CN107571861A - 辅助或获得机动车辆的可靠转向操作的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

辅助或获得机动车辆的可靠转向操作的控制系统和方法。一种控制系统和方法，该控制系统和方法适于用于机动车辆中，并且旨在基于环境数据借助于所分配的致动器来实现机动车辆的至少半自主驾驶操作，所述环境数据从分配给机动车辆的一个或更多个环境传感器获得，并且其中，控制系统适于且旨在检测机动车辆的传统转向系统的故障，并且借助于分别处于车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速干预根据当前驾驶参数尝试与期望转向角对应的车辆的方向的改变。

Description

辅助或获得机动车辆的可靠转向操作的控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于辅助机动车辆的可靠转向操作的控制系统和方法，特别是能够至少半自主驾驶的机动车辆的可靠转向操作的控制系统和方法。该控制系统和方法具体利用机动车辆中(客车和货车(HGV)这两者中)各车轮的各个制动控制器的存在。
背景技术
能够自主驾驶的机动车辆的技术正快速发展。大量的生产型车辆今天已经装配有所谓的“高级驾驶员辅助系统”。这些高级驾驶员辅助系统接管各种任务并旨在减轻驾驶员一些活动(例如，用于维持车辆之间的安全距离的距离传感器或干预车辆导引的系统(诸如，电子控制防抱死制动系统(ABS)、电子稳定程序(ESP)、自适应巡航控制(ACC)、车道偏离警示系统、泊车辅助系统或自动泊车等))的负担或促进这些活动。还存在具有精心设计的传感器和致动器的复杂控制系统完全接管机动车辆的驾驶的第一全自主车辆。为了执行自主车辆操作中的它们的任务，自主机动车辆具有致动器和传感器、硬件和软件以及合适的系统架构。(半)自主车辆的致动器例如包括电可影响的车辆转向器(vehicle steering)、主发动机以及齿轮箱。例如还存在具有转向盘和转向齿轮的传统转向结构，其独立于由驾驶员进行的转向盘运动借助于受自主车辆控制器控制的电动或液压致动器实现前轮的转向运动。
自主机动车辆中的问题是驾驶员给予机动车辆对机动车辆的引导的完全控制的情况。在这种情况下，驾驶员不再不得不使他的手处于转向盘上或使他的脚处于油门/刹车踏板上；他不再对机动车辆的转向器或制动器具有任何影响。实际上，驾驶员在该情况下还给予自主车辆控制器对转向器和制动器的控制。那么，如果转向致动器/或其上游处自主车辆控制器的部件在自主转向操作期间出故障，则驾驶员不总是能够及时(再)控制转向。这在全自主机动车辆中在任何情况下是不可能的。因此，非常期望用于机动车辆中的转向故障的安全功能。
自主机动车辆的转向性(steerability)是对系统至关重要的特性。因此，必须提供冗余的解决方案。一种明显的解决方案将是对于机动车辆的至少前轮的转向运动复制电动或液压致动器及其控制。然而，实施这种解决方案增加了重量且是成本密集的。
发明内容
本文所提出的解决方案与上述复制解决方案惊人的偏离例如在异常情况下提供以从概念上讲完全不同的方式补偿转向故障。为此，在车辆控制系统中，当检测到传统转向系统的故障时，借助于分别处于车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速根据当前驾驶参数(诸如，例如，车辆速度、车辆加速度、偏航率(yaw rate)、期望和实际的转向角等)尝试与期望转向角对应的车辆的方向的改变。
简言之，本解决方案由作为冗余架构的加速度实现转向，并且旨在用于不同的车辆变型中。术语“加速”在这里包括正加速和负加速(＝减速度)。
该解决方案利用以下事实：由于增加电子稳定性控制(ESC)发生率，越来越多的车辆具有用于驾驶动态控制的装置。驾驶动态控制是指用于机动车辆的电子控制驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统通过各个车轮的有目的性制动或减速来抵消车辆的牵引。ESC是防抱死制动系统(ABS)与牵引力控制系统(TCS)和电子制动力分配系统以及与制动辅助系统的延伸和组合。在具有针对各车轮的各个电驱动器的电动车辆中，各个车轮的有目的的加速另外是可能的。
一些自主车辆变型根本不装配有任何传统的人机界面(诸如，转向盘、油门、变速杆、离合器踏板、方向指示器杆、前照灯开关等)。相反，它们仅具有用于自动执行否则在客车的驾驶操作中由驾驶员执行的相应功能的控制装置、传感器以及致动器。驾驶员仅指示目的地。自主车辆确定到目的地的路线，注意行程期间的环境状况，避免碰撞，而且自主做出通常依靠驾驶员的所有其他决策。本解决方案也适于这种自主车辆变型。
在一些变型中，车辆被装配有传统的人机界面和用于自动执行否则由驾驶员执行的相应功能的对应的控制装置、传感器以及致动器这两者。驾驶员在这里可以选择他依赖客车的自主驾驶功能的程度或他是否利用例如转向、制动或加速干预来干预客车的自主驾驶操作。
两个车辆变型都可以具有带有燃烧发动机、一个或更多个电动机或混合式电动机的传动系(drive train)。
附图说明
另外的目的、特征、优点以及可能的用途将参照附图从实施方式的以下描述变得明显，这些实施方式不被解释为限制性的。独立或以任意期望组合描述和/或例示的所有特征示出了在本文中独立于它们在权利要求中的分组或它们的依赖性公开的主题。附图中所示的部件的尺寸和比例不必按照真实的比例；它们可以与本文在将要实施的实施方式中例示的尺寸和比例不同。
图1以示意形式示出了(半)自主客车的控制系统架构的部件。
图2以示意形式示出了本文呈现的侧轮向左转向的模型。
图3以示意形式示出了本文呈现的侧轮向右转向的模型。
具体实施方式
图1以示意形式示出了适于且旨在用于机动车辆中的控制系统(自主驾驶控制器(autonomous drive control))的这里感兴趣的部件。该控制系统具有自主驾驶控制器。该自主驾驶控制器从分配给机动车辆的一个或更多个传感器接收环境数据和系统内(传感器)数据。基于这些数据，控制系统以实现至少半自主驾驶操作的这种方式借助于相关联的致动器(转向器、驱动器、制动器等)干预机动车辆的驾驶操作。为此，自主驾驶控制器与致动器(转向器、驱动器、制动器等)直接通信或与各车轮的各个制动控制器间接通信。在所示的结构中，自主驾驶控制器直接处理前轮FL、FR的转向器和(电动)车轮驱动器。对于各车轮处各个制动干预，自主驾驶控制器向各车轮的各个制动控制器发送相应的命令，这转而单独控制相应的车轮FL、FR、RL、RR。
在无故障操作中，控制系统能够根据环境传感器数据和系统内数据生成用于机动车辆的自主操作的致动器信号(转向角、推进力)。控制系统另外能够根据环境传感器数据和系统内传感器数据检测机动车辆的传统转向系统的故障。这例如作为以下事实的结果是可能的：预定转向角信号不对应于机动车辆围绕其纵轴的旋转，该旋转利用来自偏航率传感器的信号来确定。这可以由系统控制器通过比较来建立。
如果存在异常情况-图2和图3所示的借助于自主驾驶控制器与设置前轮的转向角的转向致动器之间断开的连接，则控制系统能够借助于分别处于车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速干预根据当前驾驶参数尝试与期望转向角对应的车辆的方向的改变。
对于分别处于车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速干预，控制系统在一个解决方案变型中使用(在任意情况下)存在于车辆中的驾驶动态控制系统。为此，自主驾驶控制器例如可以与驾驶动态控制系统的各车轮的各个制动控制器进行通信，并且发送相应的命令。自主驾驶控制器可以利用例如偏航率传感器再次检查减速干预的结果，并且进行重新调整。
评估的驾驶参数在一些解决方案变型中包括：车辆速度、车辆加速度、车辆的偏航率、期望和实际的转向角、车辆的各个车轮的速度以及车辆的各个车轮相对于地面的滑移状态(slip state)。
控制系统按照以下这种方式来实现匹配加速和/或减速干预：对于车辆的方向向左的期望改变，通过施加制动转矩(braking torque)a-来使车辆的左后轮减速，并且在可能的情况下，通过施加加速转矩a+来使车辆的右前轮加速。车辆(前)轮的各个加速通常仅在具有对于各车轮的各个电驱动器的(部分)电动车辆的情况下是可能的(图2)。以类似的方式，车辆的方向向右的改变由控制系统通过施加制动力矩a-使右后轮减速并且在可能的情况下和/或通过施加加速转矩a+使车辆的左前轮加速来实现(图3)。
附图中所示的系统架构不是必须的，在所述系统架构中，彼此进行通信的各种部件直接连接到彼此；部件还可以通过数据总线与彼此进行通信。
上述变型及其结构和操作方面仅用于更好地理解结构、操作模式以及特性；它们不将公开限于实施方式。为了使得功能、操作原理、技术配置以及特征清楚，一些附图是示意性的，一些重要特性以及效果以显著放大的比例来示出。附图或文本所公开的任何操作模式、原理、技术配置以及特征可以与本公开中含有或从本公开产生的所有权利要求、文本和其他附图中的任意特征、其他操作模式、原理、技术配置以及特征自由地以及根据需要组合，使得所有可想到的组合将与所述变型相关联。还包括文本中(换句话说，说明书的每一段中)、权利要求中的所有各个评论之间的组合以及文本中、权利要求中以及附图中的不同变型之间的组合。权利要求也不限制本公开，并且由此不限制所有所述特征与彼此的可能组合。本文还单独地以及与所有其他特征组合地明确公开了所有公开的特征。

Claims (8)

1.一种控制系统，该控制系统适于用于机动车辆中，并且旨在基于环境数据和系统内传感器数据借助于所分配的致动器来实现所述机动车辆的至少半自主驾驶操作，所述环境数据和系统内传感器数据从分配给所述机动车辆的一个或更多个传感器获得，并且其中，所述控制系统适于且旨在检测所述机动车辆的传统转向系统的故障，并且借助于分别处于所述车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速干预根据当前驾驶参数尝试与期望转向角对应的所述车辆的方向的改变。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述驾驶参数包括以下参数中的一个或更多个：车辆速度、车辆加速度、所述车辆的偏航率、期望和实际的转向角、所述车辆的各个车轮的速度以及所述车辆的各个车轮相对于地面的滑移状态。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述控制系统适于且旨在按照以下这种方式来实现所述匹配加速和/或减速干预：为了实现所述车辆的方向向左的改变，使所述车辆的左后轮减速和/或使所述车辆的右前轮加速。
4.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述控制系统适于且旨在按照以下这种方式来实现所述匹配加速和/或减速干预：为了实现所述车辆的方向向右的改变，使所述车辆的右后轮减速和/或使所述车辆的左前轮加速。
5.一种借助于电子控制器且借助于处于机动车辆的所述控制器下游的致动器基于环境数据来实现所述机动车辆的至少半自主驾驶操作的方法，所述环境数据从分配给所述车辆的一个或更多个环境传感器来获得，该方法包括以下步骤：
检测由于所述机动车辆的转向系统的部件的至少部分故障而引起的异常情况的存在；以及
借助于分别处于所述车辆的各个车轮驱动器或车轮制动器处的匹配加速和/或减速干预根据当前驾驶参数尝试与期望转向角对应的所述车辆的方向的改变。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，存在被评估作为所述驾驶参数的一个或更多个参数：车辆速度、车辆加速度、所述车辆的偏航率、期望和实际的转向角、所述车辆的各个车轮的速度以及所述车辆的各个车轮相对于地面的滑移状态。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述匹配加速和/或减速干预按照以下这种方式来实现：为了所述车辆的方向向左的改变，使所述车辆的左后轮减速和/或使所述车辆的右前轮加速。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述匹配加速和/或减速干预按照以下这种方式来实现：为了所述车辆的方向向右的变化，使所述车辆的右后轮减速和/或使所述车辆的左前轮加速。
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