CN110914130A - 用于确定车辆的车速表特性曲线的设备和方法、用于调节车辆速度的系统以及车辆 - Google Patents

用于确定车辆的车速表特性曲线的设备和方法、用于调节车辆速度的系统以及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定车辆的车速表特性曲线的设备和方法、一种用于调节车辆速度的系统以及一种车辆。所述设备具有：检测装置，其设置为用于检测所述车辆的前进运动并且将其转换为相应的前进运动信号；以及确定装置，其设置为用于从所述前进运动信号中导出表征所述车辆速度的速度值，从在至少一个时间窗内获得的前进运动信号中确定前进运动信号平均值，在所述时间窗内，前进运动信号和/或速度值的波动处于预先设定的波动幅度之内，从由在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号已导出的速度值中确定速度平均值，以及根据分别通过前进运动信号平均值和速度平均值形成的一个或多个平均值对形成车速表特性曲线和/或改变已经存在的车速表特性曲线，通过所述车速表特性曲线能够将前进运动信号与速度值互相换算。

Description

用于确定车辆的车速表特性曲线的设备和方法、用于调节车 辆速度的系统以及车辆
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆的车速表特性曲线的设备和方法、一种用于调节车辆速度的系统以及一种车辆。
背景技术
在当今的机动车中，例如在间距调节速度控制器(所谓的自适应巡航控制Adaptive Cruise Control，ACC)的范围内基于调节偏差进行速度调节，所述调节偏差由驾驶员预先设定的设定速度和显示在车速表上的速度(所谓的车速表速度)形成。在大多数情况下，所述车速表速度偏离于车辆的实际物理速度并且通常更高。所述车速表速度由测量出的速度通过存储在车速表软件中的计算规则得出，所述计算规则通常包含滤波以及称为车速表特性曲线的特性曲线的应用。
因此，即使所述测量精确地对应于物理速度，在车辆的车速表速度与加速度以及所经过的路程之间也不存在特别是物理上准确的关系。此外，作为基础的测量通常偏离于物理速度，例如当速度确定仅仅基于对车轮转速传感器的分析时，由此例如车轮直径和打滑这样的参量影响所确定的速度。对于这些参量，通常存储有可能偏离于实际值的固定值。
用于速度调节的进阶方法给原本的调节器补充了一个前置的轨迹规划装置，所述轨迹规划装置在加速度、速度和位置方面计算对于所希望的目标状态的时间上的理论变化曲线。后置的所述调节器形成其相对于这些理论参量的调节偏差。对轨迹的规划特别是需要已知物理上正确的目标速度。因为通过驾驶员预先设定的设定速度参照车速表显示器，所以所述设定速度必须借助于逆向特性曲线来换算，所述逆向特性曲线表示车速表速度与物理速度之间的静态关系。为此，必须已知所述轨迹规划装置的特性曲线或者通过接口由车速表软件已知地给出。此外，如果所述车速表速度以偏离于物理速度的速度为基础，则在所述轨迹规划装置中所需要的特性曲线与存储在车速表软件中的特性曲线不相同。这仅仅表示一种近似。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于确定车速表特性曲线的设备和方法、一种用于调节车辆速度的系统以及一种车辆，通过所述设备和/或所述方法和/或所述系统和/或所述车辆能实现更精确地确定或调节车辆的速度。
所述目的通过按照各独立权利要求所述的设备、方法、系统和车辆来实现。
按照本发明的用于确定车辆、特别是机动车的车速表特性曲线的设备具有：检测装置，其设置为用于检测所述车辆的前进运动并且将其转换为相应的前进运动信号；以及确定装置，其设置为用于从所述前进运动信号中导出表征所述车辆速度的速度值、从在至少一个时间窗内获得的前进运动信号中确定前进运动信号平均值，在所述时间窗内，前进运动信号和/或速度值的波动处于预先设定的波动幅度之内，从由在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号已导出的速度值中确定速度平均值，以及根据分别通过前进运动信号平均值和速度平均值形成的一个或多个平均值对形成车速表特性曲线和/或改变已经存在的车速表特性曲线，通过所述车速表特性曲线能够将前进运动信号与速度值互相换算。
按照本发明的用于确定车辆、特别是机动车的车速表特性曲线的方法包括以下步骤：检测所述车辆的前进运动并将所检测出的前进运动转换为相应的前进运动信号；从所述前进运动信号中导出表征所述车辆速度的速度值；从在至少一个时间窗内获得的前进运动信号中确定前进运动信号平均值，在所述时间窗内，所述前进运动信号和/或所述速度值的波动处于预先设定的波动幅度之内；从由在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号已导出的速度值中确定速度平均值；以及根据分别通过前进运动信号平均值和速度平均值形成的一个或多个平均值对形成车速表特性曲线和/或改变已经存在的车速表特性曲线，通过所述车速表特性曲线能够将前进运动信号与速度值相互换算。
按照本发明的用于调节车辆速度的系统具有：显示装置，其设置为用于显示表征车辆的当前速度的实际速度值；输入装置，通过所述输入装置能基于所显示的实际速度值来预先设定理论速度值；按照本发明的设备，其中，所述确定装置设置为用于，根据所形成的或经改变的车速表特性曲线由理论速度值确定理论前进运动信号；以及调节装置，其设置为用于，根据所述理论前进运动信号和由所述检测装置产生的前进运动信号来确定用于控制所述车辆的至少一个调整参量。
按照本发明的车辆、特别是机动车具有按照本发明的系统。
所述前进运动信号优选是在传感器式地检测车辆的前进运动、例如车轮的旋转和/或车辆相对于路面的相对运动的情况下所获得的信号，或者是从所述所获得的信号中导出的信号、值或参量。因此，所述前进运动信号以对车辆的前进运动的测量为基础并且因此构成对于车辆的物理速度的度量。
所述速度值优选是如下值：所述值根据特性曲线、特别是车速表特性曲线从基于测量的前进运动信号中导出并且优选以对于速度常用的度量单位、例如千米/小时给出。在此，附加于应用代表静态关系的特性曲线，也可以发生对所述前进运动信号的动态处理、例如通过滤波器的平滑。
本发明基于如下方案，即，在行驶期间所实施的学习过程中形成和/或修正车速表特性曲线，通过所述车速表特性曲线能够将基于测量的关于车辆的物理速度的信号与相应于这些信号的速度值相互换算。在此，必要时已经存在的车速表特性曲线以在行驶期间借助于测量获得的前进运动信号和由此导出的速度值为基础来修正。也可能的是，由在行驶期间获得的前进运动信号和由此导出的速度值重新形成车速表特性曲线。在重新形成的情况下，优选进行特性曲线的初始数据采集，亦即，在所述方法开始时预先设定特性曲线并且然后以在行驶期间借助于测量获得的前进运动信号和由此导出的速度值为基础对其修正。
根据按照这种方式获得的车速表特性曲线或相应的逆向车速表特性曲线，能够以提高的可靠性将前进运动信号与速度值正确地相互换算。特别是由此能够将为了自动地调节速度的目的而通过驾驶员预先设定的理论速度值(所谓的设定速度)以提高的可靠性正确地换算为相应的理论前进运动信号(所谓的物理目标速度)，所述理论速度值参照或者基于显示在车速表上的速度(所谓的车速表速度)，于是将相应当前测量的前进运动信号与所述理论前进运动信号进行比较，这提高了速度调节的精确性或者说实际行驶的物理速度的正确性。特别是这在经调节的状态中导致设定速度与所显示的车速表速度的改善的一致性，这从驾驶员的视角来看是特别有利的。
所述方法特别是需要当前的车速表速度以及对当前的物理速度的测量作为输入参量并且优选包括两个子步骤。在此，首先通过检验车辆是否以基本上恒定的速度行驶(所谓的恒速行驶探测)来决定是否在当前时刻允许学习过程。在肯定的结果的情况下，相应地调整车速表特性曲线或者设置车速表特性曲线的相应的点。例如，所述车速表特性曲线可以在所述方法开始时通过可信假设来预先设定并且在行驶期间逐渐地改变或优化。
优选地，仅当存在具有恒定速度的行驶(所谓的恒速行驶)时才执行学习过程，以便使所得到的近似的特性曲线描述车速表速度与物理速度之间的静态关系。
为了探测恒速行驶，优选评估在给定的时间窗内物理速度的测量的分散程度，其方式为，例如检验标准差是否低于极限值。如果是这种情况，则在所观察的时间窗内确定物理速度以及车速表速度的平均值(所谓的前进运动信号平均值或速度平均值)。替代地或附加地，为了探测恒速行驶，评估从测量出的物理速度中导出的车速表速度在给定的时间窗内的分散程度，其方式为，例如检验车速表速度的标准差是否低于极限值。如果是这种情况，则在所观察的时间窗内确定车速表速度以及物理速度的平均值(速度平均值或前进运动信号平均值)。
于是优选地，这样改变已经存在的车速表特性曲线，即，其变化曲线与通过物理速度和车速表速度的当前平均值给出的点(所谓的平均值对)相交。这例如可以通过将新的数据点记录到现有的特性曲线中或者使其替代旧的数据点来进行。按照这种方式获得所述特性曲线的相应当前有效的近似。
有利地，在所描述的对特别是逆向的车速表特性曲线的确定时，不需要关于车速表控制器的特性曲线的知识，相应显示在车速表上的车速表速度根据所述知识从基于测量的并且必要时经滤波的前进运动信号中导出。
此外，如果用于轨迹规划和/或速度调节的装置获得不同于馈入到车速表中的前进运动信号，则特别是逆向的车速表特性曲线于是也能够至少以更高的正确性被正确地确定。在这种情况下，确定所必需的正确的特性曲线，以便在经调节的状态下实现设定速度与所显示的车速表速度的一致性。但是，所确定的特性曲线与在车速表中所使用的逆向特性曲线不必精确地一致。
也因此通过本发明也消除或者至少降低在将物理速度换算为所显示或所设定的速度时以及相反的过程中在各控制器中仅一个内单方面地改变特性曲线的情况下的易出错性。
总之，本发明能实现按照简单且可靠的方式更精确地确定或调节车辆的速度。
优选地，所述确定装置设置为用于，根据预先设定的特性曲线从所述前进运动信号中导出所述速度值。例如，所述特性曲线通过初始的数据采集来预先设定，亦即，所述特性曲线在所述方法开始时例如以速度值与前进运动信号之间的关系的可信假设为基础来预先设定。但是，所述预先设定的特性曲线也可以相应于已经存在的、必要时已经以上面描述的方式一次或多次改变的特性曲线、例如车速表控制器的特性曲线，根据所述车速表特性曲线从基于测量的前进运动信号中导出相应显示在车速表上的车速表速度。优选地，根据其从前进运动信号中导出速度值的所述预先设定的特性曲线是以按照本发明的方式形成或改变了的相应当前的车速表特性曲线。因此，所述车速表特性曲线在这种情况下通过递归来确定并且允许随着每次经过学习过程而将前进运动信号越来越精确地换算为速度值，并且反之亦然。
优选地，所述前进运动信号的波动是在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号与所属的前进运动信号平均值的标准差。在此，所述确定装置设置为用于，从在预先设定的时间窗内获得的前进运动信号中不仅计算所述前进运动信号的算术平均值而且计算所述前进运动信号与平均值的标准差。替代地或附加地，所述速度值的波动是从在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号中已导出的速度值与所属的速度平均值的标准差。在此，所述确定装置设置为用于，从在预先设定的时间窗内获得的速度值中不仅计算所述速度值的算术平均值而且计算所述速度值与平均值的标准差。所述标准差表示用于探测恒速行驶的简单且可靠的可能性。
替代于所述标准差，但也可以通过其它方法确定在所述时间窗内的所述前进运动信号的时间上的波动，例如通过对多少个前进运动信号低于或超过表征波动幅度的确定的极限值进行计数。相应的情况适用于从前进运动信号中导出的速度值。如果其数量低于预先设定的数量，则可以推断出恒速行驶并且将对于该时间窗所确定的由前进运动信号平均值和速度平均值组成的平均值对插入到车速表特性曲线中。这种恒速行驶探测的可能性变型方案也是简单且可靠的。
在另一种优选实施方式中，所述确定装置设置为用于对于在不同持续时间的时间窗内获得的前进运动信号或速度值确定前进运动信号平均值、速度平均值和/或标准差。在此，所述确定装置特别是设置为用于，在最小持续时间与最大持续时间之间周期性地改变所述时间窗的持续时间。通过预先设定具有可变长度的时间窗能实现：必要时即使在较短的恒速行驶的情况下也发生学习过程、包括确定前进运动信号平均值和速度平均值。在使用可变长度的时间窗时，通过使用递归的方法可以节省存储需求。
优选地，所述确定装置设置为用于，仅当一个或多个平均值对处于与现有的车速表特性曲线的预先设定的偏差之内时，才根据所述一个或多个平均值对来改变已经存在的车速表特性曲线。最大允许偏差例如可以通过相应确定的前进运动信号平均值和/或速度平均值与在现有车速表特性曲线上的相应点的偏差的绝对值或百分比值来预先设定。由此可以避免特性曲线超过确定的程度地改变，例如以便避免过大地改变目标速度。
优选地，所述确定装置可以设置为用于，仅当通过所述车速表特性曲线的改变未超过预先设定的改变速率时，才根据一个或多个平均值对来改变已经存在的车速表特性曲线，所述改变速率表征所述车速表特性曲线每时间单位允许的改变的最大数量。按照这种方式，在调整特性曲线时可以附加地考虑速率限制，以便避免过快地调整车速表特性曲线并且因此随之避免例如过快地调整目标速度。
附图说明
以下借助于在各附图中示出的各实施例更详细地阐述本发明。图中：
图1示出用于速度调节的系统的示意性构造的示例；以及
图2示出用于说明车速表特性曲线的确定的示意图的示例。
具体实施方式
图1示出用于速度调节的系统的示意性构造的示例。设置在车辆上的传感器装置10设置为用于，传感器式地检测车辆的前进运动并且将其转换为相应的前进运动信号P。所述传感器装置10例如可以是用于检测车辆的一个或多个车轮的旋转的旋转传感器。基于测量的前进运动信号P表示对于车辆的物理速度的度量，尽管该度量可能与车辆的实际速度有偏差。
将所述前进运动信号P输送给车速表20，在该车速表中首先在滤波器22中对所述前进运动信号进行滤波，并且接着借助于预先设定的车速表特性曲线21将所述前进运动信号换算为相应的速度值T，所述速度值T也称为车速表速度。从在车速表20的显示器23中所显示的车速表速度T出发，车辆驾驶员可以在输入装置1上预先设定也称为设定速度的理论速度值S，将所述理论速度值输送给装置30，在该装置中，根据逆向车速表特性曲线31将所述设定速度S换算为相应于理论前进运动信号的所谓的目标速度Z，根据理论前进运动信号在用于轨迹规划的装置40和/或后置的调节装置50中通过与当前检测的前进运动信号P相比较来确定一个或多个调整参量G，根据所述调整参量来控制车辆的所谓的纵向引导(特别是加速、减速或保持速度)和/或横向引导(特别是用于沿着所规划的轨迹引导车辆的自动转向活动)。
此外，所述装置30设置为用于，在行驶期间进行的学习过程的范围内形成和/或改变所述车速表特性曲线31，因此使该车速表特性曲线尽可能正确地描述一方面在车辆的物理速度或相应的前进运动信号P与另一方面由此导出的速度值T之间的关系。为此，将测量出的物理速度或相应的前进运动信号P和由此导出的车速表速度或相应的速度值T输送给装置30(参见虚线箭头)。以下借助于图2更详细地阐述，如何由此形成或改变车速表特性曲线31。
图2示出用于说明车速表特性曲线31的确定的示意图的示例。在第一平均单元33中，由在预先设定的时间窗内获得的前进运动信号P来计算前进运动信号平均值MP，例如通过从所述前进运动信号P中形成算术平均值。在第二平均单元34中，由在预先设定的时间窗内获得的前进运动信号P借助于车速表特性曲线21(参见图1)导出的速度值T来计算速度平均值MT，例如同样通过形成算术平均值。
对于所观察的时间窗探测到了恒速行驶时，将所述前进运动信号平均值MP和所述速度平均值MT作为值对输送给确定模块，并且在那里当将其考虑为要形成的车速表特性曲线的点或者要改变的车速表特性曲线31的新的点32。为此，在探测单元35中确定前进运动信号P和/或速度值T在相应计算的平均值上下的分散程度并且根据所确定的分散程度来评估是否存在恒速行驶。例如，计算前进运动信号P和速度值T与所述前进运动信号平均值MP或所述速度平均值MT的标准差并且将其与预先设定的极限值比较(ermitteln)。如果所述标准差低于所述极限值，则推断出恒速行驶。在这种情况下，在确定模块36中，在车速表特性曲线31上的相应的已经存在的点32'被由前进运动信号平均值MP和速度平均值MT的数值对形成的新的点32替代。但也可能的是，在所述车速表特性曲线31的两个已经存在的点之间插入一个新的点。因此，已经存在的车速表特性曲线31这样改变，即，其变化曲线与经过物理速度MP和车速表速度MT的当前平均值的点相交。
按照这种方式获得经改变的车速表特性曲线31，所述车速表特性曲线在进一步的学习过程中在当前行驶和/或继续的行驶期间可以以相应的方式进一步改变，以便能实现将物理速度还更准确地换算为车速表速度并且反之亦然。特别是，结合附图1所描述的将通过驾驶员预先设定的设定速度S换算为相应的物理目标速度Z或相应的理论前进运动信号以车速表特性曲线31的相应当前存在的近似为基础来进行。
为了降低存储需求，所述分散程度、特别是标准差以及均值MP和MT的计算可以以有利的方式利用递归方法来进行，其方式为，使用优选地以周期性的间隔地从最小长度增长到最大长度的可变长度的时间窗。
如果应当避免所述特性曲线31的超过确定程度的改变，以便例如避免目标速度的过大和/或过快的改变，则在调整特性曲线31时附加地可以考虑对所述调整的程度和/或时间速率进行限制。这例如可以通过预先设定新的数据点与已经存在的点或变化曲线的最大允许的偏差和/或最大允许的改变速率来实现，所述改变速率表征车速表特性曲线每时间单位允许的改变的最大数量。
附图标记列表
1 输入装置
10 传感器装置
20 车速表
21 车速表特性曲线(车速表)
22 滤波器
23 显示器
30 装置
31 车速表特性曲线(逆向的、要改变的或要形成的)
32 车速表特性曲线上的新点
32 车速表特性曲线上的旧点
33 第一平均单元
34 第二平均单元
35 探测单元
36 确定模块
40 用于轨迹规划的装置
50 调节装置
G 调整参量
MP 前进运动信号平均值/物理速度平均值
MT 速度平均值/车速表速度平均值
P 前进运动信号/物理速度
S 理论速度/设定速度
T 速度值/车速表速度
Z 理论前进运动信号/目标速度

Claims (10)

1.用于确定车辆、特别是机动车的车速表特性曲线(31)的设备，所述设备具有：
检测装置(10)，所述检测装置设置为用于检测所述车辆的前进运动并且将其转换为相应的前进运动信号(P)，以及
确定装置(20、30、33-36)，所述确定装置设置为用于，
-从所述前进运动信号(P)中导出表征所述车辆速度的速度值(T)，
-从在至少一个时间窗内获得的前进运动信号(P)中确定前进运动信号平均值(MP)，在所述时间窗内，前进运动信号(P)和/或速度值(T)的波动处于预先设定的波动幅度之内，
-从由在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号(P)已导出的速度值(T)中确定速度平均值(MT)，以及
-根据分别通过前进运动信号平均值(MP)和速度平均值(MT)形成的一个或多个平均值对(MP、MT)，形成车速表特性曲线和/或改变已经存在的车速表特性曲线(31)，通过所述车速表特性曲线能够将前进运动信号(P、Z)与速度值(T、S)相互换算。
2.按照权利要求1所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于，根据预先设定的特性曲线(21)从所述前进运动信号(P)中导出所述速度值(T)。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其中，所述前进运动信号(P)的波动是在所述至少一个时间窗内获得的前进运动信号(P)与所属的前进运动信号平均值(MP)的标准差。
4.按照上述权利要求之一所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于对于在不同持续时间的时间窗内获得的前进运动信号(P)确定前进运动信号平均值(MP)和/或标准差。
5.按照权利要求4所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于，在最小持续时间与最大持续时间之间周期性地改变所述时间窗的持续时间。
6.按照上述权利要求之一所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于，仅当一个或多个平均值对(MP、MT)处于与现有的车速表特性曲线(31)的预先设定的偏差之内时，才根据所述一个或多个平均值对(MP、MT)来改变已经存在的车速表特性曲线(31)。
7.按照上述权利要求之一所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于，仅当通过所述车速表特性曲线(31)的改变未超过预先设定的改变速率时，才根据一个或多个平均值对(MP、MT)来改变已经存在的车速表特性曲线(31)，所述改变速率表征所述车速表特性曲线(31)每时间单位允许的改变的最大数量。
8.用于调节车辆速度的系统，所述系统具有：
-显示装置(23)，所述显示装置设置为用于显示表征车辆的当前速度的实际速度值(T)，
-输入装置(1)，通过所述输入装置能基于所显示的实际速度值(T)来预先设定理论速度值(S)，
-按照上述权利要求之一所述的设备，其中，所述确定装置(20、30、33-36)设置为用于，根据所形成的或经改变的车速表特性曲线(31)由理论速度值(S)确定理论前进运动信号(Z)，以及
-调节装置(40、50)，所述调节装置设置为用于，根据所述理论前进运动信号(Z)和由所述检测装置产生的前进运动信号(P)来确定用于控制所述车辆的至少一个调整参量(G)。
9.具有按照权利要求8所述的系统的车辆、特别是机动车。
10.用于确定车辆、特别是机动车的车速表特性曲线(31)的方法，所述方法包括以下步骤：
-检测所述车辆的前进运动并且将所检测出的前进运动转换为相应的前进运动信号(P)，
-从所述前进运动信号(P)中导出表征所述车辆速度的速度值(T)，
-从在至少一个时间窗内获得的前进运动信号中确定前进运动信号平均值(MP)，在所述时间窗内，所述前进运动信号(P)和/或所述速度值(T)的波动处于预先设定的波动幅度之内，
-从由在所述至少一个时间窗内获得的所述前进运动信号(P)导出的速度值(T)中确定速度平均值(MT)，以及
-根据分别通过前进运动信号平均值(MP)和速度平均值(MT)形成的一个或多个平均值对(MP、MT)形成车速表特性曲线和/或改变已经存在的车速表特性曲线(31)，通过所述车速表特性曲线能够将前进运动信号(P、Z)与速度值(T、S)相互换算。
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