二在此为竖直定向的边界线44、46，所述边界线在此限定沿高度廓形的不平处。
在来自图2d的图中示出来自图2c的第一低通滤波的曲线40通过一阶求导的曲线48的局部导数并因此梯度以及第二低通滤波的曲线42通过二阶求导的曲线50的的局部导数并因此梯度。此外，给一阶求导的曲线48配置第一边界线52以及第二边界线54。在此，给二阶求导的曲线50配置边界线56。
在图2a和2c中，基于高度廓形通过传感器检测的值示出的曲线16、38以及由此通过一次或两次低通滤波导出的曲线18、20、40、42可以通过加权函数G(x)查找。
以下表格1示例性地示出：如何通过经滤波的高度廓形——其例如相应于来自图2b和2d的曲线26、28、40、42——的一阶和二阶导数的分析处理识别高度廓形的可能的不平处，其中以借助于加权函数G(x)的移动平均或加权平滑平均值实施高度廓形的滤波。
该加权函数G(x)用于无相位地滤波高度廓形和/或用于描述高度廓形的函数并且搜索极值，该极值给出关于不平处起点和终点在哪里的信息。在此，G(x)可以是高斯函数。
(表格1)
图3示意地示出沿地面82行驶的机动车80。该机动车80具有按照本发明的系统81的一种实施形式，该系统包括传感器84和数据处理装置85。传感器84构成为基于电磁波分析机动车80的环境并且在此检测地面82的高度廓形。数据处理装置85构成为确定高度廓形的实际几何结构并且与规定的额定几何结构比较。额定几何结构的例子在此保存在数据处理装置85的存储器中。此外，机动车80包括多个车轮86、88，其中在图3中仅仅示出两个。此外设定，给每个车轮86、88配置一个执行器90、92作为机动车80的行驶机构的构件，其中分别一个执行器90、92配置给车轮86、88并且构成为根据沿地面82识别的不平处加载该车轮86、88。

Claims (12)

1.一种用于控制机动车(80)的行驶机构的至少一个执行器(90、92)的方法，以所述行驶机构在地面(82)上行驶，其中，检测地面(82)的高度廓形，其中，对于地面(82)的部段进行分析：沿着该部段的高度廓形是否具有如下值，该值偏离阈值一个预定的公差值；以及其中在机动车(80)行驶通过识别的不平处(2、4、6、8)时，在考虑识别到的不平处(2、4、6、8)的情况下调节用于加载执行器(90、92)的调节变量，其中，如果高度廓形的值大于阈值加公差值，那么将地面(82)的该部段定义为不平处(2、4、6、8)，其特征在于，
通过函数描述沿着该部段的高度廓形的形状，其中该函数与至少一个参数有关以及定义对于地面(82)的点的高度廓形与沿着该部段点的位置的关系,其中，如果函数与沿该部段的点的位置相关的变化的值偏离函数变化的预定阈值一个预定的公差值，那么将该部段识别为地面(82)的不平处(2、4、6、8)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过用于检测机动车(80)环境的传感器(84)确定地面(82)的高度廓形的值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对沿着该部段确定的值进行滤波。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，使用函数在水平方向沿该部段的一阶局部导数作为函数的变化。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用函数在水平方向沿该部段的二阶局部导数作为函数的变化。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以与至少一个参数有关的函数描述高度廓形的实际几何结构，其中将该实际几何结构与为高度廓形设定的额定几何结构比较，其中如果实际几何结构偏离设定用于额定几何结构的阈值一个对于额定几何结构预定的公差值，那么将该部段识别为地面(82)的不平处(2、4、6、8)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过与至少一个参数有关的、用于描述沿该部段的高度廓形的函数定义实际几何结构的形状和额定几何结构的形状，其中，该函数的至少一个参数为了描述实际几何结构具有实际值，而为了描述额定几何结构具有额定值。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为在水平方向沿该部段识别到的不平处(2、4、6、8)确定起点和终点。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，将额定几何结构用作实际几何结构的样板。
10.一种用于控制机动车(80)行驶机构的至少一个执行器(90、92)的系统，以所述行驶机构在地面(82)上行驶，其中，该系统(81)具有至少一个用于检测机动车(80)环境的传感器(84)和数据处理装置(85)，其中，该至少一个传感器(84)构成为检测地面(82)的高度廓形，数据处理装置(85)构成为分析地面(82)的部段：沿着该部段的高度廓形是否具有如下值，该值偏离阈值一个预定的公差值；如果机动车行驶通过识别到的不平处(2、4、6、8)，那么在考虑识别到的不平处的情况下调节用于加载执行器(90、92)的调节变量，其中，数据处理装置(85)设计为当高度廓形的值大于阈值加上公差值时将地面(82)的该部段定义为不平处(2、4、6、8)，其特征在于，通过函数描述沿着该部段的高度廓形的形状，其中该函数与至少一个参数有关以及定义对于地面(82)的点的高度廓形与沿着该部段点的位置的关系,其中，如果函数与沿该部段的点的位置相关的变化的值偏离函数变化的预定阈值一个预定的公差值，那么将该部段识别为地面(82)的不平处(2、4、6、8)。
11.根据权利要求10所述的系统，该系统构成为实施根据权利要求1至9之一所述的方法。
12.根据权利要求10或11所述的系统，该系统设置在机动车(80)中。
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