CN113748057A - 用于自动急停的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助机动车的至少一个制动装置使机动车从起始速度(v₀)到停止的自动急停方法。该制动装置被作动以执行由至少两个减速阶段(10)构成的减速曲线，其中，在减速度增大阶段(Δt_z)中将减速度增大至极限减速度(a_g)，并且在持续至停车的减速度减小阶段(Δt_a)中将减速度减小至零，其中，所述减速度的时间曲线在减速度增大和减速度减小的期间至少部分以n>0的n阶多项式的形式根据起始速度(v₀)被如此确定，即，代表急停所需持续时间的停车时间不低于规定的最短刹停时间(t_min)，并且在停车时间内所经过的距离不超过规定的最大停车距离(s_max)。通过这种方式，可以限定对于相应起始速度(其是启动急停方法时的速度)而言最佳的减速曲线，其遵守规定边界条件、即最短刹停时间和最大停车距离。

Description

用于自动急停的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于使机动车从起始速度到停止的自动急停方法。本发明还涉及一种用于执行这种急停方法的装置以及一种配备有这种装置的机动车。

背景技术

在使用驾驶员辅助系统时，可以在满足各种条件时启动车辆自动刹车功能。因此，例如在某些驾驶员辅助系统中，在自动驾驶期间会通过所谓的“手触”驾驶员控制器来检查驾驶员是否将至少一只手放在方向盘上且因此随时能够又接管掌控驾驶任务。如果不满足此条件，则首先警告驾驶员并要求其再次接管转向操作。如果没有得到响应，则可以在一定时间后启动自动化功能，特别是执行机动车自动急停方法(“紧急停车辅助”)。这导致了车辆根据所规定的减速曲线以可控方式被刹停。

当启动自动刹车功能时，预先设定某个减速曲线并实现与之相应的减速请求。在设定减速曲线参数时应当考虑安全相关的方面、例如后方路况、可能出现的车道丢失和其它风险。因此缘故，在设计刹车功能时，刹车过程所需要的停车时间和所属的制动距离是特别重要的。

DE 10 2015 015 097 A1公开一种急停方法，其中，分多级持续进一步增大刹车减速度，例如以0.3m/s²刹车5秒，随后增大到1.3m/s²并刹车10秒，接着增大至3m/s²。在此，当传感器装置确定驾驶员无法驾驶时，进行所述启动。

DE 11 2014 005 045 T5和DE 10 2016 224 157 A1公开在确定驾驶员无法驾驶时的机动车急停方法，但没有关于相应急停方法的减速过程的详细信息。

发明内容

本发明的任务是提供一种急停方法和一种用于执行急停方法的装置，其针对尽量所有的状况和速度范围来允许安全的自动制停。

本发明源自独立权利要求的特征。有利的改进方案和设计是从属权利要求的主题。

根据权利要求1，如此完成该任务，即，该制动装置被作动以执行由至少两个减速阶段构成的减速曲线，其中，在减速度增大阶段中将减速度增大至极限减速度，并且在停止之前持续进行的减速度减小阶段中将减速度减小至零，其中，所述减速度的时间曲线在减速度增大和减速度减小的期间至少部分以n>0的n阶多项式的形式根据起始速度(v₀)被如此确定，即，停车时间不低于预先规定的最短刹停时间，并且在停车时间内所经过的距离、也称之为刹车距离不超出预先规定的最大停车距离。停车时间在此代表紧急停车所需要的持续时间，即从制动装置作动开始到达成停止状态的持续时间。

通过这种方式，一方面车辆最早在最短刹停时间到期之后例如最早在10秒之后就停止。最短刹停时间因此直接影响最大减速度。这是有利的，因为后面的交通参与者因此有足够时间用来及时识别减速车辆在刹车并能对此做出反应。最短刹停时间还允许驾驶员有足够长的时间来了解状况并采取任何必要的对策，例如中止急停或转向至可能存在的路肩。由此可以确保驾驶员不会被急停过程惊到。另一方面做到了车辆在停止之前驶过的路程不大于预先规定的最大停车距离、例如不超过500米。这是有利的，因为过长的停车距离(也称为刹车距离)可能在驾驶员例如出于健康原因无法自己控制车辆的情况下成为安全风险。

为了始终实现至少一个特定的最短刹停时间，减速请求可以由两种可能方式来限定：其一，可以设定减速斜坡斜率的参数；而其二也可以调设最大减速度值(极限减速度)的参数设定。这两种可能方式可以单独使用或组合使用。

通过这种方式，可以限定对于相应起始速度(其是急停方法启动时的速度)而言最佳的减速曲线，该减速曲线遵守预先规定的边界条件、即最短刹停时间和最大停车距离。减速曲线被分为至少两个减速阶段，其中，减速度(负加速度)先增后降。在此，减速曲线的曲线段可被定义为n>0的n阶多项式。在最简单情况下(n＝1)，它是倾斜的a-t直线，即分别是具有恒定的单位时间变化值(加速度的时间导数)的阶段。在这种情况下，a-t曲线看上去像是(翻转的)尖屋顶。或者，也可以使用更高阶的多项式，其例如近似为正弦半波。如果起始速度不超过上限值，则可以通过确定合适的、(优选但非必须)对于减速度增大阶段和减速度减小阶段而言都彼此相同的单位时间变化值大小来遵守边界条件。但如果起始速度过大，则在分为两个减速阶段时该极限减速度(即在曲线的拐点处出现的减速度)将会对于乘车人来说高到不可接受的程度。减速曲线也可以部分地分别由多个n阶多项式组成，特别是由多个直线段组成，在这里，其参数有利地在查找表中提供以便调用。

因此，根据一个有利改进方案，在减速度增大阶段和减速度减小阶段之间经过了减速度保持阶段，在减速度保持阶段中，减速度基本对应于极限减速度，特别是其与极限减速度之差不超过规定值，例如不超过极限减速度的20％。在最简单的情况下，减速度在该减速度保持阶段中保持不变。在这种情况下，针对该减速曲线得到了带棱角的凹槽形状(盆形，Wannenform)，其所具有的两个拐点位于减速保持阶段的首尾处。由此，就减速曲线的限定而言出现另外两个自由度，即减速保持阶段的持续时间和极限减速度的大小。因此，优选但非必要地,在(减速的)增大和减小阶段中具有恒定的单位时间变化值的情况下，它可以针对持续较长时间的减速度保持阶段以较低的极限减速度被刹车，或者针对较短的减速度保持阶段以较高的极限减速度来刹车。在前者情况下停车距离会加长，只要不超过最大停车距离这就不是问题。

根据本发明的一个有利改进方案，极限减速度与起始速度相关，其超过最小减速度以使得驾驶员注意到自主刹车。最小减速度优选可以在约0.7至0.8m/s²之间。同样有利的是确定优选在1.2m/s²至1.8m/s²范围内的最大减速度，以保证车辆乘客无需经受大的制动加速度。

但一旦起始速度高到如下程度，即，在减速度保持阶段中遵守最大减速度情况下将会超过最大停车距离，则需要增大减速度增大阶段和减小阶段期间的单位时间变化值，和/或将减速度保持阶段期间的极限减速度增大至以足够程度超过最大减速度值，使得遵守最大停车距离。

根据本发明的一个有利改进方案，减速度在减速度增大阶段中按照在最小单位时间变化正值至最大单位时间变化正值之间所选的单位时间变化正值来增大，其中，最小单位时间变化正值优选在0.4m/s³至0.5m/s³之间，最大单位时间变化正值在0.7m/s³至0.8m/s³之间。

根据本发明的一个有利改进方案，减速度在减速度减小阶段中按照在最小单位时间变化负值至最大单位时间变化负值之间所选的单位时间变化负值来减小，其中，最小单位时间变化负值优选在-0.4m/s³至-0.5m/s³之间，最大单位时间变化负值在-0.7m/s³至-0.8m/s³之间。

一种用于低于上述极限速度(此时尽管针对单位时间变化值和极限加速度选择了相应的最大值，但仍然超过最大停车距离)的起始速度的优选急停方法在于以下特征：

1.在具有低于下极限速度的起始速度的情况下，最小减速度被确定为极限减速度并且减速度保持阶段的持续时间以与起始速度相关的方式被确定，其中，停车时间可能短于最短刹停时间。下极限速度大致在10km/h范围内。在最低速度范围内不利的是保持足够低的减速度以遵守尤其为10秒的最短刹停时间，因为减速度在此将表现为足够小，以致驾驶员无法感觉到急停方法启动。对于速度很低的所述范围，可以增大单位时间变化值以便将刹车过程设计成能够让驾驶员感受到，和/或减速度保持阶段的持续时间被缩短，从而在最短刹停时间到期之前的数秒内将达到停止。该极限减速度在此情况下例如为0.75m/s²。

2.在具有高于下极限速度且低于中等极限速度的起始速度的情况下，极限减速度以与起始速度相关的方式被如此确定，即，不短于最短刹停时间。在此低速度范围内，可调变量是极限减速度，其被选择成使得刹车过程总是以最短刹停时间结束，即达到刹停。在此远没有达到最大停车距离。

3.在具有高于中等极限速度且低于上极限速度的起始速度的情况下，在减速度保持阶段中的极限减速度对应于最大减速度，而减速度保持阶段的持续时间以与起始速度相关的方式被确定。在高速度范围内，单位时间变化值优选对应于最大值(例如+/-0.75m/s³)，并且可调变量是减速度保持阶段的时长。因此，车辆刹停时间比最短刹停时间晚。在此情况下，当达到上极限速度时恰好达到最大停车距离。

4.在具有高于上极限速度的起始速度的情况下，在遵守针对单位时间变化值和极限减速度的相应最大值时不再遵守最大停车距离。因此在该速度范围内，该极限减速度被增大以致超过预先规定的最大减速度(尤其达到约2至3m/s²)，和/或单位时间变化正值和/或单位时间变化负值被设定得高于相应最大值。单位时间变化值或极限减速度值以与起始速度相关的方式被如此确定，即，不超过最大停车距离。

因此根据本发明的一个有利改进方案，单位时间变化正值和单位时间变化负值不是恒定的，而是以与起始速度相关的方式被选择。这些值优选可以就数值而言是彼此相同的，但或者也可被选择为彼此大小不同。此外，在减速度增大阶段和减速度减小阶段中的单位时间变化值也不必是恒定的(减速曲线呈一阶多项式形式)，而是可以呈现其它曲线走向，特别是近似正弦曲线。

根据本发明的一个有利改进方案，在启动急停方法之后，在减速度增大阶段之前先执行滑行阶段，在滑行阶段中，将机动车驱动装置的驱动扭矩降至零，并且或许仅为了如下目的进行制动作动，即，阻止由外作用力决定的尤其由陡降车道或顺风决定的车辆加速。由此使驾驶员有时间在车辆自动减速之前对警告做出反应。

该滑行阶段之后紧接着是减速度增大阶段。滑行阶段的持续时间优选为约0.5秒至1.5秒。滑行阶段的持续时间可以被纳入到最短刹停时间中，因而可供使用的最短刹停时间相应缩短。如果车辆位于水平地面或上坡面，则在滑行阶段期间无需进行制动作动。而如果车辆位于下坡车道，则进行制动干预，使得在滑行阶段期间所述速度不会进一步增大。

如果车辆已经停止，则根据一个有利改进方案，驻车制动器被接合，以免(例如在非水平位置)又因下坡动力而偶然自动溜车。

本发明所基于的任务还通过一种用于执行上述急停方法的其中一个实施方式的装置来完成，该装置可以连接至用于测知车速的传感器以及用于机动车驱动装置的控制装置和用于制动器的控制装置。

根据此设计的一个有利改进方案，该装置包括用于人工启动和/或结束急停方法的开关或者能确定驾驶员是否掌控车辆的驾驶员传感器装置。通过这种方式，驾驶员可以随时又接管车辆控制并且停止该急停方法。

该急停方法有利地被自动启动，例如当没有出现预期的驾驶员反应(例如驾驶员没有对诸如接管请求或“放手警告”等警告做出反应)时，或者当驾驶员未准备好或无法接管车辆驾驶(例如如果晕厥或心脏病发作)时。但该急停方法也可由驾驶员或乘客通过操作急停开关来人工启动。因此，如果驾驶员突然失去对车辆的控制，则副驾和/或乘客能在紧急情况下马上自动将车辆停止。

根据另一个优选改进方案，如果系统识别到遵守这些边界条件会导致车辆停在危险地点(例如十字路口)，则该系统将允许低于最短刹停时间或超过最大停车距离。为此，该装置可以连接到导航系统，借此能在急停过程开始时确定停车地点。

附图说明

从以下参考附图对实施例详加描述的说明中得到其它的优点、特征和细节。相同的、相似的和/或功能相同的零部件带有相同的附图标记，其中：

图1示出在本发明的急停方法中的减速曲线的减速度-时间曲线图；

图2示出在很低起始速度下的减速曲线的减速度-时间曲线图；

图3示出在低起始速度下的减速曲线的减速度-时间曲线图；

图4示出在中等起始速度下的减速曲线的减速度-时间曲线图；

图5示出在高起始速度下的减速曲线的减速度-时间曲线图；

图6示出用于执行本发明的急停方法的装置的框图。

具体实施方式

图1示出在本发明急停方法中的减速曲线的减速度-时间曲线图。横坐标是以秒为单位的时间，纵坐标是以[m/s²]为单位的减速度。在时间轴的最左侧示出了滑行阶段(Rollphase)Δt_r，其之后针对不同的减速曲线紧接的是用于减速度增大阶段Δt_z的彼此不同的持续时间Δt_z1、Δt_z2、Δt_z3、Δt_z4。

在减速曲线10中(点划线)，减速度从0持续增大至最小减速度a_min的值，即0.75m/s²。该单位时间变化正值j_z1为0.75m/s²/6s，因此j_z1＝0.125m/s³。在用于很低的起始速度v₀的减速曲线10中，减速度增大阶段Δt_z1之后是等长的减速度减小阶段Δt_a1，其具有就(绝对)值而言大小相同的单位时间变化负值j_a1。刹车过程的整个持续时间来自各阶段之和Δt_r+Δt_z1+Δt_a1并且在所示例子中为11s。所属的起始速度v₀₁可以理解为在加速度零线11与两条线j_z1、j_a1之间的区域，即由此构成的三角形的面积。

在减速曲线12(点线)中，在滑行阶段Δt_r结束后，减速度从0持续增大至约为1.1m/s²的减速度值a₂。单位时间变化正值j_z2约为1.1m/s²/5.3s，因此j_z2＝0.21m/s³。在用于略微较高的起始速度v₀₂的减速曲线12中，在减速度增大阶段Δt_z2之后是减速度保持阶段Δt_h2，其之后跟随的是减速度减小阶段Δt_a2。刹车过程的整个持续时间来自各阶段之和Δt_r+Δt_z2+Δt_h2+Δt_a2并且又为11秒。所属的起始速度v₀₂可以定义为在加速度零线与由三条线j_z2、a₂和j_a2所限定的梯形之间的面积。

因此为了获得11秒的制动期，减速度增大和减小期间的单位时间变化值j_z2和j_a2被增大，由此自动出现减速度保持阶段Δt_h2。

在甚至更高的起始速度情况下，在减速曲线14(虚线)中还将进一步增大单位时间变化率，并且因为减速度不应该超过最大减速度a_max，故自动将减速度保持阶段Δt_h扩宽。同样的情况适用于针对甚至更高的起始速度的减速曲线16(实线)。

在图2中示出了用于很低的起始速度的替代的减速曲线18(实线)，很低的起始速度低于下极限速度v₁。不同于图1的减速曲线10、12、14、16，减速曲线18基于恒定的单位时间变化正值j_z和单位时间变化负值j_a，这可以由具有恒定斜率的线来表示。

基于“极限减速度a_g不应小于规定最小减速度a_min”的原则，减速曲线18以按时间积分的方式造成过强的车辆制动，结果将会出现车辆突然停止。因此，减速度恒定阶段Δt_h将被缩短，使得在减速度减小阶段Δt_a中柔和结束刹车过程，即便这是在最短刹停时间t_min(在所示例子中约为10s)之前做到的。起始速度越低，减速度恒定阶段Δt_h越缩短，进而减速度减小阶段Δt_a朝着用20标示的方向移动。

在图3中示出了用于低起始速度范围的减速曲线22，低起始速度高于恰好达到最短刹停时间t_min的极限速度v₁。在此情况下，极限减速度a_g现在作为起始速度的函数被确定，在这里，随着起始速度增大，极限减速度a_g增大。在中等起始速度v₂下，极限减速度a_g达到最大减速度a_max，其中，在v₁与v₂之间的整个速度范围内总是达到最短刹停时间t_min(即正好在该期间内车辆被刹停)，其中，该极限减速度a_g在用附图标记23标示的范围内变化。

在图4中示出了用于中等起始速度范围的减速曲线24，该中等起始速度高于使车辆在到达最短刹停时间t_min时停止的极限速度v₂。在较高的起始速度v₀>v₂情况下需要较长的停车时间以使车辆停止，在这里，刹车距离变长。在此，减速度保持阶段Δt_h相应地作为起始速度的函数被延长，这通过箭头25来表明。减速曲线24由刹车距离达到最大停车距离s_max时的上极限速度v₃界定。

在图5中示出了用于高起始速度v₀范围的多条减速曲线26a、26b、26c，该高起始速度高于刹车距离达到最大停车距离s_max时的极限速度v₃。最大停车距离s_max不应被超过，因此现在应当采用超过最大减速度a_max的更高的极限减速度。还合适的是，在减速度增大阶段Δt_z和减速度减小阶段Δt_a期间增大单位时间变化值，就像在减速曲线26b、26c中示出的那样。

在下表1中，对于不同的起始速度v₀以表格示出了用于滑行阶段Δt_r、减速度增大阶段Δt_z、单位时间变化正值j_z、减速度保持阶段Δt_h、极限减速度a_g、减速度减小阶段Δt_a、单位时间变化负值j_a、刹车过程总持续时间t_b＝Δt_r+Δt_z+Δt_h+Δt_a和所得到的刹车距离s的相应所得值。

表1

在下表2中，对于相同的起始速度v₀＝30km/h对比示出两条不同的减速曲线，确切说，在上行中示出具有较大的单位时间变化值j_z、j_a和较小的极限减速度a_g的减速曲线。

表2

在下表3中，在三行中示出用于极限速度v₁、v₂、v₃的值和所属的参数：

表3

图6示出用于执行该方法的装置28，其连接至用于测知起始速度v₀的车速传感器30。装置28具有输出端，用于控制机动车驱动装置的控制装置32，以使驱动装置无转矩。装置28具有用于控制制动器用控制装置34的另一个输出端以及用于控制驻车制动器用控制装置35的输出端。因此，制动器根据本发明的方法来控制。此时重要的减速度值可以通过传感器30的速度值的微分来获得，或者装置28可以与单独的加速度传感器36相连。

装置28还可以连接至用于人工启动和/或结束急停方法的开关38以及连接至驾驶员传感器装置40。不仅可借助开关38、也可由驾驶员传感器装置40来启动本发明的急停方法，在这里，此刻由速度传感器30来测量当前的起始速度v₀，并且将其与存储在装置28的计算单元42中的用于极限速度v₁、v₂、v₃的值相比较。根据所确定的起始速度v₀，计算单元42从中计算相应的减速曲线并且相应控制用于制动器的控制装置34，其中，所得到的加速度值由加速度传感器36来确定。替代地也可行的是采用具有预存值的查找表来代替计算单元42。

尽管已通过优选实施例来详细说明和解释了本发明细节，但本发明不受公开例子的限制，并且本领域技术人员可以从中推导出其它变化而不脱离本发明的保护范围。因此显而易见的是存在多种变化可能方式。还清楚明白的是，所例举的实施方式实际上仅是例子，其绝不应以任何方式被理解为对比如本发明的保护范围、可能应用或配置的限制。相反，以上描述和附图说明使得本领域技术人员能够具体实现实施例，在此，本领域技术人员在知晓所公开的发明构思的情况下可以例如关于实施例中提到的各个零部件的功能或布置做出各种各样的改变，而不脱离由权利要求书及其法律等同所限定的保护范围，就像例如在说明书中详述的那样。

Claims (10)

1.一种用于借助机动车的至少一个制动装置使该机动车从起始速度(v₀)到停止的自动急停方法，

其特征在于，该制动装置被作动，以执行由至少两个减速阶段(10)构成的减速曲线，其中，在减速度增大阶段(Δt_z)中将该减速度增大至极限减速度(a_g)，并且在持续至停车的减速度减小阶段(Δt_a)中将该减速度减小至零，其中，所述减速度的时间曲线在减速度增大和减速度减小的期间至少部分以n>0的n阶多项式的形式根据所述起始速度(v₀)被如此确定，即，代表急停所需持续时间的停车时间不低于规定的最短刹停时间(t_min)，并且在所述停车时间内所经过的距离不超过规定的最大停车距离(s_max)。

2.根据权利要求1所述的急停方法，其特征在于，在该减速度增大阶段(Δt_z)和该减速度减小阶段(Δt_a)之间经过了减速度保持阶段(Δt_h)，在该减速度保持阶段中，该减速度基本对应于该极限减速度(a_g)，尤其是与该极限减速度(a_g)相差不大于规定值。

3.根据权利要求1或2所述的急停方法，其特征在于，该极限减速度(a_g)与该起始速度(v₀)相关，并且超过规定的最小减速度(a_min)。

4.根据前述权利要求之一所述的急停方法，其特征在于，该减速度在所述减速度增大阶段(Δt_z)中按照在最小单位时间变化正值(j_zmin)至最大单位时间变化正值(j_zmax)之间所选择的单位时间变化正值(j_z)来增大，其中，该最小单位时间变化正值(j_zmin)优选在0.4m/s³至0.5m/s³之间，而该最大单位时间变化正值(j_zmax)优选在0.7m/s³至0.8m/s³之间。

5.根据前述权利要求之一所述的急停方法，其特征在于，该减速度在该减速度减小阶段(Δt_a)中按照在最小单位时间变化负值(j_amin)至最大单位时间变化负值(j_amax)之间所选择的单位时间变化负值(j_a)来减小，其中，该最小单位时间变化负值(j_amin)优选在-0.4m/s³至-0.5m/s³之间，该最大单位时间变化负值(j_amax)优选在-0.7m/s³至-0.8m/s³之间。

6.根据权利要求5所述的急停方法，其特征在于，

-在起始速度(v₀)低于上极限速度(v₃)的情况下，该单位时间变化正值(j_z)和该单位时间变化负值(j_a)被选择为恒定，并且

-在起始速度(v₀)低于下极限速度(v₁)的情况下，该最小减速度(a_min)被确定为极限减速度(a_g)，该减速度保持阶段(Δt_h)的持续时间以与该起始速度(v₀)相关的方式被确定，其中，该停车时间能够低于(18)该最短刹停时间(t_min)；

-在起始速度(v₀)高于该下极限速度(v₁)且低于中等极限速度(v₂)的情况下，该极限减速度(a_g)以与该起始速度(v₀)相关的方式被确定，使得不低于(22)该最短刹停时间(t_min)；

-在起始速度(v₀)高于该中等极限速度(v₂)且低于该上极限速度(v₃)的情况下，该极限减速度(a_g)在该减速度保持阶段(Δt_h)中对应于最大减速度(a_max)，并且该减速度保持阶段(Δt_h)的持续时间以与该起始速度(v₀)相关的方式被确定(24)。

7.根据权利要求6所述的急停方法，其特征在于，在起始速度(v₀)高于该上极限速度(v₃)的情况下，该极限减速度(a_g)超过该最大减速度(a_max)，和/或所述单位时间变化正值(j_z)和所述单位时间变化负值(j_a)超过相应的最大值(j_zmax,j_amax)，并且以与该起始速度(v₀)相关的方式被如此确定，使得不超过(26)该最大停车距离(s_max)。

8.根据权利要求6或7所述的急停方法，其特征在于，与该起始速度(v₀)相关地选择所述单位时间变化正值(j_z)和所述单位时间变化负值(j_a)。

9.根据前述权利要求之一所述的急停方法，其特征在于，在启动该急停方法之后，在该减速度增大阶段(Δt_z)之前执行滑行阶段(Δt_r)，在该滑行阶段中，将该机动车的驱动装置的驱动扭矩降低至零并且可选地进行制动操作，以阻止由外作用力引起的、尤其由陡降车道或顺风引起的车辆加速。

10.一种用于执行根据前述权利要求之一所述的急停方法的装置(28)，其特征在于，该装置能够与用于测知车速的传感器(30)、以及与用于该机动车的驱动装置的控制装置(32)且与用于制动系统的控制装置(34)相连。

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