CN117651663A - 控制备用运动控制系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制用于自主车辆的备用运动控制系统的方法，所述自主车辆包括用于控制一对可转向车轮的转向操作的主转向系统，其中所述可转向车轮中的每一者包括车轮制动器，所述车轮制动器连接到防抱死制动系统以在防抱死制动系统布置在启用状态时防止车轮制动器抱死，所述方法包括：确定自主车辆的当前运动，当前运动是通过由主转向系统引起的该对转向车轮的转向操作产生的；将自主车辆的当前运动与期望运动进行比较；以及当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时：将用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统控制为布置在禁用状态；以及接合所述可转向车轮中的每一者的车轮制动器。

Description

控制备用运动控制系统的方法

技术领域

本发明涉及一种控制备用运动控制系统的方法。本发明还涉及一种对应的备用运动控制系统。本发明特别有利地在自主车辆中实施。尽管本发明将主要针对卡车形式的自主车辆，但本发明也可适用于其他类型的自主车辆，例如，诸如作业机械、轿车等。

背景技术

自主车辆技术正在稳步发展，并且自主车辆在广泛应用中应用。借助于自主车辆，车辆的物理操作者可能是多余的，这提供了许多优点，例如，诸如增加车辆的操作能力、降低成本和增加安全性。在后一种情况下，自主车辆可以在例如危险工作场所操作，从而避免操作者以其他方式操作车辆的潜在事故。

自主车辆的一个重要方面是制动系统和转向系统根据需要操作，并且以或多或少的故障安全方式操作，以便车辆根据需要操作并在需要时制动。

对于手动操作的车辆，当电动转向系统无法按预期发挥作用时，操作者仍然能够通过手动控制转向动作来使车辆转向。然而，对于没有操作者在场的自主车辆来说，不可使用这种手动干预。因此，基本上不可能消除转向操作的故障。这可能会导致车辆出现冒险和危险情况。

因此，需要改进用于自主车辆的转向系统以进一步提高例如安全性。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服上述缺陷。

根据第一方面，提供了一种控制用于自主车辆的备用运动控制系统的方法，所述自主车辆包括用于控制一对可转向车轮的转向操作的主转向系统，其中所述可转向车轮中的每一者包括车轮制动器，所述车轮制动器连接到防抱死制动系统，以在防抱死制动系统布置在启用状态时防止车轮制动器抱死，所述方法包括：确定自主车辆的当前运动，当前运动是通过由主转向系统引起的该对转向车轮的转向操作产生的；将自主车辆的当前运动与期望运动进行比较；以及当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时：将用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统控制为布置在禁用状态；以及接合所述可转向车轮中的每一者的车轮制动器。

措词“防抱死制动系统”应被解释为防止车轮在制动期间抱死的系统。当车轮在制动期间抱死并且防抱死制动系统布置在启用状态时，防抱死制动系统减小施加在针对特定车轮的车轮制动器上的制动压力或制动力，使得车轮不再抱死。因此，启用状态是防抱死制动系统被激活并处于操作中的状态。在禁用状态下，防抱死制动系统因此停用并且不处于操作中。当防抱死制动系统布置在禁用状态时，车轮能够抱死，即防抱死制动系统不干预制动动作。防抱死制动系统可以是传统的防制动系统(ABS系统)、电子稳定性控制系统(ESP系统)、动态稳定性控制系统(DSC系统)或其他类似系统。如从下面的公开内容中还可以看出，防抱死制动系统可以被配置为针对一个或多个车轮制动器布置在禁用状态，同时针对车辆上的其他车轮制动器中的一者或多者布置在启用状态。因此，防抱死制动系统可以布置在启用干预的启用状态。防抱死制动系统还可以布置在系统启用但干预被禁用的禁用状态，以及系统完全禁用且因此干预也被禁用的禁用状态。

此外，自主车辆的当前运动应当被解释为与车辆的当前航向相关。如下文将描述的，这可以基于车辆的当前转向方向或与道路车道的横向偏差。作为一个选项，当前运动可以是车辆当前转向方向或横向偏差的导数。当前运动还可以是车辆的当前横摆率。因此，期望运动是车辆的预期和期望的航向。与当前运动类似，期望运动可以基于期望的转向方向或道路车道的横向位置。期望运动也可以是期望的转向方向或横向位置的导数。期望运动也可以是车辆的期望的横摆率。期望运动可以基于从车辆自主转向系统接收的数据以及基于GPS数据等来确定。

本发明基于以下意外的认识：通过将防制动系统布置在禁用状态并激活可转向车轮的车轮制动器，车轮轮胎表面与道路之间的摩擦力的摩擦力使用可能会过饱和。因此，本发明使得能够利用基本上所有的摩擦力来进行制动作用。由于防抱死制动系统被禁用，因此允许制动力大于启用防抱死制动系统时可能产生的制动力。换句话说，当防抱死制动系统禁用且制动器抱死时，车轮从滚动摩擦状态改变为车轮滑移摩擦状态，在车轮滑移摩擦状态下的制动距离比滚动摩擦状态下的制动距离更长或更短。与滚动摩擦状态下的对应摩擦参数相比，车轮与路面之间的摩擦的摩擦参数在车轮滑移摩擦状态下通常具有较低的值。因此，制动力利用摩擦力在车辆的纵向方向上提供制动作用。因此，基本上不存在产生横向车轮力的摩擦力，即所谓的横向滑移增加。这将导致车辆或多或少无法转向至左手侧或右手侧的情况，由此，如在当前转向方向(即，在切向方向)所见，车辆将基本上直线向前行驶，直到最终通过制动动作停下。因此，一个优点是，无论这种故障的根本原因如何，都可以以有效的方式处理故障转向系统的影响，这降低了车辆离开自我车道和驶离道路等的风险。因此，当普通转向系统(即主转向系统)未能按期望和/或预期发挥作用时，上述方法有利地作为备用转向系统操作。

根据一个示例性实施方案，车轮制动器可以通过制动力来施加，其中制动力的量值是基于当前运动与期望运动之间的差。因此，在导致与期望运动严重偏离的故障的情况下，所施加的制动力与不太严重的偏离相比更高。

根据一个示例性实施方案，可转向车轮中的每一者的车轮制动器可以通过具有最大制动力能力的制动力接合，当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时，车轮制动器通过与最大制动力能力相对应的制动力接合。

优点在于，最大可用制动力被施加到可转向车轮的车轮制动器。因此，不需要智能软件功能来计算并施加合适的制动力。在当前的示例性实施方案中，备用运动控制系统仅尽可能用力地施加车轮制动器。

根据一个示例性实施方案，当前运动可以与可转向车轮的转向角相关联，并且期望路径可以与自主车辆当前行驶的道路的弯道角相关联，所述方法还包括：当转向角超过弯道角时交替地接合和脱离转向车轮中的每一者的车轮制动器。由此，备用运动控制系统可以连续地确定在短暂的制动事件之后当前运动是否已经被补偿以使得其基本上对应于期望运动。由此可以平衡可转向车轮的横向力，并且可以将车辆控制回到其预期和期望的运动。

根据一个示例性实施方案，自主车辆可以包括至少一对非转向车轮，所述非转向车轮中的每一者包括车轮制动器，其中所述方法包括：当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时，接合所述非转向车轮中的每一者的车轮制动器。优点在于车辆速度会更快地降低。

根据一个示例性实施方案，非转向车轮的车轮制动器可以连接到第二防抱死制动系统，所述方法包括控制第二防抱死制动系统以使非转向车轮的车轮制动器布置在启用状态以防止非转向车轮的车轮制动器在接合时抱死。

第二防抱死制动系统可以形成上述防抱死制动系统的一部分，或者是单独的防抱死制动系统。因此，非转向车轮的车轮制动器可以在可转向车轮的防抱死制动系统被禁用的同时具有启用的防抱死制动系统。优点在于，当操作备用运动控制系统时，将防止非转向车轮抱死。更详细地，非转向车轮的车轮制动器以传统方式操作。

根据一个示例性实施方案，当前运动可以是自主车辆的当前转向方向，并且期望运动可以是自主车辆要遵循的期望路径。例如，期望路径可以是受限工作场所的预定义路径等。

根据一个示例性实施方案，所述方法还可以包括：确定自主车辆相对于自主车辆的期望路径的道路车道的当前横向位置；将当前横向位置与距道路车道的横向中心位置的预定最大允许偏差进行比较；以及将用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统控制为布置在禁用状态，并且仅当当前横向位置超过预定最大允许偏差时才接合可转向车轮中的每一者的车轮制动器。

根据一个示例性实施方案，期望运动可以是自主车辆当前行驶的道路的弯道方向。

根据第二方面，提供了一种用于包括一对可转向车轮的自主车辆的备用运动控制系统，其中所述可转向车轮中的每一者包括可由备用运动控制系统控制的车轮制动器，其中备用运动控制系统可连接到防抱死制动系统，所述防抱死制动系统被配置为当防抱死制动系统布置在启用状态时防止车轮制动器抱死，其中备用运动控制系统包括控制单元，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置为接收指示自主车辆的当前运动的信号；将自主车辆的当前运动与期望运动进行比较；并且当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时：将控制信号传输到防抱死制动系统，控制信号表示致使用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统布置在禁用状态的指令；以及将所述可转向车轮中的每一者的车轮制动器控制为接合。

第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些效果和特征。

根据第三方面，提供了一种自主车辆，其包括一对可转向车轮、被配置为控制可转向车轮的转向操作的主转向系统、以及根据上述第二方面的备用运动控制系统。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在所述程序代码装置在计算机上运行时执行上面关于第一方面描述的实施方案中的任一者的步骤。

根据第五方面，提供了一种承载计算机程序装置的计算机可读介质，所述计算机程序装置用于在程序装置在计算机上运行时执行上面关于第一方面描述的实施方案中的任一者的步骤。

第三方面、第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些效果和特征。

当研究所附权利要求和以下描述时，另外的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同特征以创建不同于以下描述的实施方案的实施方案。

附图说明

通过以下示例性实施方案的说明性和非限制性详细描述，将更好地理解上述内容以及附加目的、特征和优点，其中：

图1是示出呈卡车形式的自主车辆的示例性实施方案的横向侧视图；

图2是车辆沿道路弯道行驶的俯视图；

图3是描绘根据一个示例性实施方案的受到转弯操纵的图1中的车辆的俯视示意图；以及

图4是控制用于自主车辆的备用运动控制系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文参考附图更完整描述本发明，在附图中示出了示例性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案；而是，提供这些实施方案是为了彻底和完整起见。贯穿本描述，相似的参考符号指代相似的元件。

具体参考图1，描绘了呈卡车形式的车辆10。车辆10是自主车辆，其中转向和推进由控制单元41自主控制。因此，自主车辆包括转向系统100，所述转向系统包括一对可转向车轮104、106。在图1中，可转向车轮104、106被描绘为前轮，但当然也可以是后轮。车辆10还包括一对非转向车轮110、112，其在图1中被例示为后轮。应当容易理解，车辆10可以包括附加的后轮(参见图3中的310和312)。如图3所示，这样的附加后轮可以连接在非转向车轮110、112的前面，或者连接在非转向车轮110、112的后面。控制单元41优选地直接或间接连接到自主车辆的备用运动控制系统，如下面将进一步详细描述的。可转向车轮104、106的转向操作由主转向系统100控制。仅出于说明性目的，将转向系统100描绘为包括方向盘。由于车辆是自主车辆，因此方向盘可能是多余的。

车辆10还包括连接到可转向车轮102、104中的每一者的车轮制动器102以及连接到非转向车轮110、112的车轮制动器122。如下文将进一步详细描述的，车轮制动器连接到防抱死制动系统。防抱死制动系统被配置为防止车轮制动器抱死。可转向车轮104、106的车轮制动器102可以连接到第一防抱死制动系统，而非转向车轮110、112的车轮制动器122可以连接到第二防抱死制动系统，所述第二防抱死制动系统独立于第一防抱死制动系统进行控制。替代地，可转向车轮104、106的车轮制动器102和非转向车轮的车轮制动器122连接到同一防抱死制动系统。这种单个防抱死制动系统可以启用例如非转向车轮110、112的车轮制动器122的防抱死制动功能，同时禁用例如非转向车轮104、106的车轮制动器102的防抱死制动功能，反之亦然。因此，防抱死制动系统被布置为对于车轮制动器而言是可单独控制的。防抱死制动系统可以是控制单元41的集成控制功能。

控制单元41可以形成实施在一个或多个车辆单元计算机(VUC)上的整个车辆控制系统的一部分。VUC可以被配置为执行根据分层功能架构组织的车辆控制方法，在所述分层功能架构中，一些功能可以包括在更高层的交通状况管理(TSM)域中。TSM功能计划以例如10秒左右的时间范围进行驾驶操作。该时间范围对应于例如车辆通过弯道所花费的时间。由TSM计划和执行的车辆操纵可以与加速度曲线和曲率曲线相关联，所述加速度曲线和曲率曲线描述针对给定操纵的期望车辆速度和转弯。TSM不断地从VMM功能请求期望的加速度曲线a_req和曲率曲线c_req，所述VMM功能执行力分配来以安全且稳健的方式满足来自TSM的请求。

此外，控制单元41可以包括控制电路、微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。控制单元还可以包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置或数字信号处理器。在控制单元包括可编程装置(诸如上文所提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，处理器还可以包括控制可编程装置的操作的计算机可执行代码。

为了更详细地描述备用运动系统的操作，参考图2和图3。首先参考图2，其是沿着道路曲率行驶的车辆10的俯视图。具体地，车辆10旨在遵循道路轨迹202，所述道路轨迹在图2中被描绘为车辆10所遵循的车道204的横向中心。因此，道路轨迹202表示车辆10的期望运动。然而，当前运动可能偏离道路轨迹202，即，当操作道路曲率时，车辆10不遵循道路轨迹，而是遵循当前运动，使得车辆即将过度离开道路。这由表示为206的当前运动来描述。

如果驾驶情况如由表示为206的当前运动所描绘的，则控制单元41将用于可转向车轮104、106的车轮制动器102的防抱死制动系统控制为布置在禁用状态。控制单元41还将可转向车轮104、106的车轮制动器102控制为接合。由于防抱死制动系统被禁用，车轮制动器可以或多或少地施加全部制动功率，并且可能根据车轮与路面之间的当前摩擦力而抱死。优选地，可转向车轮104、106中的每一者的车轮制动器通过具有最大制动力能力的制动力接合。

参考图3，其是描绘根据一个示例性实施方案的受到转弯操纵的图1中的车辆的俯视示意图。在如图2所示的操作期间，前转向车轮104、106使车辆转向。前转向车轮104、106分别受到纵向车轮力F_x,104、F_x,106和横向车轮力F_y,104、F_y,106的作用。类似地，非转向车轮110、112还分别受到纵向车轮力F_x,110、F_x,112和横向车轮力F_y,110、F_y,112的作用。图3所描绘的实施方案还包括最后面的一对车轮310、312。最后面的一对车轮310、312可以是可转向的或不可转向的。最后面的一对车轮310、312的车轮制动器还分别受到纵向车轮力F_x,310、F_x,312和横向车轮力F_y,310、F_y,312的作用。

当用于可转向车轮104、106的车轮制动器102的防抱死制动系统布置在禁用状态，并且可转向车轮104、106中的每一者的车轮制动器通过具有最大制动力能力的制动力接合时，基本上所有制动力将在纵向方向上，即横向车轮力F_y,104、F_y,106将基本上为零。由此，参考图2，车辆将转向不足并遵循切线方向，从而减小转向角，并防止车辆离开道路。详细地说，可转向车轮104、106与道路之间的摩擦力将在可转向车轮104、106的纵向方向上或多或少地饱和。

优选地，非转向车轮110、112的车轮制动器122也在这些制动器的防抱死制动系统启用时接合。这将有助于降低车辆的速度直至最终静止。在这种情况下，非转向车轮110、112仍然受到横向力F_y，110、F_y，112的作用。

图2还描绘了用附图标记208指示的另一种转向操作，其与上述车辆遵循由附图标记206指示的轨迹的操作条件相比不太严重。然而，产生由附图标记208表示的轨迹的转向操作指示转向系统出现故障。由于该转向操作不太严重，因此与车辆遵循轨迹206时施加的上述制动力相比，车辆制动器可以被施加较低的制动力。因此，所施加的制动力的量值可以基于当前运动与期望运动之间的差，其中用于可转向车轮104、106的车轮制动器102的防抱死制动系统被禁用。根据另一个示例，可转向车轮104、106的车轮制动器102可以基于当前运动与期望运动之间的差交替地接合和脱离。当前运动可以优选地是车辆10的当前转向方向，并且期望运动可以是车辆10要遵循的期望路径。

根据一个示例性实施方案，控制单元41可以被配置为确定当前运动与期望运动之间的差。控制单元还可以确定或预测在启用防抱死制动系统的制动期间车辆10的即将到来的轨迹，以及确定或预测在禁用防抱死制动系统的情况下车辆10的即将到来的轨迹。控制单元可以将启用防抱死制动系统情况下的即将到来的轨迹与禁用防抱死制动系统情况下的即将到来的轨迹进行比较。优选地可以相对于例如路线图或等同物进行比较。基于比较和道路地图数据，控制单元确定是否启用或禁用防抱死制动系统，并控制应用车轮制动器。

为了总结，参考图4，其是控制车辆的备用运动控制系统的方法的流程图。在操作期间，如图2中所描绘的，控制单元41确定S1车辆10的当前运动。当前运动是通过由主转向系统100引起的该对可转向车轮104、106的转向操作产生的。

控制单元41将当前运动与车辆10的期望运动进行比较S2。因此，当前运动可能不对应于期望运动，但作为示例，可以采用如图2中的附图标记206或208所描绘的形式。

当当前运动与期望运动之间的差超过预定阈值限制时，控制单元将控制信号传输到防抱死制动系统，使得用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统布置在禁用状态。更详细地，所传输的控制信号表示致使用于可转向车轮的车轮制动器的防抱死制动系统布置在禁用状态的指令。因此，控制单元将防抱死制动系统控制(S3)为布置在禁用状态。控制单元41还将车轮制动器102控制为接合(S4)。如上所述，车辆不会继续遵循错误的路径，而是遵循制动器接合时的切线方向，同时降低速度，直到车辆布置在静止操作状态。

应当理解，本公开不限于上述和附图中所示的实施方案；而是，本领域技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (13)

1.一种控制用于自主车辆的备用运动控制系统的方法，所述自主车辆包括用于控制一对可转向车轮的转向操作的主转向系统，其中所述可转向车轮中的每一者包括车轮制动器，所述车轮制动器连接到防抱死制动系统以在所述防抱死制动系统布置在启用状态时防止所述车轮制动器抱死，所述方法包括：

-确定(S1)所述自主车辆的当前运动，所述当前运动是通过由所述主转向系统引起的该对可转向车轮的转向操作产生的；

-将所述自主车辆的所述当前运动与期望运动进行比较(S2)；以及当所述当前运动与所述期望运动之间的差超过预定阈值限制时：

-将用于所述可转向车轮的所述车轮制动器的所述防抱死制动系统控制(S3)为布置在禁用状态；以及

-接合(S4)所述可转向车轮中的每一者的所述车轮制动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过制动力施加所述车轮制动器，其中所述制动力的量值是基于所述当前运动与所述期望运动之间的所述差。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述可转向车轮中的每一者的所述车轮制动器通过具有最大制动力能力的制动力接合，当所述当前运动与所述期望运动之间的所述差超过所述预定阈值限制时，所述车轮制动器通过与所述最大制动力能力相对应的制动力接合。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述当前运动与所述可转向车轮的转向角相关联，并且所述期望运动与所述自主车辆当前行驶的道路的弯道角相关联，所述方法还包括：

-当所述转向角超过所述弯道角时，交替地接合和分离所述可转向车轮中的每一者的所述车轮制动器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述自主车辆包括至少一对非转向车轮，所述非转向车轮中的每一者包括车轮制动器，其中所述方法包括：

-当所述当前运动与所述期望运动之间的所述差超过所述预定阈值限制时，接合所述非转向车轮中的每一者的所述车轮制动器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述非转向车轮的所述车轮制动器连接到第二防抱死制动系统，所述方法包括：

-将用于所述非转向车轮的所述车轮制动器的所述第二防抱死制动系统控制为布置在启用状态，以防止所述非转向车轮的所述车轮制动器在接合时抱死。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述当前运动是所述自主车辆的当前转向方向，并且所述期望运动是所述自主车辆要遵循的期望路径。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：

-确定所述自主车辆相对于自主车辆的所述期望路径的道路车道的当前横向位置；

-将所述当前横向位置与距所述道路车道的横向中心位置的预定最大允许偏差进行比较；以及

-将用于所述可转向车轮的所述车轮制动器的所述防抱死制动系统控制为布置在禁用状态，并且仅当所述当前横向位置超过所述预定最大允许偏差时才接合所述可转向车轮中的每一者的所述车轮制动器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述期望运动是所述自主车辆当前行驶的道路的弯道方向。

10.一种用于自主车辆的备用运动控制系统，其包括一对可转向车轮，其中所述可转向车轮中的每一者包括能够由所述备用运动控制系统控制的车轮制动器，其中所述备用运动控制系统可连接到防抱死制动系统，所述防抱死制动系统被配置为在所述防抱死制动系统布置在启用状态时防止所述车轮制动器抱死，其中所述备用运动控制系统包括控制单元，所述控制单元包括控制电路，所述控制电路被配置为：

-接收指示所述自主车辆的当前运动的信号；

-将所述自主车辆的所述当前运动与期望运动进行比较；以及当所述当前运动与所述期望运动之间的差超过预定阈值限制时：

○将控制信号传输到所述防抱死制动系统，所述控制信号表示致使用于所述可转向车轮的所述车轮制动器的所述防抱死制动系统布置在禁用状态的指令；以及

○将所述可转向车轮中的每一者的所述车轮制动器控制为接合。

11.一种自主车辆，其包括一对可转向车轮、被配置为控制所述可转向车轮的转向操作的主转向系统、以及根据权利要求10所述的备用运动控制系统。

12.一种计算机程序，其包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在所述程序代码装置在计算机上运行时执行根据权利要求1至9中任一项所述的步骤。

13.一种承载计算机程序装置的计算机可读介质，所述计算机程序装置用于在所述程序装置在计算机上运行时执行根据权利要求1至9中任一项所述的步骤。