CN108422994B - 安全停止装置和装备其的自主道路车辆 - Google Patents

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Abstract

用于自主道路车辆(2)的安全停止装置(1)，车辆具有控制网络(11)和传感器(12)及用于处理传感器和通信信号且提供用于横向和纵向控制的控制信号的自主驾驶‑控制单元(13)。主制动‑控制单元(4)设置为监控用于故障的纵向控制信号且一旦确定故障则被设置为执行独立于自主驾驶‑控制单元而存储的纵向控制曲线从而控制车轮制动器(6)执行制动至停止。主转向‑控制单元(8)设置为监控用于故障的横向控制信号且一旦确定故障则被设置为控制主转向致动器(9)遵循独立于自主驾驶‑控制单元存储的横向控制轨迹，在执行横向控制轨迹期间若尚未触发则同时触发主制动‑控制单元以执行存储的纵向控制曲线来控制车轮制动器执行制动至停止。

Description

安全停止装置和装备其的自主道路车辆
技术领域
本发明涉及一种适用于自主道路车辆的安全停止装置，所述自主道路车辆包括具有主制动-控制单元和可操作地连接于车轮制动器的主制动回路的主制动系统以及具有主转向-控制单元和可操作地连接于转向轮的主转向致动器的主转向系统，所述自主道路车辆进一步具有控制网络和用于监控自主道路车辆周围环境和运动的传感器以及用于处理传感器和通信信号且提供用于横向和纵向控制以能够连续自主驾驶车辆的控制信号的自主驾驶-控制单元。
本发明还涉及一种适用于自主道路车辆，其包括具有主制动-控制单元和可操作地连接于车轮制动器的主制动回路的主制动系统以及具有主转向-控制单元和可操作地连接于转向轮的主转向致动器的主转向系统，所述自主道路车辆进一步具有控制网络和用于监控自主道路车辆周围环境和运动的传感器以及用于处理传感器和通信信号且提供用于横向和纵向控制以能够连续自主驾驶包括安全停止装置的车辆的控制信号的自主驾驶-控制单元。
背景技术
汽车技术的一个快速发展领域是自主或半自主驾驶能力领域。通过引入用于感测车辆运动和周围环境的传感器以及用于控制不同车辆功能例如转向、节流和制动的致动器使之成为可能。车载数据处理能力的增加与这些传感器和致动器关系密切，因此使得自主或半自主驾驶能力成为可能。
当车辆在意味着其驾驶员不需要执行操纵的自主模式下运行时，车辆通常取决于作为输入的多个数据源以执行自主驾驶，例如周围车辆、行车道、障碍物、来自导航系统的数据等等的检测。这些输入的提供通常取决于使得自主驾驶模式成为可能的控制网络、传感器和信号系统。
在自主功能承担特定驾驶任务的情形下，通常要求系统的制造商表明风险水平足够低。对于自主道路车辆来说，这通常意味着系统必须能够计划和实现用于所有可能情况的安全车辆轨迹。
因此，在车辆不能保证经过更长的时间跨度安全驾驶的情形下，它必须将控制移交至驾驶员或令车辆安全停止。如果在重要系统部件上检测到故障则需要这样。
因而需要一种方案，其能安全处理其中严重的系统故障导致自主道路车辆的控制系统不能维持安全自主驾驶的当前性能这种情况。
发明内容
此处的实施例旨在提供在导致其控制系统不能完成自主驾驶的严重系统故障时能够安全地使得自主道路车辆停住的改进安全停止装置。
这可通过一种适用于自主道路车辆的安全停止装置来提供，其包括具有主制动-控制单元和可操作地连接于车轮制动器的主制动回路的主制动系统以及具有主转向-控制单元和可操作地连接于转向轮的主转向致动器的主转向系统，所述自主道路车辆进一步具有用于监控所述自主道路车辆周围环境和运动的传感器和控制网络以及用于处理传感器和通信信号且提供能够连续自主驾驶车辆的横向和纵向控制控制信号的自主驾驶-控制单元，其中安全停止装置进一步包括：主制动-控制单元被设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于自主驾驶-控制单元存储的纵向控制曲线从而控制车轮制动器执行制动至停止；并且主转向-控制单元被进一步设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制所述主转向致动器遵循独立于所述自主驾驶-控制单元存储的横向控制轨迹，并且，若尚未触发则在执行所述横向控制轨迹期间同时触发所述主制动-控制单元以执行所述存储的纵向控制曲线来控制所述车轮制动器执行制动至停止。
根据第二方面，它进一步包括：包括次级制动-控制单元和可操作地连接于车轮制动器的次级制动回路的冗余制动系统，以及包括次级转向-控制单元和可操作地连接于转向轮的次级转向致动器的冗余转向系统，其中次级制动-控制单元在主制动系统故障时被设置为超控执行由主制动-控制单元执行的任何纵向控制曲线并且从自主驾驶-控制单元接收用于纵向控制的控制信号并且基于此执行所述车辆的纵向控制；其中次级转向-控制单元在主转向系统故障时被设置为超控执行由主转向-控制单元执行的任何横向控制轨迹并且从自主驾驶-控制单元接收用于横向控制的控制信号并且基于此执行车辆的横向控制；其中当由于主制动系统故障而次级制动-控制单元运行时，次级制动-控制单元被进一步设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于自主驾驶-控制单元存储的纵向控制曲线从而控制车轮制动器执行制动至停止；并且当由于主转向系统故障而次级转向-控制单元运行时，次级转向-控制单元被进一步设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制次级转向致动器遵循独立于自主驾驶-控制单元存储的横向控制轨迹，并且，若尚未触发则同时触发所述主和次级制动-控制单元中运行的单元以执行其相关的纵向控制曲线来控制车轮制动器执行制动至停止。
如果主制动器和转向系统之一遭遇影响它们可用性的问题则冗余制动器和转向系统的设置提供了可靠的方案。
根据第三方面，自主驾驶-控制单元被设置为连续地计算纵向控制曲线至停止并且发送所述最近计算的纵向控制曲线至停止用于独立于自主驾驶-控制单元存储，或者使用独立于自主驾驶-控制单元存储的固定的预定纵向控制曲线至停止。
控制车轮制动器遵循最近计算的纵向控制曲线或固定的预定纵向控制曲线至停止就改进了停止动作的安全性。
根据第四方面，自主驾驶-控制单元进一步被设置为连续地计算横向控制轨迹并且发送最近计算出的横向控制轨迹用于独立于自主驾驶-控制单元存储。
连续地计算横向控制轨迹并且发送最近计算出的横向控制轨迹用于独立于自主驾驶-控制单元存储提供了确保即使自主驾驶-控制单元变得不可用、最近横向控制轨迹也可用的有效方式。
根据第五方面，每个可用的转向-控制单元被设置为基于通过车辆运动测量值获得的推算车辆位置执行横向控制轨迹。
每个可用的转向-控制单元被设置为基于通过车辆运动测量值获得的推算车辆位置执行横向控制轨迹，这就提供了用于执行横向控制轨迹的可靠车辆定位。
根据第六方面，通过一个或多个车轮转速传感器和集成在每个可用的转向-控制单元中的相应的第一运动测量装置例如相应第一惯性运动单元中的至少一个提供所述车辆运动测量值。
通过一个或多个车轮转速传感器和集成在每个可用的转向-控制单元中的相应的第一运动测量装置例如相应第一惯性运动单元中的至少一个提供运动测量值就提供了用于执行横向控制轨迹的可靠车辆定位的适宜方案。
根据第七方面，由相应的第一运动测量装置提供的车辆运动测量值为了消除慢偏置漂移(slow bias drifts)被设置为利用由每个可用的转向-控制单元之外的相应的第二运动测量装置例如相应第二惯性运动单元提供的或由可用的车辆定位数据融合提供的车辆运动测量值连续地被校准。
由相应的第一运动测量装置提供的车辆运动测量值被设置为利用由每个可用的转向-控制单元之外的相应第二运动测量装置例如相应的第二惯性运动单元提供的或由融合可用的车辆定位数据提供的车辆运动测量值进行连续地校准，与之前的实施例相比，这就提供了能够利用低质量的、从而不那么昂贵的第一运动测量装置例如惯性运动单元的方案，使得只要通信可用则可能从第一运动测量装置消除慢偏置漂移。
根据第八方面，通过一个或多个车轮转速传感器和每个可用的转向-控制单元之外的相应第三运动测量装置例如相应第三惯性运动单元中的至少一个提供车辆运动测量值并且利用相应的专用的可靠通信链路例如相应的屏蔽通信链路与其通信。
通过一个或多个车轮转速传感器和每个可用的转向-控制单元之外的相应第三运动测量装置中的至少一个提供车辆运动测量值并且利用相应的专用的可靠通信链路与其通信，这就提供了高度可靠的方案，因为第三运动测量装置不受任何可用转向-控制单元的任何限制。
根据第九方面，自主驾驶-控制单元进一步被设置为基于横向控制轨迹连续地计算小齿轮角矢量并且发送最近计算的小齿轮角矢量用于独立于自主驾驶-控制单元的存储，并且每个可用的转向-控制单元进一步被设置为一旦确定横向控制信号故障则控制其相应的转向致动器以执行所存储的小齿轮角矢量而非横向控制轨迹。
基于横向控制轨迹连续地计算小齿轮角矢量并且发送最近计算的小齿轮角矢量用于独立于自主驾驶-控制单元的预期被执行的存储，并且每个可用的转向-控制单元进一步被设置为一旦确定横向控制信号故障则控制其相应的转向致动器以执行所存储的小齿轮角矢量而非横向控制轨迹，这就提供了一种方案，其消除了对除用于执行所存储小齿轮角矢量以提供横向控制的小齿轮角测量值以外的其它运动测量值的需要。
根据第十方面，它进一步被设置为确定要求自主驾驶-控制单元的动作的任何制动系统或转向系统故障，所要求的自主驾驶-控制单元的动作例如是自主道路车辆的控制移交给其驾驶员或提供降级的自主控制模式例如能够以更低速度自主行进的降级自主控制模式，并且若在确定这种故障之后自主驾驶-控制单元在预定时段Δt内尚未采取所需动作，则制动-控制和转向-控制单元被设置为控制车轮制动器执行制动至停止并且运行的转向致动器遵循横向控制轨迹。
安全停止装置进一步被设置为确定如上所述要求的自主驾驶-控制单元的动作的任何制动系统或转向系统故障，并且若在确定这种故障之后自主驾驶-控制单元在预定时段Δt内尚未采取所需动作，则制动-控制和转向-控制单元被设置为控制车轮制动器执行制动至停止并且运行的转向致动器遵循横向控制轨迹，这就提供了一种确保即使故障最初已防止触发也能提供安全停止且执行安全停机动作的方案。
根据第十一方面，制动-控制和转向-控制单元进一步被设置为确定故障类型并且根据所确定的故障类型设定预定时段Δt。
确定故障类型并且根据所确定的故障类型设定预定时段Δt提供了可能令用于不那么严重故障的时间更长并且减少用于更严重故障的反应时间。
根据第十二方面，制动-控制和转向-控制单元进一步被设置为根据当前车辆情况例如车辆行进速度设定预定时段Δt。
根据当前车辆情况设定预定时段Δt通过例如如果车辆行进速度增加则减少反应时间(反之亦然)而提供了可能加强安全性的方案。
根据第十三方面，任何横向控制轨迹或小齿轮角矢量被设置为分配和存储于任何可用的转向-控制单元并且任何横向控制轨迹被设置为分配和存储于任何可用的制动-控制单元。
将任何横向控制轨迹或小齿轮角矢量分配和存储于任何可用的制动-控制单元提供了确保若自主驾驶-控制单元或与其的通信变得不可用则能够提供安全停机的适宜方案。
根据第十四方面，它进一步被设置为包括被设置为接近制动和转向系统且与其制动和转向-控制单元可靠通信的一个或多个可选横向和纵向控制单元，任何横向控制轨迹、小齿轮角矢量和纵向控制曲线能够独立于自主驾驶-控制单元地分配和存储于所述一个或多个可选横向和纵向控制单元。
一个或多个可选横向和纵向控制单元被设置为接近制动和转向系统且用于与其可靠通信，任何横向控制轨迹、小齿轮角矢量和纵向控制曲线能够分配和存储于可选的横向和纵向控制单元，这就提供了用于确保如果自主驾驶-控制单元或与其的通信变得不可用则能够提供安全停机的可选适宜方案。
根据最后一个方面，提供了一种自主道路车辆，其包括具有主制动-控制单元和可操作地连接于车轮制动器的主制动回路的主制动系统以及具有主转向-控制单元和可操作地连接于转向轮的主转向致动器的主转向系统，自主道路车辆进一步具有用于监控所述自主道路车辆周围环境和运动的传感器和控制网络以及用于处理传感器和通信信号且提供能够连续自主驾驶车辆的横向和纵向控制控制信号的自主驾驶-控制单元，其包括如上的安全停止装置。
如上的自主道路车辆能够在严重系统故障导致其控制系统不能完成自主驾驶的情形下安全地令自身停止。
附图说明
在下文中，将仅仅参照附图经由示例更详述此处的实施例，其中：
图1是包括根据此处实施例的安全停止装置的自主道路车辆的示意图。
图2是根据此处一些实施例如何通过相应的导电罩克服次级制动-控制单元和次级转向-控制单元的电磁兼容性问题的示意图。
图3a是根据此处一些实施例第一运动测量装置如何集成在可用的转向-控制单元中的示意图。
图3b是通过根据图3a的相应第一运动测量装置提供的车辆运动测量值如何能够被连续地校准从而通过与其通信的由可用转向-控制单元之外的第二运动测量装置提供的车辆运动测量值来消除慢偏置漂移的示意图。
图3c是如何通过可用转向-控制单元之外的第三运动测量装置提供车辆运动测量值且利用专用的可靠通信链路与其通信的示意图。
此处实施例的另一些目的和特征将根据以下结合附图考虑的详细说明更为清楚。但是可以理解，附图仅被设计为说明而非对范围的限定，范围受到所附权利要求的限定。应当进一步理解，附图不一定是按比例绘制的，除非另有陈述，它们仅意图概念上地示出此处描述的结构和工序。
具体实施方式
本发明提出且在图1示出了提供一种在故障时能够安全地令自主道路车辆2停止的改进安全停止装置1的方案。多个系统部件可能同时出现故障，例如由于主动力损失或电磁干扰(EMI)所致的通信损失，并且可能没有执行自主驾驶的足够信息或功能。
根据图1的自主道路车辆2，其正常行进正向如图1中短划线箭头20所示，其包括主制动系统3和主转向系统7，主制动系统3包括主制动-控制单元4和可操作地连接于设置在相应车轮10、21处的车轮制动器6的主制动回路5(实线)，主转向系统7包括主转向-控制单元8和可操作地连接于自主道路车辆2的转向轮10(通常为前端车轮10偶尔为后端车轮21或二者)的主转向致动器9。主转向-控制单元8和主转向致动器9如图1中的点线所示可操作地连接。
自主道路车辆2进一步具有用于监控自主道路车辆2周围环境和运动的传感器12和控制网络11(如图1中方框示意性示出)以及自主驾驶-控制单元13，自主驾驶-控制单元13用于处理传感器和通信信号且提供用于能够连续自主驾驶车辆2的横向和纵向控制的控制信号。
传感器12例如可能基于摄像机、雷达(radar)和激光探测与测量(lidar)技术用于监控自主道路车辆2的周围环境，以及例如基于横摆率传感器、加速度计、回转仪和车轮转速传感器用于监控自主道路车辆2的运动。
为了确保自主道路车辆2能够在故障时甚至在有限通信或没有通信的情形下安全停止，建议给上述自主道路车辆2配备安全停止装置1。
在安全停止装置1中，主制动-控制单元4被设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于自主驾驶-控制单元13而存储的纵向控制曲线(control profile)从而控制车轮制动器6执行制动至停止。
主转向-控制单元8被进一步设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制主转向致动器9遵循独立于自主驾驶-控制单元13存储的横向控制轨迹，并且，在执行横向控制轨迹期间若尚未触发主制动-控制单元4，则同时触发主制动-控制单元4以执行所存储的纵向控制曲线来控制车轮制动器6执行制动至停止。
独立于自主驾驶-控制单元13地存储纵向控制曲线和横向控制轨迹确保了在自主驾驶-控制单元13或与其的通信不可用时车辆2能够完成安全停止。
根据一些其它实施例和为了提供可靠的方案，如果主制动和转向系统3、7任意一个遭遇影响它们的可用性的问题，安全停止装置1进一步包括冗余的制动系统14，制动系统14包括次级制动-控制单元15和由短划线所示可操作地连接于车轮制动器6的次级制动回路16。
次级制动回路16可例如利用通常设置的双回路制动系统实现，其中两个独立的回路分别作用于两个前轮和一个后轮上。这种回路的第一个随后可用作主制动回路5并且第二个用作次级制动回路16。
安全停止装置1进一步包括冗余的转向系统17，其包括次级转向-控制单元18和可操作地连接于转向轮10的次级转向致动器19。
次级制动-控制单元15在主制动系统3故障时被设置为超控执行由主制动-控制单元4执行的任何纵向控制曲线并且从自主驾驶-控制单元13接收用于纵向控制的控制信号并且基于此执行车辆2的纵向控制。
次级转向-控制单元18在主转向系统7故障时被设置为超控执行由主转向-控制单元8执行的任何横向控制轨迹并且从自主驾驶-控制单元13接收用于横向控制的控制信号并且基于此执行车辆的横向控制。
如果任一主系统经历故障则这提供了冗余，因此可维持自主驾驶。
在由于主制动系统3故障而次级制动-控制单元15运行时，次级制动-控制单元15进一步被设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于自主驾驶-控制单元13而存储的纵向控制曲线从而控制车轮制动器6执行制动至停止。
当由于主转向系统7故障而次级转向-控制单元18运行时，次级转向-控制单元18被进一步设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制次级转向致动器19遵循独立于自主驾驶-控制单元13存储的横向控制轨迹，并且，若尚未触发则同时触发主和次级制动-控制单元4、15中运行的一个以执行其相关的纵向控制曲线来控制车轮制动器6执行制动至停止。
次级转向-控制单元18和次级转向致动器19如图1的点划线所示可操作地连接。在主转向致动器9是电能辅助转向(EPAS)的电动机时，次级转向致动器19可体现为该电动机的第二单独绕组。
自主驾驶-控制单元13在一些实施例中进一步被设置为：考虑到存在的任何障碍物例如其它车辆、行人和固定的路边物体而连续地计算纵向控制曲线至停止且发送最近计算出的独立于自主驾驶-控制单元13存储的纵向控制曲线至停止，或者使用独立于自主驾驶-控制单元13存储的固定的预定纵向控制曲线至停止。独立于自主驾驶-控制单元13的存储包括未示出的存储器工具以便有利于存储纵向控制曲线并通过其至停止。
触发主和次级制动-控制单元4、15中运行的一个以执行其相关的纵向控制曲线从而控制车轮制动器6执行制动至停止可例如通过令主和次级转向-控制单元8、18中运行的一个发信号——它处于遵循最近计算的横向控制轨迹的过程中——至主和次级制动-控制单元4、15中运行的一个来执行；或可选地，通过主和次级转向-控制单元8、18中运行的一个连续地发信号——不运行——至主和次级制动-控制单元4、15中运行的一个且设置成若缺失这种信号则触发主和次级制动-控制单元4、15中运行的一个来执行。
主和次级制动和转向控制单元4、15、8、18以及控制网络11、传感器12和自主驾驶-控制单元13全部被适宜地设置为通过车辆间通信网络22例如车用控制器局域网总线等等彼此通信。
自主道路车辆2的更多细节例如转向和节流控制系统等等有意地在图1中忽略从而不会掩盖有助于理解根据本发明的安全停止装置1的细节。但是所属技术领域的技术人员能够很容易理解这些进一步的细节。
根据一些实施例，自主驾驶-控制单元13进一步被设置为连续地计算横向控制轨迹并且发送最近计算出的横向控制轨迹用于独立于自主驾驶-控制单元13地存储。通过连续地计算横向控制轨迹并且发送最近计算出的横向控制轨迹用于独立于自主驾驶-控制单元13地存储，提供了确保即使自主驾驶-控制单元13不可用也可用最近横向控制轨迹的有效方式。
在进一步的实施例中，每个可用的转向-控制单元8、18被设置为基于通过车辆运动测量值获得的推算车辆位置执行横向控制轨迹。藉此提供了用于执行横向控制轨迹的可靠车辆2定位。
在进一步的有利实施例中，由图2中示意性的部分切除视图所示，通过相应的导电罩23、24例如相应的金属外壳克服次级制动-控制单元15和次级转向-控制单元18的电磁兼容性问题。
这种导电罩23、24例如能够通过由电镀或真空沉积制得或由包含导电填料的复合材料或由导电聚合物、其组合物等等制成的金属镀层提供电磁干扰(EMI)保护，藉此提供了确保即使由于电磁兼容性问题自主道路车辆2的控制系统不能执行自主驾驶，次级制动-控制单元15和次级转向-控制单元18也将维持运行的有效方式。
在一些实施例中，导电罩23、24是例如能够通过由金属板、金属网、其组合等等制成的相应金属外壳。这是提供防止电磁兼容性问题的成熟的、成本有效的方式。
如果自主道路车辆的供电系统未显示对电磁兼容性问题敏感，在有些情况下可能有必要确保充分地防止供至次级制动-控制单元15和次级转向-控制单元18的电源出现这种电磁兼容性问题，如上所述，例如通过导电防护罩。
应注意到，次级制动-控制单元15和次级转向-控制单元18可以是带有克服电磁兼容性问题的正常施加防护的标准制动和转向控制单元，但适宜地适于与此处描述的安全停止装置1一同使用。然而，优选次级制动-控制单元15和次级转向-控制单元18的防护的执行标准高于其它车辆部件，例如主制动-控制单元4和主转向-控制单元8。
在第一变型实施例中，如图3a示意性地示出，每个可用的转向-控制单元8、18被设置为基于通过一个或多个车轮转速传感器和集成在每个可用的转向-控制单元8、18内的相应的第一运动测量装置25(例如相应的第一惯性运动单元)中的至少一个所提供的车辆运动测量值而获得的推算车辆位置来执行横向控制轨迹。藉此提供了用于执行横向控制轨迹的可靠车辆2定位的适宜方案，其受益于能够提供高精度车辆运动测量值的高质量惯性运动单元。
根据第二变型实施例，如图3b示意性地示出，为了消除慢偏置漂移，由相应的第一运动测量装置25提供的车辆运动测量值被设置为利用由每个可用的转向-控制单元8、18之外的相应第二运动测量装置26(例如相应的第二惯性运动单元)提供的或通过融合可用的车辆定位数据提供的车辆运动测量值进行连续地校准。与第一变型实施例相比，这种方案能够利用集成在每个可用的转向-控制单元8、18中的低质量的因此不那么昂贵的惯性运动单元。只要通信可用，第二变型实施例使得可能消除来自第一运动测量装置25的任何偏置。在失去通信时，第一运动测量装置25没有偏置并且只需要在执行横向控制轨迹动作期间处理测量值。
在如图3c示意性地示出的第三变型实施例中，建议车辆运动测量值由一个或多个车轮转速传感器以及每个可用的转向-控制单元8、18之外的且利用相应的专用的可靠通信链路28(例如相应的屏蔽通信链路)与其通信相应的第三运动测量装置27(例如相应的第三惯性运动单元)中的至少一个提供。该方案更可靠，因为第三运动测量装置27没有由相关转向-控制单元8、18施加的任何限制。但是，为了确保可用性，利用专用的可靠通信链路28(例如适当的屏蔽)是最重要的。
因而，第一、第二和第三变型实施例如上所述能够基于推算的车辆位置数据执行横向控制轨迹。
可能构成或形成如上所述第一、第二和第三运动测量设备25、26、27的一部分的其它运动测量装置的示例包括但不局限于横摆率传感器、加速度计、回转仪、惯性导航或导航系统、指南针、回转罗盘、卫星导航系统(例如Global Positioning System(GPS))和这些元件的组合，以及若可用还可能来自其它传感器例如车轮转速传感器的信号。
为了消除对运动测量的需要，根据一些其它实施例，自主驾驶-控制单元13进一步被设置为基于横向控制轨迹连续地计算小齿轮角矢量并发送最近计算的小齿轮角矢量用于独立于自主驾驶-控制单元13的存储，并且每个可用的转向-控制单元8、18进一步被设置为一旦确定横向控制信号中的故障则控制其相应的转向致动器9、19以执行所存储的小齿轮角矢量而非横向控制轨迹。该方案要求精确地执行纵向控制曲线并且要求同时触发纵向控制曲线和所存储的小齿轮角矢量，从而消除了对除小齿轮角测量值以外的任何其它运动测量值用于执行安全车辆轨迹的需要。然而，小齿轮角轨迹的设计潜在地要求其它输入例如车辆动力参数、摩擦力和道路几何形状例如边坡(banking)。
根据另一些实施例，安全停止装置1进一步被设置为确定要求自主驾驶-控制单元13的动作的任何制动系统3、14或转向系统7、17故障，所要求的自主驾驶-控制单元13的动作例如是自主道路车辆2的控制移交给其驾驶员或提供降级的自主控制模式例如能够以更低速度自主行进的降级自主控制模式，并且若在确定这种故障之后在预定时段Δt内自主驾驶-控制单元13尚未采取所要求动作，则制动-控制和转向-控制单元4、15、8、18被设置为控制车轮制动器6执行制动至停止并且运行的转向致动器9、19遵循所述横向控制轨迹。该方案确保即使故障最初已经防止触发和执行安全停机动作也能提供安全的停机。
在一些实施例中，制动-控制和转向-控制单元4、15、8、18进一步被设置为确定故障类型并且根据确定的故障类型设定预定时段Δt。这种方案使得可能令用于不那么严重故障的时间更长并且减少用于更严重故障的反应时间。
根据又一些实施例，制动-控制和转向-控制单元4、15、8、18进一步被设置为根据当前车辆2情况例如车辆2行进速度设定预定时段Δt。该方案使得可能提供加强的安全性，例如如果车辆行进速度增加则通过减少反应时间，因为如果行进速度增加则增加的速度将令车辆2进一步在每单位时间内沿其轨迹。
根据一些其它实施例，任何横向控制轨迹或小齿轮角矢量被设置为分配和存储于任何可用的转向-控制单元8、18并且任何横向控制轨迹被设置为分配和存储于任何可用的制动-控制单元4、15。如果自主驾驶-控制单元13变得不可用或不能与其通信，则通过将任何横向控制轨迹或小齿轮角矢量分配和存储于任何可用的制动-控制单元4、15就提供了确保能够提供安全停机的适宜方案。
根据另一些其它实施例，如图1中的虚线方框31、32、33所示，安全停止装置1进一步包括被设置为接近制动和转向系统3、14、7、17且用于与制动和转向-控制单元4、15、8、18可靠通信的一个或多个可选的横向和纵向控制单元31、32、33，并且，能向可选的横向和纵向控制单元31、32、33独立于自主驾驶-控制单元13分配和存储任何横向控制轨迹、小齿轮角矢量和纵向控制曲线。可选的横向和纵向控制单元31、32、33被通常设置为与自主驾驶-控制单元13通信，但是如果自主驾驶-控制单元13变得不可用或与其的通信不可用则上述设备提供了用于确保能够执行安全停机的可选适宜方案。
如图1所示，可选的控制单元31典型地分配至主制动系统3并且可选的控制单元32分配至冗余制动系统14并且可选控制单元33例如分配至主转向系统7和冗余的转向系统17二者。还可能两个或更多可选控制单元31、32、33被集成在一个单元(未示出)内，其内部地冗余并且连接于主和次级制动和转向系统3、14、7、17。
最后，本发明还提出一种自主道路车辆2，其包括具有主制动-控制单元4和可操作地连接于车轮制动器6的主制动回路5的主制动系统3以及具有主转向-控制单元8和可操作地连接于转向轮10的主转向致动器9的主转向系统7，自主道路车辆2进一步具有用于监控自主道路车辆2周围环境和运动的传感器12和控制网络11以及用于处理传感器和通信信号且提供能够连续自主驾驶车辆2的横向和纵向控制控制信号的自主驾驶-控制单元13，其包括如上所述的安全停止装置1。
如上所述，自主道路车辆2能够安全地令其自身在如上所述的故障时停住。
上述实施例可在以下权利要求的范围内变化。
因此，已经示出和描述并且指出此处实施例的主要新型特征，很清楚可对所示装置的形式和细节做出各种省略、置换和改变，并且由本领域技术人员完成在这些操作。例如，很明显，以基本上相同的方式基本上实现相同功能从而获得相同结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合是等效的。此外，应当认识到，结合任何公开形式或此处实施例所示和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可与任何其它公开或描述或建议的形式或实施例合并，这是常规设计选择。

Claims (21)

1.一种适用于自主道路车辆(2)的安全停止装置(1)，所述自主道路车辆(2)包括具有主制动-控制单元(4)和可操作地连接于车轮制动器(6)的主制动回路(5)的主制动系统(3)以及具有主转向-控制单元(8)和可操作地连接于转向轮(10)的主转向致动器(9)的主转向系统(7)，所述自主道路车辆(2)进一步包括用于监控所述自主道路车辆(2)周围环境和运动的传感器(12)和控制网络(11)以及用于处理传感器和通信信号且提供用于使得自主道路车辆(2)能够连续自主驾驶的横向和纵向控制的控制信号的自主驾驶-控制单元(13)，
其特征在于：它进一步包括：
所述主制动-控制单元(4)被设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于所述自主驾驶-控制单元(13)而存储的纵向控制曲线从而控制所述车轮制动器(6)执行制动至停止；以及
所述主转向-控制单元(8)被进一步设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制所述主转向致动器(9)遵循独立于所述自主驾驶-控制单元(13)而存储的横向控制轨迹，并且，在执行横向控制轨迹期间，若尚未触发所述主制动-控制单元(4)则同时触发所述主制动-控制单元(4)以执行存储的纵向控制曲线来控制所述车轮制动器(6)执行制动至停止。
2.根据权利要求1所述的安全停止装置(1)，其特征在于：它进一步包括：
包括次级制动-控制单元(15)和可操作地连接于车轮制动器(6)的次级制动回路(16)的冗余制动系统(14)，以及包括次级转向-控制单元(18)和可操作地连接于转向轮(10)的次级转向致动器(19)的冗余转向系统(17)，
其中，所述次级制动-控制单元(15)在主制动系统(3)故障时被设置为超控执行由所述主制动-控制单元(4)执行的任何纵向控制曲线并从所述自主驾驶-控制单元(13)接收用于纵向控制的控制信号且基于此执行自主道路车辆(2)的纵向控制；
其中，所述次级转向-控制单元(18)在主转向系统(7)故障时被设置为超控执行由所述主转向-控制单元(8)执行的任何横向控制轨迹并从所述自主驾驶-控制单元(13)接收用于横向控制的控制信号且基于此执行自主道路车辆(2)的横向控制；
其中，当由于主制动系统(3)故障而所述次级制动-控制单元(15)运行时，所述次级制动-控制单元进一步被设置为监控用于故障的纵向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为执行独立于所述自主驾驶-控制单元(13)而存储的纵向控制曲线从而控制所述车轮制动器(6)执行制动至停止；并且
当由于主转向系统(7)故障而所述次级转向-控制单元(18)运行时，所述次级转向-控制单元(18)进一步被设置为监控用于故障的横向控制信号并且一旦确定这种故障则它被设置为控制所述次级转向致动器(19)以遵循独立于所述自主驾驶-控制单元(13)而存储的横向控制轨迹，并且，若尚未触发则同时触发所述主和次级制动-控制单元(4，15)中所运行的一个以执行其相关的纵向控制曲线来控制所述车轮制动器(6)执行制动至停止。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述自主驾驶-控制单元(13)被设置为连续地计算纵向控制曲线至停止并发送最近计算的纵向控制曲线至停止用于独立于所述自主驾驶-控制单元(13)的存储，或者使用独立于所述自主驾驶-控制单元(13)存储的固定的预定纵向控制曲线至停止。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述自主驾驶-控制单元(13)进一步被设置为连续地计算横向控制轨迹并且发送最近计算的横向控制轨迹用于独立于所述自主驾驶-控制单元(13)存储。
5.根据权利要求2所述的安全停止装置(1)，其特征在于：每个可用的转向-控制单元(8，18)被设置为基于通过自主道路车辆(2)的运动测量值获得的推算自主道路车辆(2)的位置执行横向控制轨迹。
6.根据权利要求5所述的安全停止装置(1)，其特征在于：自主道路车辆(2)的运动测量值通过一个或多个车轮转速传感器和集成在每个可用的转向-控制单元(8，18)中的相应第一运动测量装置(25)中的至少一个提供。
7.根据权利要求6所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述相应第一运动测量装置是相应第一惯性运动单元。
8.根据权利要求6所述的安全停止装置(1)，其特征在于：由相应第一运动测量装置(25)提供的自主道路车辆(2)的运动测量值为了消除慢偏置漂移被设置为利用由每个可用的转向-控制单元(8，18)之外的相应第二运动测量装置(26，32)提供的或由通过可用的自主道路车辆(2)的定位数据融合提供的自主道路车辆(2)的运动测量值连续地校准。
9.根据权利要求8所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述相应第二运动测量装置是相应第二惯性运动单元。
10.根据权利要求8所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述自主道路车辆(2)的运动测量值由一个或多个车轮转速传感器和每个可用的转向-控制单元(8，18)之外的并且利用相应的专用的可靠通信链路(28)与其通信的相应第三运动测量装置(27)中的至少一个提供。
11.根据权利要求10所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述相应第三运动测量装置是相应第三惯性运动单元。
12.根据权利要求10所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述相应的专用的可靠通信链路是相应的屏蔽通信链路。
13.根据权利要求2所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述自主驾驶-控制单元(13)进一步被设置为基于横向控制轨迹连续地计算小齿轮角矢量并且发送最近计算的小齿轮角矢量用于独立于所述自主驾驶-控制单元(13)的存储，并且每个可用的转向-控制单元(8，18)进一步被设置为一旦确定横向控制信号中的故障则控制其相关的转向致动器(9，19)以执行所存储的小齿轮角矢量而非所述横向控制轨迹。
14.根据权利要求2所述的安全停止装置(1)，其特征在于：它进一步被设置为确定要求所述自主驾驶-控制单元(13)的动作的任何制动系统(3，14)或转向系统(7，17)故障，所述动作是自主道路车辆(2)的控制移交给其驾驶员或提供降级的自主控制模式，并且进一步设置为若在确定这种故障之后预定时段(Δt)内所述自主驾驶-控制单元(13)尚未采取所要求的动作，则所述制动-控制单元(4，15)和转向-控制单元(8，18)被设置为控制车轮制动器(6)执行制动至停止并且所运行的转向致动器(9，19)遵循横向控制轨迹。
15.根据权利要求14所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述降级的自主控制模式是能够以更低速度自主行进的降级自主控制模式。
16.根据权利要求14所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述制动-控制单元(4，15)和转向-控制单元(8，18)进一步被设置为确定故障类型并且根据所确定的故障类型设定所述预定时段(Δt)。
17.根据权利要求14-16任意一项所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述制动-控制单元(4，15)和转向-控制单元(8，18)进一步被设置为根据当前自主道路车辆(2)的情况设定所述预定时段(Δt)。
18.根据权利要求17所述的安全停止装置(1)，其特征在于：所述当前自主道路车辆(2)的情况是自主道路车辆(2)的行进速度。
19.根据权利要求2所述的安全停止装置(1)，其特征在于：任何横向控制轨迹或小齿轮角矢量被设置为分配和存储于任何可用的转向-控制单元(8，18)，并且任何横向控制轨迹被设置为分配和存储于任何可用的制动-控制单元(4，15)。
20.根据权利要求2所述的安全停止装置(1)，其特征在于：它进一步包括被设置为接近制动系统(3，14)和转向系统(7，17)且用于与其制动-控制单元(4，15)和转向控制单元(8，18)可靠通信的一个或多个可选的横向和纵向控制单元(31，32，33)，任何横向控制轨迹、小齿轮角矢量和纵向控制曲线能够独立于所述自主驾驶-控制单元(13)被分配和存储于所述可选的横向和纵向控制单元(31，32，33)。
21.一种自主道路车辆(2)，包括具有主制动-控制单元(4)和可操作地连接于车轮制动器(6)的主制动回路(5)的主制动系统(3)以及具有主转向-控制单元(8)和可操作地连接于转向轮(10)的主转向致动器(9)的主转向系统(7)，自主道路车辆(2)进一步具有用于监控自主道路车辆(2)周围环境和运动的传感器(12)和控制网络(11)以及用于处理传感器和通信信号且提供能够连续自主驾驶自主道路车辆(2)的横向和纵向控制的控制信号的自主驾驶-控制单元(13)，其特征在于：它包括根据权利要求1-20任意一项所述的安全停止装置(1)。
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