CN111344198A - 用于车辆的紧急停止系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于将能够至少半自主操作的车辆转换至安全状态的紧急停止系统。紧急情况系统具有用于输出操纵信号的操纵装置、用于接收操纵信号并且用于输出控制信号的控制装置、以及紧急制动装置。紧急制动装置被配置成主动地制动车辆，并且为此基于控制信号以及预先设定的操作模式操纵被设置在车辆中的制动系统。

Description

用于车辆的紧急停止系统
已知的用于将半自主或自主的车辆转换至安全状态的系统能够通过停止驱动装置使车辆停住。
安全状态可以被理解为至少使车辆停住，从而消除由车辆的运动而可能引起的危险的状态。安全状态还可以被理解为车辆不会对周围环境造成危险的状态。安全状态尤其可以被理解为车辆是停住的并且/或者除了驱动装置之外还关断了有潜在危险的系统的状态。这样的有潜在危险的系统例如可以是液压系统或辅助动力输出装置。
半自主的车辆可以被理解为是在驾驶员在场的情况下可以自主行驶的车辆。这样的操作模式也已知为自动驾驶(Autopilot)。自主的车辆可以理解为是无需驾驶员即可完全独立行驶的车辆。
原则上，车辆可以是用于运输人员或货物的任何工具。车辆尤其可以是：农业机械，例如拖拉机；轿车(PKW)；载货车辆，例如载重汽车(LKW)或自卸车；或者建筑机械，例如轮式装载机。
一种所提出类型的紧急停止系统可以用于可至少半自主地操作的车辆，并且用于将车辆转换至开篇所提及的安全状态。可至少半自主地操作的车辆被理解为能够进入如下操作状态的车辆，在该操作状态中，车辆以上述方式方法半自主地操作，因此在驾驶员在场的情况下可以自主行驶。
该紧急停止系统具有操纵装置，该操纵装置可以响应于其操纵来输出操纵信号。这样的操纵装置可以是基于触发事件来输出信号的任何类型的设备。这样的操纵装置还可以被称为触发器。该操纵装置可以由用户(例如车辆的操作人员)操纵。因此，操纵装置应被理解为响应于用户进行的操纵来产生适于在控制装置中进一步处理的输出的任何类型的装置。这样的输出可以是专门生成的信号，然而还可以藉由简单地接通和切断电流来实现。
紧急停止系统还具有控制装置，该控制装置接收该操纵信号并且基于该操纵信号来输出控制信号。这样的控制信号尤其可以在考虑其他系统信息的情况下生成，并且可用于控制其他系统部件。控制装置可以组合用于控制不同的系统部件的多个控制装置。
此外，紧急停止系统具有用于主动地制动该车辆的紧急制动装置。这个紧急制动装置被配置为：基于所输出的控制信号并且基于预先设定的操作模式来操纵设置在车辆中的(例如已存在的)制动系统，以便产生用于使该车辆减速的制动力。为此，控制装置可以具有用于输出控制信号的制动控制装置。
主动制动意味着，在车辆的动力传动系中机械地(尤其在使用车辆侧的制动系统的情况下)产生制动力，以便使该车辆的运动减速。在此，制动系统基于所输出的控制信号并且基于预先设定的操作模式来操纵，以便产生用于使该车辆减速的制动力。制动系统可以是驻车制动系统，该驻车制动系统还可以被称为手动制动系统或手动制动器。
通过使用车辆侧的制动系统实现了一种高效且安全的紧急停止系统，该紧急停止系统在使用车辆的已存在的部件的情况下提高了车辆的安全性。与简单地关断车辆驱动装置相比较，可以更快速地对车辆进行制动。此外，可以省去关断车辆驱动装置，由此驱动装置在达到安全状态之后仍然可供使用。因此，车辆驱动装置在紧急停止时可以继续驱动车辆的发电机，由此解除车辆电池的负载。
紧急制动装置可以包括致动器，该致动器被配置成操纵制动系统(例如该驻车制动系统)。以这种方式可以自动化地操纵驻车制动系统。致动器可以是机电致动器。在此，致动器可以具有电动马达、操作机构、以及信号发生器。信号发生器能够用于将该操作机构的位置作为信号输出、并且使这个信号可用于操控该电动马达。这样的信号发生器可以是限位开关。然而，替代于信号发生器，还可以用连续测量系统(例如藉由读取返回电流)来确定该操作机构的位置。致动器也可以设置在该车辆中。如果该车辆已经具有用于操纵驻车制动器的机电致动器，则这个已存在的致动器可以被直接操控并且因此可以被视为该紧急制动装置的一部分。替代于驻车制动系统或除此之外，只要该车辆中存在驻车锁止装置，那么附加地还可以将这样的驻车锁止装置放置在该车辆中。
为了除了在制动系统中产生的制动力之外还产生用于使该车辆减速的附加制动力，控制装置可以被配置成操控车辆的制动系统以外的装置。以这种方式可以实现特别快速且高效的制动。
车辆的制动系统以外的装置可以是车辆的动力传动系。控制装置可以被配置成切换动力传动系，其方式为使得将动力传动系的内部阻力用作附加制动力。这例如可以藉由有针对性地操控变速器或藉由对差速器的对应切换来实现。以这种方式可以将动力传动系中已存在的部件用来进行附加的制动。由于使用已存在的车辆部件，因此这可以有助于节省成本。
变速器的操控可以实现为在经过预先确定的(例如可自由参数化的)时间之后将变速器切换成空挡。还可以设置起动离合器，该起动离合器在经过预先确定的时间之后被断开。以这种方式可以中断动力流。变速器可以具有处于该动力流中的离合器，该离合器可以以有源的方式(例如藉由通电)闭合。在这样的离合器中，仅中断通电、断开离合器、并且因此持久地关断动力传动系。因此，控制装置可以被配置成至少暂时性地操纵变速器，从而产生发动机制动。因此，可以调节附加地产生的制动力，由此可以在总体上更有效地进行制动。
控制装置可以具有变速器控制装置。根据所使用的变速器类型，这个变速器控制装置可以将变速器切换到低挡位以产生制动力、或者为变速器预先设定低的速度设定值。变速器例如可以是自动化手动变速器。为了产生制动作用，这个变速器可以被暂时地切换到小的设定挡位。变速器还可以为静液压-动力分流变速器。在这种情况下，可以为变速器预先设定例如为0km/h的速度设定值。这样的变速器控制器能够实现特别高效地产生制动力。
紧急停止系统可以具有操作模式调节装置，该操作模式调节装置被配置成藉由操纵装置来选择性地阻止紧急制动装置的激活。这样的操作模式调节装置可以是开关、例如钥匙开关。这个开关可以由用户进行操纵，并且可以藉由电路来根据钥匙开关位置开启或锁定不同的操作模式。例如可以设置2线钥匙开关，该2线钥匙开关可以对总计四种模式进行二进制编码。例如可以藉由使操纵装置与控制装置解除联接来实现紧急制动装置的激活，例如藉由中断或阻断从操纵装置到控制装置的信号传输来实现。开关可以是固定地可紧固在该车辆上的。这具有如下优点，即操作模式调节装置不能无意地通过远程触发被操纵。
操作模式调节装置还可以被配置成为变速器控制装置预先设定用于变速器的各种操作模式。因此，操作模式调节装置例如不仅可以操纵制动控制装置(即激活制动器或使制动器解除激活)，而且可以在确定的操作模式(例如半自主操作或自主操作)中预先设定速度限制。这样的速度限制可以是在变速器控制器中可自由地参数化的。这个功能可以被用于产品开发的最初阶段(例如原型或最初的批量生产中)，直到对产品功能有足够的信任度为止。
除了半自主操作和自主操作之外，还可以将转换行驶的操作模式设置为操作模式。转换行驶可以被理解为车辆原始状态，在该车辆原始状态中不根据控制器来激活任何变化，例如控制装置是未激活的。这对原型车辆样品是尤其重要的，以便不失去车辆许可。转换行驶的操作模式还可以使车辆置入如下状态，在该状态中，车辆可以以更高的速度操作。然而，同时防止该紧急制动装置的操纵，这是因为操纵和与其相关的制动可能导致车辆不稳定。
操纵装置可以具有由发射器和接收器构成的远程触发单元。远程触发单元能够实现远离车辆的操纵。因此，由操作人员进行的操纵不必须在车辆上进行。附加地或替代性地，操纵装置可以具有车载操纵单元，该车载操纵单元能够实现在车辆上的操纵。这样的车载操纵单元可以具有一个或多个紧急停止开关(也被简称为开关或按键)，这些紧急停止开关的信号各藉由一条缆线进行传输。因此，这种类型的车载操纵单元具有较低的出错性。替代性地，可以藉由总线系统(尤其藉由CAN总线系统)实现传输。
该车载操纵单元例如可以具有四个紧急停止开关，其中可以在车辆上、在每个车辆侧面上相应地设置有相应的紧急停止开关。尤其，这些紧急停止开关可以被设置在车辆上，从而使得这些紧急停止开关可以由用户操纵，而无需使该用户进入车辆的危险区域(例如车轮)中。在车辆上存在车辆驾驶室的情况下，可以在车辆驾驶室中设置附加的紧急停止开关。
远程触发单元可以具有多个、优选两个发射器和接收器，并且车载操纵单元可以具有多个开关或按键。这些接收器或开关和按键可以被切换成使得发射器或开关或按键的操纵引起操纵信号的输出。
操纵装置可以具有周围环境监测器，该周围环境监测器被配置成取决于检测到的在车辆的周围的物体来输出操纵信号。周围环境监测器可以具有用于检测周围环境的传感器装置。原则上，可以设置有用于检测周围环境的任意的传感器装置。可以提供相机或扫描检测单元作为传感器。替代性地或附加地，可以提供温度相机(该温度相机产生温度图像作为图像信息)或3D相机(该3D相机产生深度图像作为图像信息)作为传感器。
可以提出一种车辆，该车辆能够至少可半自主地操作并且具有驻车制动系统和根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统。
紧急停止系统可以具有发射器和接收器，该接收器接收由该发射器发射的无线电信号。接收到的信号可以被传送给控制装置、尤其是制动控制装置，以便进行处理。控制装置可以生成用于操控致动器的信号。致动器可以与车辆的驻车制动器或手动制动器操作性地连接并且可以对其进行操纵。致动器可以由电动马达、齿轮和主轴机构以及、拉索或拉杆构成。拉索或拉杆可以与用于驻车制动促动的杆连接。除可手动地操纵的杆外，这个杆还可以被设置成用于驻车制动器促动并且可以作用于已存在的驻车制动机构。驻车制动器的其他部件可以是制动轴和制动片。
此外，可以设置有变速器控制装置、钥匙开关和多个子系统。这些子系统可以根据钥匙开关位置和操纵装置信号被激活或被锁定。子系统的示例为转向系统、车辆网关(Fahrzeuggateway)、前液压系统、后液压系统、辅助动力输出装置和环照灯。接收器的输出端可以直接连接到变速器控制装置的输入端。输入端可以是数字输入端。输入端已可以进行电监测，例如短路识别。为此，输入端尤其可以藉由自身的脉冲电压供应源来进行供应。接收器的输出端还可以与制动控制装置的输入端直接连接。当在输入端处出现对应的信号时，制动控制装置可以触发制动。该信号可以以电压值的形式存在，并且当该电压值高于或低于极限值时，可以触发制动功能。
此外，紧急停止系统可以被配置成在操纵操纵装置时关断所有可以直接藉由变速器操控的附加机组。例如可以关断后动力输出轴。此外，紧急停止系统可以被配置成使得除车辆侧的制动器之外使所有的驾驶员输入解除激活。例如可以藉由油门踏板或藉由手动油门踏板以及藉由巡航控制器使这些输入解除激活。可以与该紧急制动装置无关地操纵车辆侧的制动器，并且由此对驾驶员而言保持可用。
上述整个系统的附加的优点在于，可以采用万用表来进行故障查找。
可以藉由单个继电器切换以上所提及的子系统中的两个或更多个子系统，这降低了安装耗费。
替代于使用用于操控制动系统的制动控制装置以及变速器控制装置，还可以根据软件在该变速器控制装置中实现制动控制装置的功能。
图1示出了根据一个实施方式的紧急停止系统的概念图。
图2示意性地示出了图1的紧急停止系统的紧急制动装置。
下面参考附图描述本发明的实施方式。
图1示出了紧急停止系统1的一个实施方式。紧急停止系统1具有由远程操纵单元102和车载操纵单元108构成的操纵装置100。远程操纵单元102具有两个发射器104和两个接收器106，其中，一个接收器106相应地指配有一个发射器104。发射器104的操纵以无线的方式借助于无线电被传输至接收器106。接收器106被切换成使得操纵单个发射器104就已引起远程操纵单元102藉由信号线路112输出信号。在该实施方式中，车载操纵单元108具有五个紧急停止开关110，这些紧急停止开关中的一个紧急停止开关布置在车辆中、在操作人员附近，并且相应的一个紧急停止开关110设置在车辆以外、在车辆相应的一侧。紧急停止开关110被切换成使得操纵单个开关110引起车载操纵单元108藉由信号线路114输出信号。信号线路112、114的信号藉由信号线路116从操纵装置100输出。
紧急停止系统1还具有控制装置200，该控制装置与信号线路116相连接并且因此可以接收操纵装置100的信号。在该实施方式中，控制装置200由制动控制装置204和变速器控制装置202构成。
制动控制装置204是手动制动控制装置或驻车制动控制装置，并且藉由信号线路212与紧急制动装置400相连接。
紧急制动装置400具有呈机电致动器形式的致动器700。致动器700具有电动马达702、由主轴和活塞构成的力传递机构704、以及拉杆706。
力传递机构704具有限位开关705作为信号发生器，当活塞在该主轴上处于端部位置时，该限位开关向制动控制装置204输出信号，以便使电动马达702停止。在操纵制动器时，活塞处于一个端部位置，而在制动器被完全释放时，活塞处于另一个端部位置。拉杆706与杆708相连接。杆708与制动轴800相连接，该制动轴与盘式制动器802相连接。制动轴800还与车辆侧的手动制动器的另外的部件相连接。这些部件包括手动制动杆804，该手动制动杆藉由鲍登线806与杆808操作性地连接。杆808与制动轴800相连接。图2中可以看到这种结构。
变速器控制装置202藉由信号线路214与变速器504相连接，该变速器是车辆的动力传动系502的一部分、并且因此是制动系统以外的装置500的一部分。变速器控制装置202控制变速器504，从而使得在操纵该操纵装置时暂时产生辅助制动力。在该实施方式中，变速器是静液压-动力分流变速器。为了产生辅助制动力，变速器控制装置202为变速器504预先设定0km/h的速度设定值。在经过预先设定的时间之后，将变速器504切换为空挡，从而使得没有力从驱动装置引入动力传动系中。
紧急停止系统1还具有呈钥匙开关形式的操作模式调节设备600。在该实施方式中，这个钥匙开关可以在非自主转换行驶操作模式、半自主行驶操作模式、以及自主行驶操作模式之间切换。操作模式调节设备600藉由信号线路602而与变速器控制装置202相连接。此外，操作模式调节设备600藉由信号线路604与中断器118相连接，该中断器被布置在信号线路116中、并且可以中断这个信号线路，从而使得不能藉由信号线路116传输信号。
在非自主转换行驶操作模式中，中断器118是激活的。因此，操纵装置中所产生的信号未被传输至控制装置200。换言之，操纵装置100是被切换为未激活的。此外，信号被传输到变速器控制装置202，以便允许与其他操作模式相比更高的行驶速度。
在半自主行驶操作模式和自主行驶操作模式中，中断器118是未激活的。因此，操纵装置100中所产生的信号被传输至控制装置200。因此，操纵装置100被切换为激活的，并且可以触发紧急停止。
根据该实施方式的紧急停止系统1还被配置成操控子系统900。为此，控制装置200藉由信号线路216与子系统900相连接。在该实施方式中，子系统900包括用于附加转向系统的液压系统902、网关(Gateway)904、前液压系统906、后液压系统908、辅助动力输出装置910(PTO)。这些子系统900响应于操纵装置100的操纵而借助于继电器被关断。因此还关断所有的有潜在危险的系统。
附图标记清单
1 紧急停止系统
100 操纵装置
102 远程触发单元
104 发射器
106 接收器
108 车载操纵单元
110 紧急停止开关
112 信号线路
114 信号线路
116 信号线路
118 中断器
200 控制装置
202 变速器控制装置
204 制动控制装置
212 信号线路
214 信号线路
216 信号线路
400 紧急制动装置
500 制动系统以外的装置
502 动力传动系
504 变速器
600 操作模式调节设备
602 信号线路
604 信号线路
700 致动器
702 电动马达
704 力传递机构
705 信号发生器/限位开关
706 拉杆
708 杆
800 制动轴
802 盘式制动器
804 手动制动杆
806 鲍登线
808 杆
900 子系统
902 用于附加转向系统的液压系统
904 网关
906 前液压系统
908 后液压系统
910 辅助动力输出装置

Claims (13)

1.一种用于将能够至少半自主操作的车辆转换至安全状态的紧急停止系统(1)，所述紧急停止系统具有：
用于输出操纵信号的操纵装置(100)，
用于接收所述操纵信号并且用于输出控制信号的控制装置(200)，其特征为
用于主动地制动所述车辆的紧急制动装置(400)，其中，所述紧急制动装置(400)被配置成：基于所输出的控制信号并且基于预先设定的操作模式来操纵设置在所述车辆中的制动系统(800，802)，以便产生用于使所述车辆减速的制动力。
2.根据权利要求1所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述制动系统(800，802)是驻车制动系统，并且所述紧急制动装置(400)被配置成操纵所述驻车制动系统。
3.根据权利要求2所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述紧急制动装置(400)包括致动器(700)，所述致动器被配置成操纵所述制动系统(802)，其中，所述致动器(700)是机电致动器，所述机电致动器具有电动马达(702)、操作机构(704)和信号发生器(705)，所述信号发生器将所述操作机构(704)的位置作为信号输出，所述信号被反馈以操控所述电动马达(702)。
4.根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述控制装置(200)还被配置成根据需要来操控所述车辆的制动系统以外的装置(500)，以便除了所述制动系统(800，802)中所产生的制动力之外还产生用于使所述车辆减速的附加制动力。
5.根据权利要求4所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述制动系统以外的装置(500)是所述车辆的动力传动系(502)，并且所述控制装置(200)被配置成切换所述动力传动系(502)，其方式为使得所述动力传动系(502)的内部阻力用作附加制动力。
6.根据权利要求5所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述动力传动系(502)具有变速器(504)，并且所述控制装置(200)被配置成至少暂时性地操纵所述变速器(504)，从而产生发动机制动。
7.根据权利要求6所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述控制装置(200)具有变速器控制装置(202)，所述变速器控制装置被配置成与受操控的变速器的结构方式相对应地来将所述变速器(504)切换到低挡位以产生制动力，或者为所述变速器预先设定低的速度设定值。
8.根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，操作模式调节装置(600)，所述操作模式调节装置被配置成藉由所述操纵装置(100)选择性地阻止所述紧急制动装置(400)的激活。
9.根据权利要求8所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述操作模式调节装置(600)还被配置成为所述变速器控制装置(202)预先设定用于所述变速器(504)的各种操作模式。
10.根据权利要求8和9之一所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述操作模式调节装置(600)具有开关，所述开关能够固定地紧固在所述车辆上。
11.根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述操纵装置(100)具有由发射器(104)和接收器(106)构成的远程触发单元(102)，所述远程触发单元能够实现远离车辆的操纵，并且/或者所述操纵装置具有车载操纵单元(108)，所述车载操纵单元能够实现在所述车辆上的操纵。
12.根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统(1)，其特征在于，所述操纵装置(100)具有带有传感器装置的周围环境监测器，所述周围环境监测器被配置成取决于检测到的在所述车辆的周围的物体来自动地输出所述操纵信号。
13.一种车辆，所述车辆能够至少半自主地操作，所述车辆具有制动系统(800，802)和变速器(504)，其特征为根据前述权利要求之一所述的紧急停止系统(1)。
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