CN109923017B - 用于通过控制设备半自动地或全自动地驾驶机动车的方法以及控制设备和机动车 - Google Patents

用于通过控制设备半自动地或全自动地驾驶机动车的方法以及控制设备和机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于通过控制设备(22)自动地驾驶机动车(10)的方法，其中，控制设备(22)与用于纵向引导和/或横向引导机动车(10)的车辆部件(11、12、13)耦联且提供调节器单元(26)，以便在调节器模型(27、30)的基础上产生用于该车辆部件(11、12、13)的调节信号(23)。本发明规定，通过控制设备(22)提供故障调节器模型(30)，通过该故障调节器模型对故障情况(34)建模，在该故障情况下，车辆部件(11、12、13)中的至少一个是功能减弱的，由探测装置(28)在机动车(10)的行驶期间接收通知该故障情况(34)的故障信号(29)，基于故障信号(29)在调节器单元(26)中从假定车辆部件(11、12、13)功能良好的标准调节器模型(27)切换至故障调节器模型(30)，借助于切换的调节器单元(26)通过产生调节信号(23)来将机动车(10)操纵至安全状态(36)。

Description

用于通过控制设备半自动地或全自动地驾驶机动车的方法以 及控制设备和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于通过控制设备半自动地或全自动地驾驶机动车的方法。控制设备取代驾驶员根据自动程度(半自动/全自动)执行纵向引导(转向)和/或横向引导(加速和减速)。为此提供一种调节器，其借助于调节器模型或调节算法产生用于驾驶机动车的调节信号。本发明还包括控制设备和具有该控制设备的机动车。
背景技术
在机动车中可以规定，控制设备执行所谓的驾驶干预，即在识别到紧急情况时，如果驾驶员在紧急状态下不堪重负，则自动接管车辆的驾驶。
从DE 10 2012 001 312 A1中已知，为此目的，驾驶员辅助系统识别出驾驶员的驾驶能力不足，然后自动地引起机动车的紧急停止。
从DE 10 2014 006 261 A1中已知一种方法用于化解紧急情况，其中，如果识别出机动车是无人驾驶的，因为例如驾驶员的手未握住方向盘，则驾驶员辅助系统进行机动车的减速操纵。
从DE 10 2015 105 581 A1中已知，借助于传感器针对疾病情况监视驾驶员并且如果例如驾驶员遭受心肌梗塞则激活自动驾驶仪。
在现有技术中使用的、用于自动驾驶仪功能的驾驶员辅助系统能够借助于自动驾驶操纵将无人驾驶的机动车引导到预定的安全状态。然而，这种类型的驾驶员辅助系统预先假定它们能够利用其调节器比驾驶员自己更好地驾驶机动车。
非常情况——不一定是这种情况——是机动车本身的损坏，例如爆胎(轮胎爆裂)。在此驾驶员失去对车辆的控制，并因此驾驶员辅助系统的控制设备承担了对机动车的驾驶，它并不一定导致控制行为的改进，因为控制设备的调节器单元在如下前提下产生其调节信号：机动车正确地或按照规定行事。换句话说，调节器单元未被针对机动车的改变的行驶动力进行调节，像其由于车辆部件损坏、诸如轮胎爆裂所导致的那样。
发明内容
本发明的目的是，对机动车中的驾驶员辅助来说如下地训练控制设备，使得如果驾驶员面临失去对车辆的控制的危险，则该控制设备辅助驾驶员。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。通过从属权利要求、以下描述和附图说明本发明的有利的改进方案。
本发明基于一种用于半自动地或全自动地驾驶机动车的方法。该方法可以由控制器执行或者通常由控制设备执行。为此目的，控制设备与用于机动车的纵向引导和/或横向引导的车辆部件耦联。这种车辆部件可以例如是转向系统(转向器)和/或牵引驱动设备(马达)和/或制动系统(制动器)。为了产生用于这些车辆部件的调节信号，控制设备具有调节器单元，以便基于调节器模型例如根据至少一个传感器信号产生调节信号。调节器模型在这里是指调节器单元为了产生调节信号而实施或执行的调节算法。例如，调节器模型可以具有调节路段的路段模型，该路段模型描述了机动车的行驶动力特性。例如，这种调节器模型可以基于机动车的所谓的单轨模型。
控制设备可以因此例如接收至少一个传感器信号，并借助于标准调节器模型来产生用于车辆部件的调节信号，以便半自动地(例如，仅纵向引导或仅横向引导)或全自动地(既纵向引导也横向引导)执行至少一个驾驶操纵。在此，这种标准调节器模型将车辆部件描述为完全功能良好的，即每个被操控的车辆部件按规定的方式作出反应。
根据本发明在此规定，通过控制设备额外地提供故障调节器模型，通过该故障调节器模型对故障情况建模。该故障情况的特征在于，所述车辆部件中的至少一个是功能减弱的。例如当车辆部件磨损时(例如，在制动衬片的情况下)或损坏时，即例如断裂时，则该车辆部件可以是功能减弱的。用于这种功能减弱的车辆部件的调节信号也就必须考虑或补偿由于磨损或损坏而导致的部件性能改变。
在机动车的行驶期间，根据本发明的控制设备可以从探测装置接收故障信号，该故障信号通知故障情况，即例如所述轮胎爆裂或转向杆断裂。探测装置也就可以探测故障情况。控制设备则基于故障信号在其调节器单元中从标准调节器模型切换至故障调节器模型。调节器单元也就在此不是基于标准调节器模型，而是基于故障调节器模型产生其用于车辆部件的调节信号。因此，在调节信号中考虑至少一个功能减弱的车辆部件的改变的特性。随后控制设备借助于切换的调节器单元操纵机动车进入预定的安全状态中。因为为此产生的调节信号与至少一个功能减弱的车辆部件匹配，所以在调节器模型中不出现由于错误的假设引起的误操纵。
通过本发明得到以下优点，即，在由于至少一个车辆部件的功能减弱而使机动车的行驶动力特性改变时，控制部件可以对该故障情况作出反应，而在驾驶员本身来说不必是这种情况，因为驾驶员例如不具有在这种故障情况下用于驾驶机动车的必要的驾驶经验。例如在轮胎爆裂时也就可以如下地辅助驾驶员，使得控制设备可以将机动车操纵至安全状态。在此，控制设备使其调节行为适配于至少一个功能减弱的车辆部件。
本发明还包括有利的改进方案，通过其特征得到额外的优点。
如已经陈述的那样，在现有技术中驾驶员辅助系统的控制设备中假设所有车辆部件都是完好的。然而，在用于控制设备的调节器单元的故障调节器模型中根据本发明的方法优选规定，该故障调节器模型对如下故障情况之一建模：轴破坏、轮胎爆裂、弹簧滑柱组件破坏、缺乏牵引功率(即，动力装置故障)、缺乏制动效果(即，制动装置的或单独的制动器的故障)、(轮胎)滑水、轮胎附着力不均匀(所谓的横向附着差异)和/或制动器磨损(即，制动功率降低)。这种相应的故障情况通常会对机动车的驾驶员要求过高。因此，通过控制设备的行驶干预可以在此提供适配于故障情况的驾驶行为。
在此优选通过故障调节器模型与标准调节器模型相比由调节器单元执行改变的纵向动力调节和/或横向动力调节。即进行调节方法或调节算法的切换。在此，在考虑故障情况时调节机动车的纵向动力和/或横向动力。
优选地，通过该方法撤消驾驶员对机动车的控制。换句话说，基于通知故障情况的所述故障信号，控制设备在没有驾驶员干预或没有驾驶员动作的情况下被激活。驾驶员也就不必首先作出以下反应，即，驾驶员激活控制设备。这节省了对故障情况作出反应时的时间。
在此可以规定，驾驶员的干预、例如转向运动或踏板操作，叠加到控制设备的调节信号上。对此可替代地规定，在控制设备被激活时，通过分离转向操纵装置(例如方向盘)和/或踏板(例如加速踏板和/或制动踏板)而撤消机动车驾驶员对车辆的控制。由此避免了驾驶员的错误反应影响机动车的行驶特性。
由故障调节器模型产生的调节算法可以例如从专业驾驶员或赛车手的测量到的反应中导出。例如也就相应地规定，通过故障调节器模型模拟至少一个预定人员的行为。也可以模拟多个预定人员的行为，这例如通过如下方式进行：形成关于行驶轨迹的平均值，该行驶轨迹由不同的人员在故障情况中选择且在测试行驶中测量到。
由于故障调节器模型是用于紧急情况的调节算法，因此优选地还规定，故障调节器模型实施预定的紧急情况策略。例如可以规定，通过控制设备借助于调节器单元使用道路的边缘路面结构用于车辆制动。因此，例如车辆侧面可以迎向护栏转向或者机动车可以朝着绿化带转向，以便由此制动机动车。
到目前为止，已经描述了在其中由探测装置用信号通知预定故障情况的实施方案。然而，优选规定的是，通过探测装置借助于故障信号通知多个不同的故障情况，也就是说，探测装置被设置为用于探测多种不同的故障情况。相应地在每种情况下针对每种不同故障情况提供相应的故障调节器模型。也就对于每种故障情况设置或提供故障调节器模型。然后，控制设备根据故障控制模型中的一个基于故障信号进行选择以切换调节器单元。由此调节器单元适当地对当前的故障情况作出反应。
为了能够在机动车中实施根据本发明的方法，本发明提出一种用于机动车的半自动的或全自动的行驶运行的控制设备。控制设备具有处理器装置，该处理器装置被设置为用于，执行根据本发明的方法的实施方案。为此目的，控制设备可以具有例如至少一个微处理器和/或至少一个微控制器。此外，处理器装置可以具有程序代码，该程序代码被设置为用于，当由处理器装置执行时执行根据本发明的方法的实施方案。程序代码可以存储在处理器装置的数据存储器中。
最后，本发明还涉及一种机动车，其包括：用于探测至少一个预定的故障情况的所述的探测装置，在所述至少一个预定的故障情况下，被设置为用于纵向引导和/或横向引导机动车的至少一个车辆部件已经变得功能减弱。该机动车还包括根据本发明的控制设备的实施方案。探测装置可以以本身已知的方式设计，并且例如具有至少一个用于探测功能减弱的传感器。也可以例如通过自检中的相应车辆部件的控制器来识别和用信号通知功能减弱。然后，探测装置是分布式装置，其由车辆部件的控制器形成。
根据本发明的机动车优选设计为汽车、特别是乘用车或载货汽车。特别地，控制设备被设置为用于驾驶具有拖挂设备的机动车。然后，可能是功能减弱的至少一个车辆部件也可以是拖挂设备的组成部分。
附图说明
在下文中描述本发明的实施例。附图示出：
图1是根据本发明的机动车的实施方案的示意图，以及
图2是说明故障情况的简图。
以下说明的实施例是本发明的优选实施方案。在所描述的实施例中，实施方案的所述部件分别表示本发明的单个的、可视作彼此无关的特征，这些部件也相应地彼此无关地改进本发明以及进而可以单个地或以与所示出的组合不同的组合视作本发明的组成部分。此外，所描述的实施例还可以通过本发明的已经描述的其它特征来补充。
在附图中，功能相同的元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出机动车10，该机动车可以是例如汽车，例如乘用车或载货汽车。车辆10可以牵引拖挂设备，这为了清楚起见而未在图1示出。
为了驾驶机动车，可以在机动车中设置动力传动系11、转向系统12和制动系统13。动力传动系11可以具有至少一个动力马达14和配属的动力装置控制器15。转向系统12可以包括转向操纵装置16——例如方向盘——和转向马达17，该转向马达可以独立于转向操纵装置16来调整机动车10的车轮18的转向角。制动系统13可以具有车轮制动器19和用于调节车轮制动器19的制动控制器20。动力传动系11、转向系统12和制动系统13分别代表用于纵向引导的车辆部件(转向系统12且在不均匀制动的情况下还有制动系统13)和/或用于横向引导的车辆部件(制动系统13和动力传动系11)。
机动车10的驾驶员(未示出)可以借助于转向操纵装置16和踏板21驾驶机动车10。控制设备22还可以取代驾驶员执行车辆引导的一部分(例如，纵向引导或横向引导)或甚至整个车辆引导(纵向引导和横向引导)。为此，控制设备22可以产生至少一个调节信号23，例如用于动力装置控制器15、转向马达17和/或制动控制器20。因此，控制设备22在机动车10中提供驾驶员辅助。
为此目的，控制设备22可以与车辆传感器系统24联接，该车辆传感器系统将至少一个传感器信号25发出到控制设备22。控制设备22可以基于至少一个传感器信号25产生至少一个调节信号23。为此目的，控制设备22可以具有调节器单元26，用于调节例如机动车10的纵向动力和/或横向动力。由此可以通过控制诊断设备22执行至少一次驾驶操纵。为了驾驶车辆10，调节器单元26可以使用标准调节器模型27，其可以描述机动车10的行驶动力特性。由标准调节器模型27描述分配规则或调节算法，以便基于至少一个传感器信号25产生至少一个调节信号23。
在机动车10中可以额外地确保，控制设备22的调节器单元26适当地或匹配地对故障情况作出反应，其中，至少一个车辆部件、即动力传动系11和/或转向系统12和/或制动系统13指示出故障，因为例如动力马达14、转向系统12的转向拉杆系统和/或一个或多个车轮制动器19由于磨损或损坏而功能减弱，也就是说，不能按规定的方式操作或作出反应
在机动车10中可以由探测装置28以本身已知的方式例如基于传感器和/或自检确定至少一个行驶部件的故障情况。探测装置28可以借助于故障信号把探测到的故障情况通知给控制设备22。基于故障信号29，可以在控制设备22中从标准调节器模型27切换到故障调节器模型30。在控制设备22中，调节器单元26在此使用故障调节器模型30，以便基于至少一个传感器信号25产生至少一个调节信号23。因此，故障调节器模型30在故障情况下替代标准调节器模型27。
图2说明这种故障情况。图2示出在道路32上行驶31期间的机动车10。车辆10可以为了超车操作而接近另外的车辆33。在此，机动车10可以由控制设备22例如全自动地基于标准调节器模型27或者半自动地控制。也可以仅由驾驶员10进行驾驶(所谓的手动驾驶)。在例如超车操作期间，可能发生车辆部件的故障34。而故障34显示出故障情况。
故障34可以由探测装置28探测到并且相应地通过控制设备22的故障信号29通知。控制诊断设备22可以被切换到故障调节器模型30，于是机动车10可以由控制设备22操纵或引导。可以设置安全动作35，例如从另外的车辆33旁边避过并且使机动车10制动，以便尽管在发生故障34时也能实现预定的安全状态36、例如机动车10的停止。
因此，如果在机动车10中出现未预料到的情况、即一个故障情况，例如轮胎爆裂或滑水或横向附着差异，则控制设备22接管机动车10的驾驶以用于调节纵向动力和/或横向动力。这样稳定并制动机动车10直至作为可能的安全状态36的停止。例如，稳定可以通过对各车轮制动器19的选择性激活而发生。此外，可以实现紧急情况策略，例如在紧急情况下使用护栏来进行车辆制动。由控制设备22接管机动车10的驾驶例如可以通过撤消车辆操纵者或驾驶员的控制、例如撤消对踏板21和/或转向操纵装置16的控制来实现。然而还可能的是，驾驶员继续干预对机动车10的控制。
该辅助功能可以在已安装的控制器中实现，或者作为单独的控制器实现，该控制器分别代表控制设备22。由故障调节器模型30实现的调节算法可以从专业驾驶员或赛车手的测量到的反应中导出以用于该紧急辅助功能。
在例如具有自动的稳定-和制动阶段的故障情况期间，还可以基于故障34例如进行紧急呼叫和/或借助于机动车10的移动通信系统和/或与机动车10联接的智能手机建立至紧急呼叫点的语音连接。
因为在故障情况下或紧急情况下，如在爆胎或滑水或横向附着差异时，驾驶员不能适当地作出反应，所以控制设备22自动地对这种故障情况作出反应。因此，所描述的控制设备22紧急辅助功能在此借助于故障调节器模型30提供专门的调节行为。控制设备22可以在此提供故障调节器模型30用于驾驶带有拖挂设备的乘用车或载货汽车。
所描述的故障34是所谓的内部紧急情况起因，其也就涉及至少一个车辆部件的功能减弱，因此标准调节器模型27不能提供适当的调节信号23，因为标准调节器模型30没有考虑到机动车10的行驶动力特性的改变或修改。仅在切换到故障调节器模型30时才能使得控制设备22可以借助于调节器单元26继续稳定机动车10和/或将纵向动力和/或横向动力调节适配于预定的期望路线。
总的来说，该示例示出如何通过本发明在机动车中提供自动的紧急辅助。

Claims (10)

1.一种用于通过控制设备(22)半自动地或全自动地驾驶机动车(10)的方法，其中，控制设备(22)与用于纵向引导和/或横向引导机动车(10)的至少一个车辆部件(11、12、13)耦联且提供调节器单元(26)，以便在调节器模型(27、30)的基础上产生用于所述至少一个车辆部件(11、12、13)的至少一个调节信号(23)，
其特征在于，
通过所述控制设备(22)提供故障调节器模型(30)，通过该故障调节器模型对故障情况(34)建模，在该故障情况下，所述至少一个车辆部件(11、12、13)是功能减弱的，
由探测装置(28)在机动车(10)的行驶(31)期间接收通知所述故障情况(34)的故障信号(29)，
基于故障信号(29)在调节器单元(26)中从假定所述至少一个车辆部件(11、12、13)功能良好的标准调节器模型(27)切换至故障调节器模型(30)，借助于切换的调节器单元(26)通过产生调节信号(23)来将机动车(10)操纵至预定的安全状态(36)，其中，为多个不同的故障情况(34)提供相应的故障调节器模型(30)，由探测装置(28)通过故障信号(29)接收：哪个故障情况(34)被探测到，通过控制设备(22)选出故障调节器模型(30)中的一个以供切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过故障调节器模型(30)由调节器单元(26)执行与标准调节器模型(27)相比改变的纵向动力调节和/或横向动力调节。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于故障信号(29)，在没有驾驶员干预的情况下激活控制设备(22)以操纵机动车(10)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在控制设备(22)被激活时，通过分离转向操纵装置(16)和/或踏板(21)而撤消机动车(10)驾驶员对机动车(10)的控制。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过故障调节器模型(30)模拟至少一个预定人员的行为。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，故障调节器模型(30)实施预定的紧急情况策略。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过故障调节器模型(30)对如下故障情况(34)中的一种建模：轴破坏、轮胎爆裂、弹簧滑柱组件破坏、缺乏牵引功率、缺乏制动效果、滑水、轮胎附着力不均匀、制动器磨损(19)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，紧急情况策略是使用道路(32)的边缘路面结构用于车辆制动。
9.一种用于机动车(10)的半自动的或全自动的行驶运行的控制设备(22)，其中，所述控制设备(22)具有处理器装置，该处理器装置被设置为用于，执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种机动车(10)，其具有用于探测至少一个预定的故障情况(34)的探测装置(28)，在所述至少一个预定的故障情况下，被设置为用于纵向引导和/或横向引导机动车(10)的至少一个车辆部件(11、12、13)是功能减弱的，所述机动车还具有根据权利要求9所述的控制设备(22)。
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