CN109070858B - 用于确定安全关键的车辆横摆运动的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定车辆(100)的安全关键的横摆运动的方法。所述方法具有将预给定信号(231)与测量信号(225)进行比较(310)的步骤，以便产生比较信号(233)，所述预给定信号代表所述车辆(100)的关于所述车辆(100)的预计轨迹所求取的理论横摆速率，所述测量信号代表所述车辆(100)的基于所述车辆(100)的实际轨迹测量出的实际横摆速率。所述方法也具有如下复检所述比较信号(233)的步骤：所述比较信号(233)的幅度是否超过第一阈值，以便在超过所述第一阈值时提供检查信号(235)。所述方法还具有响应于所述检查信号(235)来如下研究所述比较信号(233)的步骤：所述比较信号(233)的频率是否超过第二阈值，以便在超过所述第二阈值时提供研究信号(237)。此外，所述方法具有响应于所述研究信号(237)来提供横摆运动信号(239)的步骤，所述横摆运动信号代表所述车辆(100)的安全关键的横摆运动。

Description

用于确定安全关键的车辆横摆运动的方法和设备
技术领域
本发明从一种用于确定安全关键的车辆横摆运动的设备或方法出发。本发明的主题也是一种计算机程序。
背景技术
横摆运动或者说摇摆或者说横向振动或侧向冲击可以涉及车辆的稳定性。这种运动的原因可能是各种各样的，例如环境条件、车辆状态、驾驶员行为等。横摆运动或者说摇摆的另一原因可能是带有拖车的驾驶。
WO 2011/042966A1描述一种用于检测车辆挂车的摇摆状态的设备和一种行为控制设备。
发明内容
在该背景下，借助在此提出的方案提出一种用于确定安全关键的车辆横摆运动的方法，此外提出一种使用该方法的设备，以及最后提出一种相应的计算机程序。通过在优选实施方式中列举的措施能够实现本发明方法和设备的有利扩展方案和改进方案。
根据实施方式，尤其可以基于行车道弯曲来实现对车辆的摇摆或者说侧向冲击或者说横摆运动的探测。例如，在使用对“所检测的与预先计算出的车辆路线的偏差”的分析情况下可以确定安全关键的车辆横摆运动。
有利地，即使车辆主动地被驾驶员或高度自动化的驾驶功能转向，根据实施方式尤其可以可靠地检测到例如由拖车引起的侧向冲击或者说横摆。通过对横摆运动或者说摇摆或侧向冲击的这种检测，例如可以及时、简单和可靠地使车辆稳定。
提出一种用于确定安全关键的车辆横摆运动的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
将预给定信号与测量信号进行比较，以便产生比较信号，该预给定信号代表关于车辆的预计轨迹所求取的车辆理论横摆速率，该测量信号代表基于车辆的事实上的轨迹测量出的车辆实际横摆速率；
如下复检比较信号，是否比较信号的幅度超过第一阈值，以便在超过第一阈值时提供检查信号；
响应于检查信号来如下研究比较信号，是否比较信号的频率超过第二阈值，以便在超过第二阈值时提供研究信号；和
响应于研究信号来提供横摆运动信号，该横摆运动信号代表安全关键的车辆横摆运动。
该方法例如可以在软件或硬件方面或以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制器中实现。安全关键的横摆运动能够影响驾驶安全性、驾驶舒适性等。预给定信号和附加或替代地测量信号也可以代表车辆相对于行驶方向的横向加速度。所述方法，尤其横摆运动信号，可以被用于使车辆稳定的车道保持功能或其它转向控制功能。
根据一个实施方式，可以在复检步骤中在使用比较信号的信号走向的导数情况下复检比较信号的信号走向的极限位置。在使用极限位置的情况下可以求取比较信号的幅度。当前，导数可以理解为对信号走向的一次或多次求微分或求导的结果。这种实施方式提供以下优点：可以以简单和快速的方式识别出第一阈值的超出或者说识别出安全关键的车辆路线偏差。
也可以在研究步骤中在使用比较信号的信号走向的导数情况下研究比较信号的信号走向的转折位置。在此，可以研究在一个时间区间内出现的转折位置的数量。在使用转折位置的情况下可以求取比较信号的频率。第二阈值可以涉及在一个时间区间内出现的转折位置的数量。这种实施方式提供以下优点：可以以简单和可靠的方式识别出第二阈值的超出或者说安全关键的车辆横摆运动。
尤其，可以在比较步骤中求预给定信号与测量信号的差值。在此，比较信号可以代表差值信号。这种实施方式提供以下优点：可以根据差值信号的振动或者说摆幅简单、快速和可靠地识别出可能安全关键的车辆路线偏差。
此外，所述方法可以具有从接至车辆的至少一个环境传感器的接口读取轨迹数据的步骤。在此，轨迹数据可以代表车辆的预计轨迹。至少一个环境传感器可以具有车辆摄像机尤其视频摄像机、雷达设备等。这种实施方式提供以下优点：可以基于这种数据准确和可靠地求取车辆的预计轨迹。
此外，所述方法可以具有在使用来自接至车辆的至少一个环境传感器的接口的轨迹数据情况下求取车辆的理论横摆速率的步骤，以便产生代表理论横摆速率的预给定信号。在此，轨迹数据可以代表车辆的预计轨迹。这种实施方式提供以下优点：可以精确和可靠地求取使用在所述方法中的车辆理论横摆速率。
根据一个实施方式，轨迹数据可以是借助车辆的至少一个环境传感器所检测的图像数据、视频数据并且附加或替代地可以是雷达数据，这些数据可以代表车辆行车道的行车道走向、车辆行车道的行车道弯曲并且附加或替代地代表车辆行车道的车道标记。在使用行车道走向、行车道弯曲或者说车道弯曲角度并且附加或替代地在使用车道标记的位置情况下可以求取车辆的理论横摆速率。这种实施方式提供以下优点：可以提供有说服力且可靠的数据基础用于求取车辆理论横摆速率。
在此提出的方案还实现一种设备，该设备构造为用于在相应的装置中执行、操控或转化在此提出的方法的变型的步骤。通过本发明的呈设备形式的这些实施变型也可以快速和有效地解决本发明所基于的任务。
为此，所述设备可以具有至少一个用于处理信号或数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个接至传感器或促动器的、用于读取传感器的传感器信号或用于将控制信号输出给促动器的接口和/或至少一个用于读取或输出被嵌入到通信协议中的数据的通信接口。所述计算单元例如可以是信号处理器、微型控制器等，其中，所述存储单元可以是闪存、EPROM或磁性存储单元。所述通信接口可以构造为用于无线地和/或有线地读取或输出数据，其中，可以读取或输出有线传输的数据的通信接口例如可以电地或光学地从相应的数据传输线路读取所述数据或将所述数据输出到相应的数据传输线路中。
当前，设备可以理解为一种电器具，该电器具处理传感器信号并且根据其输出控制信号和/或数据信号。所述设备可以具有接口，该接口可以在硬件和/或软件方面来构造。在硬件方面的构造中，该接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，该部分包含所述设备的各种不同功能。然而也可能的是，该接口是自有的集成电路或者至少部分地由离散的结构元件组成。在软件方面的构造中，该接口可以是软件模块，这些软件模块例如与其他软件模块并列地存在于微型控制器上。
在一个有利构型中，通过所述设备确定围绕车辆竖轴的可能安全关键的车辆运动。为此，所述设备例如可以访问传感器信号如图像信号、视频信号并且附加或替代地可以访问雷达信号。对辅助功能、安全功能等的操控例如通过促动器来进行，所述促动器构造为用于影响车辆的转向角。
计算机程序产品或具有程序代码的计算机程序也是有利的，所述程序代码可以储存在机器可读的载体或存储介质上，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器并且被用于尤其在所述程序产品或程序在计算机或设备上实施时执行、转化和/或操控根据前述实施方式所述的方法的步骤。
附图说明
在附图中示出并在接下来的说明书中详细阐述在此提出的方案的实施例。附图示出：
图1根据一个实施例的车辆运动的示意性比较图；
图2车辆中的根据一个实施例的设备的示意图；
图3根据一个实施例的方法的流程图；
图4根据一个实施例的确定过程的一个部分段的流程图；
图5根据一个实施例的确定过程的一个部分段的流程图；
图6根据一个实施例的信号的信号走向图。
在接下来对本发明有利实施例的描述中，对于在不同附图中示出且类似作用的元件使用相同或类似的附图标记，其中，省去对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出根据一个实施例的车辆100的运动的示意性比较图。为了解释运动，在此多次示出车辆100。在图1中，在行车道102上以两个不同的运动状态示出车辆100，所述行车道通过车道标记104来标记。在此，行车道102和车道标记104具有弯曲的走向。
图1中的示图被划分为两部分并且具有上部分视图和下部分示图。在上部分视图中，车辆100的第一轨迹106遵循行车道102或者说车道标记104的走向。换言之，上部分示图代表正常行驶的车辆100的示图。在下部分示图中，车辆100具有第二轨迹108，该第二轨迹相对于行车道102或者说车道标记104的走向多次弯曲。更确切地说，下部分示图代表车辆100在摇摆或侧向冲击的影响下或者说在安全关键的横摆运动的影响下的示图。
换言之，车辆100的第一轨迹106代表车辆100的预计轨迹，其中，第二轨迹108代表车辆100的事实上的轨迹。基于安全关键的横摆运动产生第一轨迹106与第二轨迹108之间的不同，该横摆运动使车辆100摇摆。
安全关键的横摆运动的原因可能是各种各样的，例如环境条件(减小的摩擦力、轮辙和沟槽、碎石、滑水和侧风)、车辆状态(差的轮胎和悬挂装置、不同的轮胎压力和不符合规定的车轮平衡)和车辆行为(在紧急情况下的转向操纵和制动操纵和自动转向控制系统)等。横摆运动或者说摇摆或侧向冲击的另一原因可能是带有拖车(特别是具有不同负荷的重的小艇拖车)地行驶。
图2示出车辆100中的根据一个实施例的设备230的示意图。车辆100是图1中的车辆或类似车辆。车辆100仅示例性地是载客车、载重车或其它商用车辆。
车辆100示例性地仅具有一个环境传感器210、一个横摆速率传感器220和一个确定设备230或者说用于确定车辆100的安全性关键的横摆运动的设备230。在此，环境传感器210和横摆速率传感器220例如通过至少一个有线或无线的接口能传送信号地与确定设备230连接。
根据在图2中示出的实施例，环境传感器210实施为车辆摄像机、尤其视频摄像机。环境传感器210构造为用于检测车辆100的环境。环境传感器210构造为用于提供轨迹数据215。轨迹数据215代表车辆100的行车道的行车道走向、车辆100的行车道的行车道弯曲和/或车辆100的行车道的车道标记。换言之，轨迹数据215代表车辆100的预计轨迹。
横摆速率传感器220构造为用于检测车辆100的横摆速率。换言之，横摆速率传感器220构造为用于检测车辆100围绕车辆100的竖轴的运动或者说加速度。可选地，横摆速率传感器220可以构造为用于检测车辆100的横向加速度。横摆速率传感器220构造为用于提供测量信号225。测量信号225代表车辆100的基于车辆100的事实上的轨迹测量出的实际横摆速率。
确定设备230构造为用于从环境传感器210或者说从接至环境传感器210的接口读取轨迹数据215。确定设备230也构造为用于从横摆速率传感器220或者说从接至横摆速率传感器220的接口读取测量信号225。
根据在图2中示出的实施例，确定设备230还构造为用于在使用轨迹数据215的情况下求取车辆100的关于车辆100的预计轨迹的理论横摆速率并且产生代表理论横摆速率的预给定信号231。
确定设备230具有比较装置232、复检装置234、研究装置236和提供装置238。比较装置232构造为用于将预给定信号231与测量信号225进行比较，以便产生比较信号233。复检装置234构造为用于如下复检比较信号233：比较信号233的幅度是否超过第一阈值，以便在超过第一阈值时提供检查信号235。因此，复检装置234构造为用于在比较信号233的幅度超过第一阈值时提供检查信号235。研究装置236构造为用于响应于检查信号235或者说检查信号235的存在来如下复检比较信号233：比较信号233的频率是否超过第二阈值，以便在超过第二阈值时提供研究信号237。因此，研究装置236构造为用于在比较信号233的频率超过第二阈值时提供研究信号237。提供装置238构造为用于响应于研究信号237提供横摆运动信号239，该横摆运动信号代表安全关键的车辆横摆运动。
因此，确定设备230构造为用于在使用轨迹数据215和测量信号225的情况下产生横摆运动信号239。可以将横摆运动信号239提供给车辆100的至少一个控制器、车辆100的辅助系统等，以便提高或至少再次建立车辆100的稳定性。
图3示出根据一个实施例的用于进行确定的方法300的流程图。用于进行确定的方法300是可实施的，以便确定安全关键的车辆横摆运动。在此，用于进行确定的方法300可结合图1或图2中的车辆或类似车辆和/或结合图2中的确定设备或类似设备来实施。
在用于进行确定的方法300中，在比较步骤310中将预给定信号与测量信号进行比较，以便产生比较信号。在此，预给定信号代表关于车辆的预计轨迹所求取的车辆理论横摆速率。测量信号代表基于车辆的事实上的轨迹测量出的车辆实际横摆速率。在复检步骤320中如下复检比较信号：比较信号的幅度是否超过第一阈值，以便在超过第一阈值时提供检查信号。在研究步骤330中，响应于检查信号来如下研究该比较信号：该比较信号的频率是否超过第二阈值，以便在超过第二阈值时提供研究信号。在提供步骤340中，响应于研究信号或者说在超过第一阈值时并且在超过第二阈值时提供横摆运动信号，该横摆运动信号代表安全关键的车辆横摆运动。
根据一个实施例，方法300也具有读取步骤350和/或求取步骤360。在读取步骤350中，从接至至少一个车辆环境传感器的接口读取轨迹数据。轨迹数据代表车辆的预计轨迹。在求取步骤360中，在使用轨迹数据的情况下从接至至少一个车辆环境传感器的接口求取车辆的理论横摆速率，以便产生代表理论横摆速率的预给定信号。
图4示出根据一个实施例的确定过程的一个部分段的流程图400。该确定过程可结合图3中的方法或类似方法来实施或者可在使用确定设备和/或图2中的车辆或类似车辆的情况下来实施。在图4中示出的确定过程的该部分段涉及确定过程的第一步骤或者说涉及对横摆运动或者说摇摆或侧向冲击的幅度的确定。
在图4中示出的确定过程的该部分段中使用车辆的横向加速度，其中，横向加速度与车辆的横摆速率相联系或者说相关联。方框402代表检测车辆的横向加速度或者说事实上的横向加速度。方框404代表求取车辆的理想或者说预计的横向加速度。在方框406中，将方框402和方框404结合或者说组合。根据在图4中示出的实施例，在方框406中求横向加速度与理想的横向加速度之间的差值。确定过程从方框406到达方框408，在方框408中确定横摆运动的幅度或者说摇摆的幅度或者说侧向冲击幅度。接下来，确定过程到达方框410，在该方框中对侧向冲击幅度求导数。
图5示出根据一个实施例的确定过程的一个部分段的流程图500。在此，在图5中示出的确定过程的该部分段可结合在图4中示出的确定过程的部分段来实施或者说可实施为在那里示出的部分段的延续。确定过程可结合图3中的方法或类似方法来实施或者说可在使用确定设备和/或图2中的车辆或类似车辆的情况下来实施。在图5中示出的确定过程的一个部分段涉及确定过程的第二步骤或者说涉及对横摆运动或者说摇摆或侧向冲击的分析。
在方框502中复检，侧向冲击幅度是否高于阈或者说阈值。如果不是这种情况，那么在确定过程中，方框502在环路中重复进行。如果侧向冲击幅度高于阈，那么确定过程过渡至方框504，在该方框中执行一阶导数检查。之后，确定过程过渡至方框506，在该方框中确定，是否出现临界点或者说局部最大值或最小值。如果不是这样，那么确定过程过渡至方框508，在该方框中继续进行分析。如果在方框506中确定，出现关键点或者说局部最大值或最小值，那么确定过程过渡至方框510，在该方框中实施或者说使转折点计数器运行。之后，确定过程过渡至方框512，在该方框中研究在一时间阈内是否出现两个转折点。如果不是这样，那么确定过程过渡至方框508，在该方框中继续进行分析。如果在方框512中确定，在一时间阈内出现两个转折点，那么确定过程到达方框514，在该方框中识别出这种侧向冲击或者说横摆运动。
图6示出根据一个实施例的信号的信号走向图600。在信号走向图600中示出第一信号走向610、第二信号走向620、第三信号走向630、第四信号走向640、第五信号走向650和第六信号走向660。信号走向610至660中的至少一些与确定设备和/或图2中的车辆关联地结合图3中的方法和/或图4和图5中的确定步骤或类似方法来考虑。
第一信号走向610代表理想的横向加速度或者说图2中的理论横摆速率。第二信号走向620代表横向加速度或事实上的横向加速度或者说图2中的实际横摆速率。在此，第二信号走向620具有比第一信号走向610更强的摆幅或者说振动。第三信号走向630代表侧向冲击幅度或者说横摆运动的幅度。第四信号走向640代表侧向冲击幅度或者说横摆运动幅度的速率。在使用第一信号走向610和第二信号走向620的情况下确定第三信号走向630和第四信号走向640。第一信号走向610、第二信号走向620、第三信号走向630和第四信号走向640代表模拟信号，其中，第五信号走向650和第六信号走向660代表数字信号。在此，第五信号走向650和第六信号走向660代表侧向冲击信号或者说横摆运动信号。在此，在使用第一信号走向610和第二信号走向620的情况下和/或在使用第三信号走向630和第四信号走向640的情况下确定第五信号走向650和第六信号走向660。
接下来参照图1至6归纳地并且换言之再次阐述实施例。
确定设备230或者说用于进行确定的方法300从环境传感器210获取输入信号和车辆100的事实上检测到的横摆速率的测量信号225，以便更准确地检测摇摆或侧向冲击，所述环境传感器实施为视频摄像机或实施为构造为用于检测行车道弯曲的其他传感器，例如GPS传感器、雷达传感器等。也可以设置扩展，以便识别车辆100的路径相对于本车道的偏差。侧向加速度的使用也使确定设备230或者说用于进行确定的方法300对速度更灵敏，因为在速度更高时的摇摆或侧向冲击是不希望的。
在用于进行确定的方法300中和/或在确定过程中，将车辆100的事实上的运动与理想轨迹或者说预计轨迹进行比较，以便确定摇摆或者侧向冲击。显示有摇摆或者侧向冲击的车辆100倾向于围绕其竖轴振动，由此产生横摆运动。理想的横摆速率或者说理论横摆速率基于行车道102的弯曲来计算。行车道102的弯曲例如基于借助视频摄像机210或其它环境传感器210所进行的车道标记探测来确定。理论横摆速率代表车辆100在没有摇摆或侧向冲击的情况下且在正常行驶条件下的横摆速率。测量出的或者说事实上的横摆速率或实际横摆速率与理论横摆速率的偏差被测量出并且被分析。
安全关键的横摆运动或者说摇摆或侧向冲击引起车辆100的实际横摆速率的偏差，该偏差围绕理论横摆速率波动。两个信号231与225或610与620之间的差值提供比较信号223，该比较信号在车辆100遵循行车道102的弯曲时通常几乎为零并且仅在出现摇摆或者侧向冲击的情况下波动或者说振荡。例如执行导数检查，以便确定振动或者说振荡的最大值和最小值，所述振动或者说振荡基于振动的频率和幅度被分析。在一阶导数检查中的两个相继的转折点相应于一个振动。这种振动的重复出现被分析，以便确定车辆100是否显示有摇摆或者侧向冲击或者说安全关键的横摆运动。
特别在速度更高时，摇摆或者侧向冲击按趋势变得对于车辆100的驾驶员来说更不舒服。因此，横向加速度的使用或者说测量出的横向加速度与理想的横向加速度的比较可以使所述用于进行确定的方法300和/或使确定进程在速度更高时对不舒服的侧向冲击运动更敏感。
如果一个实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”关联，那么这应当解读为，该实施例根据一个实施方式既具有第一特征又具有第二特征而根据另一实施方式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (7)

1.一种用于确定车辆(100)的安全关键的横摆运动的方法(300)，其中，所述方法(300)具有以下步骤：
将预给定信号(231)与测量信号(225)进行比较(310)，以便产生比较信号(233)，所述预给定信号代表所述车辆(100)的关于所述车辆(100)的预计轨迹(106)所求取的理论横摆速率，所述测量信号代表所述车辆(100)的基于所述车辆(100)的实际轨迹(108)测量出的实际横摆速率；
如下复检(320)所述比较信号(233)：所述比较信号(233)的幅度是否超过第一阈值，以便在超过所述第一阈值时提供检查信号(235)；
响应于所述检查信号(235)来如下研究(330)所述比较信号(233)：所述比较信号(233)的频率是否超过第二阈值，以便在超过所述第二阈值时提供研究信号(237)；和
响应于所述研究信号(237)来提供(340)横摆运动信号(239)，所述横摆运动信号代表所述车辆(100)的安全关键的横摆运动，
其特征在于，具有从接至所述车辆(100)的至少一个环境传感器(210)的接口读取(350)轨迹数据(215)的步骤，其中，所述轨迹数据(215)代表所述车辆(100)的所述预计轨迹(106)，其中，所述轨迹数据(215)是借助所述车辆(100)的至少一个环境传感器(210)所检测的图像数据、视频数据和/或雷达数据，这些数据代表所述车辆(100)的行车道(102)的行车道走向、所述车辆(100)的行车道(102)的行车道弯曲和/或所述车辆(100)的行车道(102)的车道标记(104)。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，在所述复检(320)步骤中，在使用所述比较信号(233)的信号走向的导数情况下复检所述比较信号(233)的信号走向的极限位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其特征在于，在所述研究(330)步骤中，在使用所述比较信号(233)的信号走向的导数情况下研究所述比较信号(233)的信号走向的转折位置，其中，研究在一个时间区间内出现的转折位置的数量。
4.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其特征在于，在所述比较(310)步骤中求所述预给定信号(231)与所述测量信号(225)的差值，其中，所述比较信号(233)代表差值信号。
5.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其特征在于，具有在使用来自接至所述车辆(100)的至少一个环境传感器(210)的接口的轨迹数据(215)情况下求取(360)所述车辆(100)的理论横摆速率的步骤，以便产生代表所述理论横摆速率的预给定信号(231)，其中，所述轨迹数据(215)代表所述车辆(100)的所述预计轨迹(106)。
6.被设立为用于在相应的单元(232,234,236,238)中实施根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)的步骤的设备(230)。
7.机器可读的存储介质，在其上存储有计算机程序，所述计算机程序设立为用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法(300)。
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