CN108327784A - 用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法，其中，将以之加载车辆转向装置的转向力矩曲线分割成多个分段，在所述分段中转向力矩曲线连续地上升或下降，将由车辆驾驶员引起的、由车辆的第一转向角传感器在相应分段开始时获取的转向杆(5)的第一部分(19)的第一角加速度与由自动控制系统引起的、由车辆的第二转向角传感器在相应分段开始时获取的、与转向杆(5)相连接的齿条(9)的或转向杆(5)的第二部分(17)的第二角加速度相比较，根据第一角加速度与第二角加速度的比较结果，将相应于相应分段的转向力矩曲线与驾驶员或自动控制系统相关联。

Description

用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法以及一种用于车辆的转向系统。

背景技术

特别是在借助于自动控制系统自动驾驶车辆时，由自动控制系统进行的转向调度通过出现在车辆的方向盘处出现的转向力矩反馈给驾驶员。在此，通过使驾驶员提供比由自动控制系统提供的转向力矩更大的转向力矩，驾驶员可“支配”由自动控制系统预定的转向力矩。

由于为了确定车辆的当前转向角或转向状态通常仅使用一个测量当前转向力矩的传感器，所以不能明确地将当前在车辆的转向装置处出现的转向力矩与自动控制系统或驾驶员关联起来。

特别是在转向力矩的触发者发生变化的情况中、例如在驾驶员对已经借助于自动控制系统控制了车辆一段时间的行驶运行进行干预时，关于驾驶员希望控制或将要控制车辆的认知比调整车辆的行驶动力系统更重要。

德国公开文献DE 10 2010 027 356A1公开了一种方法，在其中，根据用于调整转向角所用的控制参数的理论值确定转向力矩。

在德国公开文献DE 10 2011 016 052A1中公开了一种方法，在其中，根据相应选择的发动机特性曲线调整车辆的转向性能。

在德国公开文献DE 10 2014 208 926A1中公开了一种用于检测为了辅助驾驶员而施加的转向力矩的方法，在其中，将由驾驶员施加的转向力矩与由转向系统施加的转向力矩相比较。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种方法，其能够明确地将转向角变化与驾驶员或自动控制系统关联起来。

为了实现以上所述的目的，提出一种用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法。为此规定，将以之加载车辆转向装置的转向力矩曲线分割成多个在其中转向力矩曲线连续上升或下降的分段，并且在其中，将由车辆的驾驶员引起的、由车辆的第一转向角传感器在相应的分段开始时检测到的转向杆的第一部分的第一角加速度与由自动控制系统引起的、由车辆的第二转向角传感器在相应的分段开始时检测到的、与转向杆相连接的齿条或转向杆的第二部分的第二角加速度相比较。在此规定，根据第一角加速度与第二角加速度的比较结果，将相应于相应分段的转向力矩曲线与驾驶员或自动控制系统相关联。

所提出的方法特别是用于调节车辆的转向系统。为此规定，在车辆的转向角变化或相应的转向力矩变化时确定，是车辆的驾驶员还是自动控制系统、例如电子稳定程序(ESP)或用于自动驾驶的程序引起了转向角变化。

为了确定转向角变化的触发者，根据本发明规定，将导致转向角变化的转向力矩曲线分割成多个分段。在此，如此选择这些分段，即，使得转向力矩曲线在一个分段之内连续上升或连续下降或降低。这意味着，当转向力矩曲线示出转折点时，当前分段结束。相应地，各个分段在其长度方面动态地形成。特别是规定，对于不出现转向角变化和相应地不出现转向力矩曲线变化的情况，不形成分段。

一旦确定了一个分段，也就是说一旦检测到了转向力矩曲线中的如下变化，该变化结束了转向力矩曲线的连续上升或下降，就可确定，转向力矩曲线是与相应车辆的驾驶员还是自动控制系统相关联。为此规定，将在该分段开始时由第一转向角传感器获得的第一角加速度与在该分段开始时由第二转向角传感器获得的第二角加速度相比较。根据比较的结果，可判断出，是由第一转向角传感器检测到的角加速度还是由第二转向角传感器检测到的角加速度更大。根据是由第一转向角传感器还是由第二转向角传感器检测到的角加速度更大，可推断出，车辆的方向盘“随着一起转动”并且相应地驾驶员被“支配”或是自动控制系统“随着一起转动”并且相应地自动控制系统被“支配”。

规定，使转向角变化在一范围/区域中与在该分段开始时引起最大角加速度的那个触发者相关联。这意味着，当借助于第一转向角传感器在该分段开始时获得的第一角加速度大于借助于第二转向角传感器在该分段开始时获得的第二角加速度时，驾驶员被认为是在该分段中转向角变化的触发者，反之亦然。

如果在一个分段开始时、也就是说例如在该分段开始之后1000ms或500ms之内获得的第一角加速度大于借助于第二转向角传感器在该分段开始时获得的第二角加速度，这意味着，驾驶员使得由自动控制系统使用的执行器“随着一起转动”。相应地，由自动控制系统使用的执行器或由自动控制系统使其运动的齿条或转向杆的相应的第二部分比由驾驶员使其运动的转向杆第一部分更晚地经受角加速度。这不仅适用于使转向杆的相应部分或齿条运动的转向力矩的产生也适用其消失。

对于自动控制系统在相应的分段开始时提供比由驾驶员在该分段开始时提供的角加速度更大的角加速度的情况，可认为，自动控制系统使得由驾驶员使其运动的转向杆第一部分“随着一起转动”。相应地，转向杆的第一部分比由自动控制系统使用的执行器或由自动控制系统使其运动的齿条且相应地也比转向杆的第二部分更晚地经受角加速度。

如果在车辆的行驶持续时间上形成多个或者与车辆的自动控制系统或者与驾驶员相关联的分段，则可根据单个分段的关联性的序列或分配模式推断出车辆的控制情形。这意味着，根据单个分段的关联性的序列或分配模式可推断出，驾驶员是否参与车辆控制过程并且驾驶员以怎样的目的提供相应的控制脉冲。在考虑如此获得的、关于驾驶员的控制行为的信息的情况下，可使车辆与当前控制情形或驾驶员的目的相匹配。由此，例如可设置成，当驾驶员持续修正由自动控制系统设置的、车辆相对于车道的居中的取向时，自动控制系统被配置成，使得未来不再使车辆居中而是朝向车道边缘取向。在此可规定，当车辆已经相对于车道居中取向并且驾驶员在随后的分段中提供与居中取向相反的、使车辆例如朝向车道边缘取向的转向脉冲时，推断出，驾驶员进行了车辆取向的修正。

为了获得第一和第二角速度，规定，对于在一个分段之内借助于第一转向角传感器获得的第一转向角速度和在该分段之内借助于第二转向角传感器获得的第二转向角速度进行评估/分析处理。

为了评估各分段和在相应的分段中出现的转向力矩的相应的关联性的分布，可设置直方图，其例如示出在预定的时间范围中获得的、关于各分段和相应的转向力矩的关联性的信息。

在所提出的方法的可能的设计方案中，借助于转向力矩曲线在相应分段的持续时间上的积分获得在该分段中作用到转向装置上的转向力矩并且将其与相应的分段相关联。

为了获取在一分段中提供的转向脉冲或相应的转向力矩，可计算由转向力矩传感器获取的转向力矩曲线在该分段上的积分。在该分段中提供的转向力矩可相应于该分段的关联性与驾驶员或自动控制系统相关联。这意味着，借助于在相应的分段开始时的转向角加速度，可使该分段与驾驶员或自动控制系统相关联，并且借助于转向力矩曲线的积分可获取，在该分段中驾驶员或自动控制系统提供怎样的转向力矩或转向角变化。

为了使自动控制系统与例如驾驶员的驾驶行为相匹配，可设置成，使在相应的与驾驶员相关联的分段中获得的转向力矩与在相应的与自动控制系统相关联的分段中获得的转向力矩之间的差最小化。这意味着，自动控制系统配置成，使为了提供转向角变化而施加的力或相应的转向力矩在方向和大小方面与由驾驶员在例如一个或多个在当前分段之前的分段中提供的力或相应的转向力矩相匹配。相应地，由自动控制系统提供的力或转向力矩与相应的由驾驶员提供的力或转向力矩相同，从而可通过驾驶员中断自动控制系统的修正。在此，显然可规定，在紧急情况中或在通过标准目录预先规定的情况中，自动控制系统与由驾驶员提供的力或由驾驶员提供的转向力矩无关地工作。

特别是设置成，借助于布置在转向杆和齿条之间的扭矩传感器获得车辆的转向系统的转向力矩曲线、也就是说这样的转向力矩曲线，即，驾驶员通过转向杆或者自动控制系统通过齿条利用该曲线作用到转向系统上。

在所提出的方法的另一可能的设计方案中，对于在预定的持续时间上所有分段都与自动控制系统相关联的情况，识别出这样的控制情形，即，在其中，驾驶员未通过车辆的方向盘提供控制命令并且主要借助于自动控制系统控制车辆。

在借助于配置用于自动驾驶的自动控制系统控制车辆时，可出现这样的情形，即，在其中，车辆的驾驶员放弃车辆的控制并且完全听任自动控制系统进行控制。为了识别这种情形并且将自动控制系统自动地调整到相应改变的行驶情况上，可设置成，对于在预定的持续时间上所有分段都与自动控制系统相关联的情况，也就是说对于所谓的“手离开方向盘的情况”，假设，驾驶员不再主动并且在自动行驶运行中控制车辆。

特别是在其中驾驶员例如由于疾病必须突然中断对车辆的控制并且该中断不能通知车辆的情形中，当前行驶情况的自动识别对于车辆和驾驶员的安全性极为重要。

在所提出的方法的另一可能的设计方案中设置成，对于车辆当前处于借助于自动控制系统控制车辆的状态中、也就是说在自动行驶运行中并且至少一个分段与驾驶员相关联的情况，识别出这样的控制情形，即，在其中，驾驶员希望从自动的控制情形变换到手动的控制情形并且主要借助于由驾驶员提供的控制命令控制车辆。

为了在驾驶员不必通知车辆其希望接管控制的情况下实现从自动行驶运行到主要或完全手动控制的行驶运行中的柔和切换，可设置成，当车辆当前处于自动行驶运行中并且至少一个分段与驾驶员相关联时，结束自动行驶运行并且激活车辆的最多部分自动的运行，在该最多部分自动的运行中，通过驾驶员提供的转向脉冲导致转向角变化。为了避免由于驾驶员偶然操纵方向盘引起从自动行驶运行切换成车辆的最多部分自动运行，可设置成，仅仅当多个分段与驾驶员相关联和/或在该分段中通过驾驶员提供在预定的阈值之上的转向力矩时，才进行切换。

在所提出的方法的另一可能的设计方案中设置成，在预定的时间段上获得相应分段与驾驶员或自动控制系统的关联性的分布，并且根据关联性的分布，主要借助于由自动控制系统提供的控制命令或主要借助于由驾驶员提供的控制命令来控制车辆。

为了调整车辆的自动控制系统的运行模式，也就是说例如自动地从“自动驾驶”运行模式变换到“手动”运行模式中或相反地变换，需要的是，识别驾驶员当前期望的运行模式。为了识别驾驶员当前期望的运行模式，可设置成，在预定的时间段中评估相应的分段与驾驶员或自动控制系统的关联性的分布或时间上先后相继的关联性的逻辑关系。为此，例如可在预定的时间段上获得与驾驶员和/或自动控制系统相关联的分段的直方图、也就是说频率分布。根据直方图可确定，谁、也就是说是驾驶员还是自动控制系统，何时、也就是说在哪个分段中，如何程度地、也就是说利用怎样的转向力矩，以及如何频繁地作用到车辆的转向系统上。在考虑在相应的分段中作用到转向系统上的转向力矩的情况下，还可推断出转向角变化的方向。这意味着，根据这种分布可推断出，驾驶员是否被管束、也就是说被自动控制系统持续地“过度控制”，或者驾驶员当前可靠还是不可靠，或者驾驶员是否认可自动控制系统的行为。相应地，可设置成，根据相应分段和在这些分段中提供的转向力矩的关联性的分布，将驾驶员的情况分成三种类别“可靠”、“不可靠”和“被管束”中的一个。

例如对于确定了其中自动控制系统提高当前转向力矩的第一分段并且随后确定了其中驾驶员减小当前转向力矩或提供与由自动控制系统提供的转向脉冲相反的转向脉冲的第二分段的情况，可从认为，自动控制系统在第一分段中“过度控制”或管束驾驶员并且驾驶员不认可自动控制系统的控制行为。

在所提出的方法的另一可能的设计方案中，借助于机械学习器将关联性的分布与这样的情况相关联，即，在该情况中，主要借助于由自动控制系统提供的控制命令控制车辆，或与这样的情况相关联，即，在该情况中主要借助于由驾驶员提供的控制命令控制车辆。

为了将相应获得的、相应分段与驾驶员或自动控制系统的关联性的分布自动地与行驶情况或预先给定的类别相关联，并且将自动控制系统调整到该行驶情况或类别上，可使用机械学习器、例如人工神经元网络或所谓的“支持向量机”，其根据预定的或甚至学到的样式/模式将关联性的相应分布与行驶情况相关联。在使用机械学习器的情况下，可在考虑驾驶员的个人喜好的情况下独立地匹配关联性的相应分布与行驶情况的关联特性。在此，为驾驶员学到的、用于分布与行驶情况的关联性的规则例如被储存在驾驶员资料中并且可对于不同的驾驶员进行更换或输出到其它车辆中。

此外，本发明涉及一种用于车辆的转向系统，其具有第一转向角传感器、第二转向角传感器和控制器，其中，控制器被配置成用于，将用于加载车辆转向装置的转向力矩曲线分割成多个其中转向力矩曲线连续地上升或下降的分段，并且其中，控制器还配置成用于，将由车辆的驾驶员引起的且由车辆的第一转向角传感器在相应的分段开始时获取的车辆转向杆的第一部分的第一角加速度与由车辆的自动控制系统引起的且由车辆的第二转向角传感器在相应的分段开始时获取的、与转向杆相连接的齿条的第二角加速度或车辆转向杆的第二部分的第二角加速度相比较，并且根据比较结果，将相应于相应分段的转向力矩曲线与驾驶员或自动控制系统相关联。

所提出的控制系统特别是用于执行所提出的方法。

在所提出的控制系统的可能的设计方案中规定，第一转向角传感器配置成用于，在车辆的方向盘与叠加转向装置之间的区域中检测转向杆的运动。此外规定，第二转向角传感器配置成用于，在齿条与叠加转向装置之间的区域中检测通过齿条的运动引起的转向杆的运动。

显然也可设想的是，第二转向角传感器配置成用于，直接在齿条处检测齿条的运动。

从说明书和附图中得到其它优点和设计方案。

可理解的是，以上所述的和以下还将解释的特征不仅可在相应给出的组合中使用，而且也可在其它组合中或单独使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

根据在附图中的实施形式示意性地示出且参考附图示意性地且详细地描述本发明。

图1示出了配置成用于执行根据本发明的方法的可能性的设计方案的转向系统的示意图，

图2a示出了在执行根据本发明的方法的可能的设计方案时借助于第一转向角传感器获得的转向力矩的分布，

图2b示出了在执行根据本发明的方法的可能的设计方案时借助于第二转向角传感器获得的转向力矩的分布。

具体实施方式

在图1中示出了具有方向盘3、具有叠加转向装置7的转向杆5和通过扭转杆11与转向杆相连接的齿条9的转向系统1。

为了改变转向系统1的转向角，如通过箭头13指出的，驾驶员可使方向盘3运动，由此转向杆5转动。通过扭转杆11将转向杆5的转动传递到齿条9上并且最终传递到包括转向系统1的车辆的相应的车轮上。

可设想的是，扭转杆11用作对作用到齿条上的转向力矩进行检测的传感器。相应地，通过扭转杆11不仅可检测通过驾驶员借助于方向盘3施加到转向杆5上的转向力矩，而且可检测由自动控制系统通过作用到齿条9上的执行器提供的转向力矩(如通过箭头15指出的)。

叠加转向装置7用作在待由驾驶员操作的转向系统1的部分与待由自动控制系统致动的转向系统1的部分之间的一种离合器。相应地可出现的是，由自动控制系统通过齿条9使布置在叠加转向装置7之下的、转向杆5的第二部分17在第一方向上运动，并且由驾驶员通过方向盘3使转向杆5的布置在叠加转向装置7之上的第一部分19在与第一方向相反的第二方向上运动。视由自动控制系统或驾驶员提供的扭矩的强度而定，齿条9在第一或第二方向上运动并且转向杆9的部分17或部分19“随着一起转动”。

为了获取作用到第一部分19上的扭矩或相应的角速度(根据该角速度可计算作用到第一部分19上的扭矩)，在第一部分19处设置第一转向角传感器。相应地，在第二部分17处设置第二转向角传感器。

在图2a中示出了图表形式的直方图20，其在横坐标21上示出了以[Nm]为单位的由驾驶员产生或消除的转向力矩，并且在纵坐标23上示出了频率。相应地，在该图表中示出的柱条代表了如下区域的数量，即，在该区域中已经检测到了转向力矩的持续或连续产生或消除并且该区域被与相应的车辆的驾驶员相关联。

在此，当驾驶员在相应的区域中提供比车辆的自动控制系统更大的转向力矩时，将该区域与驾驶员相关联。

直方图20示出，驾驶员常常提供在-0.5Nm至0.5Nm的范围中的低的转向力矩，而更少地提供-1.5Nm或1.25Nm的强的转向力矩。这意味着，驾驶员在基于该直方图的时间范围中常常进行稍微的修正，或者常常在方向盘处进行转动，但是之后又松开方向盘，由此相应地消除了之前提供的转向力矩。

直方图30在横坐标31上示出了以[Nm]为单位的由车辆的自动控制系统产生或消除的转向力矩并且在纵坐标33上示出了频率，与图表形式的直方图30相比，可看出，自动控制系统产生或消除小得多的转向力矩。在此，特别是注意与直方图20相比变化了的横坐标31的标度。

直方图20和30因此表示如下场景的转向力矩曲线，即，在该场景中自动控制系统被激活并且引起车辆居中地在车道中取向。由于驾驶员更希望车辆在车道边缘处取向，驾驶员持续地通过较小的转向运动修正车辆的取向。

Claims (12)

1.一种用于识别具有自动控制系统的车辆的控制情形的方法，其特征在于，将加载车辆转向装置的转向力矩曲线分割成多个分段，在所述分段中转向力矩曲线连续地上升或下降，其中，将由车辆驾驶员引起的、由车辆的第一转向角传感器在相应的分段开始时获取的、转向杆(5)的第一部分(19)的第一角加速度与由自动控制系统引起的、由车辆的第二转向角传感器在相应的分段开始时获取的、与所述转向杆(5)相连接的齿条(9)的第二角加速度或转向杆(5)的第二部分(17)的第二角加速度相比较，其中，根据所述第一角加速度与所述第二角加速度的比较结果，将相应于相应分段的转向力矩曲线与驾驶员或自动控制系统相关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于转向力矩在所述分段的持续时间上的积分获得在相应的分段中作用到所述转向装置上的转向力矩并且将该转向力矩与该相应的分段相关联。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如此动态地调节所述自动控制系统，使得在相应的与所述驾驶员相关联的分段中获得的转向力矩和在相应的与所述自动控制系统相关联的分段中获得的转向力矩之间的差最小化。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于布置在所述转向杆(5)与所述齿条(9)之间的扭矩传感器(11)获得所述转向力矩曲线。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据与所述驾驶员或所述自动控制系统相关联的分段的序列推断出所述车辆的当前控制情形，并且根据当前识别的控制情形调节所述自动控制系统。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于在预定的持续时间上所有分段都与所述自动控制系统相关联的情况，识别出如下控制情形，即，在其中，所述驾驶员未通过所述车辆的方向盘提供控制命令并且主要借助于所述自动控制系统控制所述车辆。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述车辆当前处于借助于所述自动控制系统控制车辆的状态中并且至少一个分段与所述驾驶员相关联的情况，识别出如下控制情形，即，在其中，驾驶员希望从自动的控制情形变换到手动的控制情形中并且主要借助于由驾驶员提供的控制命令来控制所述车辆。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，获得各个分段与驾驶员或自动控制系统的关联性的在预定的时间段上的分布(20、30)，并且根据所述关联性的分布(20、30)，主要借助于由所述自动控制系统提供的控制命令或主要借助于由所述驾驶员提供的控制命令来控制所述车辆。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，借助于机械学习器将所述关联性的分布(20、30)与如下情形相关联，即，在其中主要借助于由所述自动控制系统提供的控制命令控制所述车辆，或与如下情形相关联，即，在其中主要借助于由所述驾驶员提供的控制命令控制所述车辆。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述转向杆(5)的第一部分(19)通过叠加转向装置(7)与所述转向杆(5)的第二部分(17)分隔开。

11.一种用于车辆的转向系统，具有第一转向角传感器、第二转向角传感器和控制器，其中，所述控制器被配置用于，将加载车辆转向装置的转向力矩曲线分割成多个分段，在这些分段中转向力矩曲线连续地上升或下降，此外所述控制器被配置用于，将由车辆驾驶员引起的、由车辆的第一转向角传感器在相应的分段开始时检测到的、转向杆(5)的第一部分(19)的第一角加速度与由自动控制系统引起的、由车辆的第二转向角传感器在相应的分段开始时检测到的、与所述转向杆(5)相连接的齿条(9)的第二角加速度或转向杆(5)的第二部分(17)的第二角加速度相比较，根据所述比较结果，将相应于相应分段的转向力矩曲线与驾驶员或自动控制系统相关联。

12.根据权利要求11所述的转向系统，其特征在于，所述第一转向角传感器被配置用于，在车辆方向盘(3)与叠加转向装置(7)之间的第一区域(19)中对转向杆(5)的运动进行检测，所述第二转向角传感器被配置用于，在齿条(9)与叠加转向装置(7)之间的第二区域(17)中对通过齿条(9)的运动引起的转向杆(5)的运动进行检测。