CN117858823A - 用于调节机动车的转向角和/或偏转比率的方法以及具有调控单元的机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节机动车(1)的转向角(α)和/或偏转比率(α')的方法。提供转向角和/或偏转比率的目标值(α、α')。基于目标值(α、α')为制动单元(3)确定多个压力脉冲(PK)。提供机动车(1)的车辆参数和/或路面(10)的表面特性。采集转向角(α)和/或偏转比率(α')的实际值(β、β')。基于目标值(α、α')和多个压力脉冲(PK)制动机动车(1)的一个或者多个轮子(4)。在此根据目标值(α、α')、实际值(β、β')、车辆参数和/或路面(10)的表面特性调控和/或确定多个压力脉冲(PK)。

Description

用于调节机动车的转向角和/或偏转比率的方法以及具有调 控单元的机动车

本发明涉及一种用于调节机动车的转向角和/或偏转比率的方法。本发明还涉及一种具有调控单元、制动单元和至少一个轮子的机动车。

现代的机动车具有各种大多冗余的用于转向或者调节偏转比率的系统。在自动驾驶的机动车中，转向通常通过所谓的“线控转向(Stear-by-Wire)”方法实现。在这种情况下，机动车根本不再具有方向盘，而是由机动车的相应的控制单元自主地控制机动车以及进行对应配属的转向。在转向系统失灵的情况下，如果主转向系统失灵，可能出现令人不快的情况。出于该原因，一些方法为一级转向系统或者线控转向系统设置有双倍冗余或者第二级后备。然而，这种方法需要提供附加的部件，因此在部分情况下可能成本非常高昂。

与之相关地，例如公开文献DE 102014006614A1提及一种用于机动车的气动的制动装置和一种用于运行气动的制动设备的方法。电子的控制单元在顾及到制动信号发射器的情况下确定轮子制动装置的预定制动压力的规定值。每个轮子制动模块包括至少一个通气阀和排气阀、用于激活通气阀和/或排气阀的能电气操作的激活器件，以及一个控制逻辑电路，该控制逻辑电路具有用于根据预定制动压力的规定值为激活器件产生激活信号的器件。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在用于机动车转向的主转向系统或者上级装置失灵时用于运行机动车的附加的方法。

本发明所基于的认知为，在全自动驾驶的机动车中，所谓的线控转向系统取代了具有方向盘的传统的转向装置。按照SAE J3016的定义，从等级4起可以被认为是自动驾驶机动车。在这种全自动的机动车中，方向盘可以折叠或者收起。由此使驾驶员可以在行驶期间成为乘客并且因此为其他活动创造更多空间。通过折叠和收起方向盘，可以实现新的内部空间方案，例如座椅可以旋转并且可以将其他桌台翻转出来。

方向盘和转向执行器之间的机械的脱耦避免了自动驾驶机动车在全自动驾驶期间被意外地错误操作。在按照SAE J3016的等级5的自动驾驶机动车、例如机器人出租车中通常根本不再设置方向盘。这种车辆根本不再需要驾驶员，从而在这种情况下需要使用线控转向系统。

在自动驾驶机动车中，线控转向系统能够实现机动车的转向角和/或偏转比率的调节(或设置)。在传统的手动地操作的机动车中，驾驶员参与这些功能。借助操作方向盘，驾驶员可以调节机动车的转向角和/或偏转比率。在传统的机动车中，也可以在ESC或者ESP辅助功能的范畴中附加地存在线控转向系统。然而这两种机动车的共同点是，主转向装置或者线控转向系统可能失灵，从而使车辆的操纵变得更加困难或者甚至无法操纵。出于该理由，线控转向系统可以双倍冗余地设计。因此例如可以设置两个单独的控制单元，这两个控制单元可以相互独立地接管线控转向系统、即转向和偏转比率的调节。

出于安全方面的原因，通常只有在除了当前存在并且被操作的转向系统或者转向方法之外还存在另一个附加的转向系统或者转向装置作为备份的情况下，才允许运行机动车。因此，自动驾驶机动车优选具有可以分等级地构造的多个转向装置或者转向系统。优选仅有在尚未达到这些等级的最后一级时，即在除了当前的转向装置之外还有至少一个其他的转向装置作为备份存在时，才能够运行机动车。然而，附加的冗余往往会导致附加的部件，从而在车辆制造时增加复杂性和成本。

因此，本发明的第一方面建议一种用于调节机动车的转向角和/或偏转比率的方法。这种方法的突出特点尤其在于，用于机动车的制动的已经存在的部件同时也用于调节机动车的转向角和/或偏转比率。本申请中介绍的方法优选不需要附加的部件，或者仅需少量的适配。在最佳情况下，所述方法可以借助相应的控制单元或者对已经存在的控制单元进行适配来实现。

可以提供转向角和/或偏转比率的目标值。同样可以针对转向角和偏转比率分别提供自身的、单独的目标值。目标值的提供可以手动地或者自动地实现。方向盘的转动例如可以手动地提供目标值。控制单元或者计算单元可以根据传感器信息和/或外部信息、例如云数据确定转向角和/或偏转比率的目标值。在这种情况下，提供目标值意味着通过控制单元或者计算单元确定目标值。

根据一个或者多个目标值，可以为制动单元确定多个压力脉冲。控制单元或者调控单元(或称为闭环控制单元)可以实现压力脉冲的确定。压力脉冲尤其可以设计为矩形脉冲。压力脉冲优选与液压力的和/或气动的制动单元相关。然而其优选不包括机电的轮子制动装置。压力脉冲尤其借助制动单元在机动车的至少一个轮子处产生制动力矩脉冲或者夹紧力脉冲。借助多个压力脉冲能够“制动”机动车的至少一个轮子。“制动”在此优选指与压力脉冲或者多个压力脉冲对应地对轮子进行短暂的制动。通过多个压力脉冲能够产生机动车的转向角和/或偏转比率的变化。

在另一步骤中可以提供机动车的车辆参数和/或路面的表面特性。这些信息可以借助相应的传感器件和/或借助外部信息提供。例如摄像机可以与相应的图像分析结合地确定路面的表面特性。借助数字地存储的路段数据、例如数字的摩擦系数图表，可以通过外部的存储单元提供以及传输表面特性。外部的存储单元可以将这些信息传输至机动车的相应的接口或者机动车的控制单元。

在另一步骤中尤其采集转向角和/或偏转比率的实际值。为此尤其可以使用车辆本身的传感器。瞬时转向角和/或瞬时偏转比率可以借助转向角传感器或者偏转比率传感器进行采集或者测量。该实际值通常偏离目标值。即使借助多个压力脉冲已经初步地粗略调节了转向角和/或偏转比率，但转向角的实际值仍可能偏离目标值。因此目标值和实际值可能不同。

在另一步骤中，优选根据目标值和多个压力脉冲对机动车的一个或者多个轮子进行制动。压力脉冲可以被视为短暂的压力上升和压力下降并且反之亦然。压力脉冲可以与德尔塔分布(Delta-Distribution)类似地设计。压力脉冲优选呈矩形或者近似呈矩形地设计。优选根据目标值、实际值、车辆参数和/或路面的表面特性调控和/或确定多个压力脉冲，以便使实际值接近目标值。

尤其可以在确定压力脉冲的初始组之后随即建立控制回路(或称为闭环控制回路)以确定其他附加的压力脉冲。借助这种控制回路可以减少目标值与实际值之间的差。在大多数情况下，没有必要使实际值与目标值之间的差精确地等于0。在大多数情况下，使实际值接近目标值附近的公差范围就足够了。公差范围例如可以是目标值附近的1％至5％。尤其可以借助控制回路或者调控(或称为闭环控制)将车辆参数和/或路面的表面特性作为针对转向角和/或偏转比率的干扰变量加以考虑。这些干扰变量可能导致实际值与目标值之间的偏差。通过采集实际值与目标值之间的差可以更精确地确定多个压力脉冲。

对多个压力脉冲的调控和/或确定尤其可以迭代地进行。这意味着在确定多个压力脉冲后采集目标值与实际值之间的差，并且根据该差确定新的其它的多个压力脉冲。这种确定可以持续到实际值足够接近目标值为止。在进行这种调控时，可以附加地考虑车辆参数和/或路面的表面特性。

该方法优选被用作紧急转向。尤其可以借助多个压力脉冲使机动车安全地停止。在理想的情况下，不仅使机动车停止，而是附加地使机动车在安全的位置停止。例如对于高速公路上的机动车而言，主转向系统、甚至在不利情况下对应配属的冗余转向系统都可能失灵。在这种情况下，机动车无法再继续运行，也无法驶向最近的修理厂。在这种情况下，仍可以借助所述的方法以及以下实施方式以安全的方式将机动车从高速公路上的行车道向紧急车道的方向转向，并且在那里停止。在此优选使用已经存在的部件，从而能够在没有其它部件的情况下提供附加的紧急转向系统。由此能够简单地提高交通安全性。

附加的或者备选的实施方案实现了借助摄像机确定机动车的路面的表面质量。附加地或者备选地可以通过存储在外部的存储单元上的摩擦系数图表提供表面特性。外部的存储单元可以被视为云数据存储器。在该云数据存储器上可以存储数字的路段数据以及关于沿着机动车路线的路面的表面特性的信息。在表面特性变化时可以相应地适配多个压力脉冲，因为该变化能够借助摄像机识别。例如可以借助摄像机探测光流(optischer Fluss)的变化。摄像机为此例如可以拍摄和分析机动车的路面的多个图像。光流中的变化在此可以表明路面的表面特性的变化。例如在从柏油路面过渡到碎石、雪、冰或者雨水路面时，摄像机的图像会发生相应的变化。例如可以借助光流或者其他图像分析识别这种变化。可以借助针对识别表面特性训练的神经网络进行图像分析。由于表面特性发生变化，可以重新确定或者计算多个压力脉冲。在计算多个压力脉冲时就可以考虑到新出现的表面特性，这在理想情况下使实际值更快地与目标值相一致。在这种情况下，可以通过增加多个压力脉冲的脉冲宽度和/或脉冲高度来进行再调控。附加地或者备选地也可以降低或者增大多个压力脉冲之间的脉冲间隔。备选地可以通过摩擦系数图调取不同的表面特性。由此能够更精确、更快速地确定、调控和/或调节转向角或者偏转比率。

附加地或者备选地可以借助转速传感器采集转速作为车辆参数，并且在调控时考虑由此得出的轮子打滑。优选可以为车轴的每两个轮子采集两个对应配属的转速。根据这两个转速能够确定轮子打滑。由此能够及时地识别轮子的打滑，并且能够适配多个压力脉冲，使得至少在机动车停止之前能够可靠地导引机动车。

附加地或者备选地可以借助麦克风和/或超声波传感器探测轮子周围的区域的水份。根据所探测的水份优选可以推断出路面的表面特性。例如可以在车轮罩的区域中布置超声波传感器或者麦克风。借助超声波传感器或者麦克风能够采集潮湿的路面的声学特征。麦克风或者超声波传感器由此能够“听到”潮湿的、结冰的或者多石的路面。根据所采集的背景噪声或者声波特征可以得出关于路面的表面特性的结论。由此产生了以简单的方式确定路面的表面特性的另一种可行性。

附加地或者备选地可以通过音强采集路面的表面特性。根据音强可以确定路面的表面特性。例如可以通过水份的音强推断出路面的附着力作为表面特性。取代音强还可以附加地或者备选地探测声波特性或者噪声特性。借助噪声特性或者声波特性可以得出关于路面的表面特性的结论。路面的表面特性可包括路面与车辆的轮胎之间的摩擦力、轮胎在路面上的附着力以及轮胎在路面上的轮子支承面积。结合机动车的重量可以得出关于轮胎支承面积的结论。因此，除了表面特性外能够附加地确定轮胎支承面积。可以附加地在调控多个压力脉冲时考虑这些参数。

根据车辆重量确定轮胎支承面积和/或根据音强确定表面特性可以相似地在所有其他实施方式中进行。由此能够更高效并且更快速地将机动车的转向角和/或偏转比率调节至目标值。

附加地或者备选地，轮子的轮胎类型和轮胎温度也可作为车辆参数被采集。可以根据轮胎类型和轮胎温度调控多个压力脉冲。机动车的转向尤其可以取决于轮胎类型和轮胎温度。例如冬季轮胎通常具有比夏季轮胎大的停止距离。不同的轮胎温度同样会影响制动距离或者停止距离。这些参数同样可能影响机动车的转向特性。例如可以借助手动输入预设轮胎类型。由此可以将轮胎类型传达至调控单元。可以借助相应的温度传感器测量轮胎温度。这些附加的车辆参数可以附加地被用于调控多个压力脉冲。尽管上级的转向系统失灵，机动车仍能够至少暂时地安全地被导引。

附加地或者备选地可以借助机动车的运动传感器测量速度、加速度和/或急动度(Ruck)作为车辆参数。压力脉冲优选能够根据这些车辆参数被调控，以调节转向角和/或偏转比率。在调控时，除了考虑车辆参数和表面特性之外，还可以考虑该实施方式中的参数。可以借助惯性传感器、加速度传感器或者速度传感器测量速度、加速度和/或急动度。急动度(或称为单位时间内的加速度变化)尤其是加速度的导数或者位置相对于时间的三阶导数。加速度优选是速度随时间的变化。车辆重量可以附加地作为其它参数被采集和测量。由此能够进一步改善对多个压力脉冲的调控。

附加地或者备选地可以基于车辆参数和/或机动车的路面的表面特性确定目标值。目标值尤其可以通过用于自动驾驶的机动车的控制单元确定或者预设。车辆参数和表面特性的确定的状况可排除转向角或者偏转比率的某些目标值。目标值尤其还可以附加地取决于对车辆周围的对象的识别。目标值优选设置为，使得避免机动车与对象发生碰撞。

附加地或者备选地，压力脉冲可以具有10至1000毫秒的持续时间。压力脉冲的压力大小可以为10巴到100巴之间。100巴优选对应于全制动。压力脉冲的持续时间可以是100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000毫秒。压力脉冲的调控在此优选如下进行，使得车辆安全地制动、与此同时转向并且达到安全的最终状态。对机动车的后轴或者前轴处的单个轮子的持续的制动会使机动车不稳定。例如由此可能使机动车滑移并且还可能使轮子制动器更快地过热。这可以借助多个压力脉冲来避免。借助通过多个压力脉冲进行的制动使机动车能够在横向加速度较低的范围内安全地转向。为此优选使后轴处的内侧的轮子与多个压力脉冲对应地进行制动。

附加地或者备选地可以采集制动的轮子处的制动力矩。同样可以采集机动车的速度。机动车的停止距离可以根据制动力矩和速度来确定。制动力矩可以是瞬时的制动力矩，即可以随时间变化。尤其可以随时间的变化采集多个制动力矩。这同样可以适用于机动车的速度。根据机动车的这些制动力矩和速度值可以确定或者计算出车辆的停止距离。由此可以预测机动车停在哪个区域中。

附加地或者备选地可以采集机动车的车道和机动车的目标车道。机动车的车道尤其是指机动车当前行驶的车道。目标车道优选是供机动车安全地停止在其上的车道。这在许多情况是道路的右侧的区域。对于城镇公路而言，这可能是停车位或者路肩。对于高速公路而言，目标车道可以是路肩或者应急车道。优选可以根据车道和目标车道预设目标值。与之相关地可以附加地在预设目标值时考虑机动车的速度。尤其可以使对多个压力脉冲的调控可与停止距离适配。由此可以避免机动车停在不安全的位置。由此可以将机动车从车道向安全的目标车道转向，并在那里停止。借助多个压力脉冲使机动车一方面能够从行车道向目标车道转向，并且同时相应地制动，从而在目标车道上停下。

附加地或者备选地可以采集机动车周围是否存在其他车辆或者交通参与者。其他车辆或者交通参与者可以通过警告信号了解机动车的功能故障。警告信号可以是用于其他车辆的驾驶员的视觉的或者听觉的警告信号。附加地或者备选地，警告信号可以无线地传送给其他车辆的控制单元。由此使其他自动驾驶的车辆能够获知关于机动车的功能故障或者紧急情况的信息。其他自动驾驶的车辆可以相应地适配其行驶方式，以使机动车能够安全地转向和制动。尤其可以为机动车创建避让通道，该避让通道可以用于转向和制动。通过相应地制动其他车辆，使机动车能够明显更好地确定从车道到目标车道的轨迹，并且能够借助多个压力脉冲相应地向目标车道操纵车辆。

附加地或者备选地可以提供转向角和/或偏转比率的目标值，并且基于其他车辆或者交通参与者的存在调控压力脉冲。附加地可以根据所识别的车辆周围的对象调控压力脉冲以及提供转向角和/或偏转比率的目标值。目标值在此优选确定或者适配为，使得避免碰撞。由此可以为转向角和/或偏转比率确定或者预设适宜的目标值以调控多个压力脉冲。目标值优选提前被确定或者定义。为此可以借助摄像机识别机动车周围的半径区域中的对象。调控单元为此可以分析机动车的用于显示机动车的周围环境的一个或者多个图像。由此能够避免在调控时目标值的事后的变化造成较大的过调或者欠调。由此使偏转比率和/或转向角的调控能够更加平稳或者舒适。

附加地或者备选地，压力脉冲可以由调控单元确定，其中，有关路面的表面特性的信息存储在调控单元中。多个压力脉冲可以附加地根据这些有关表面特性的信息来确定和/或调控。由此可以借助关于路面的表面特性的信息对调控单元进行预调制。在通过传感器采集路面的表面特性之前就已经可以顾及到机动车的路线的路面的表面特性。因此在调节转向角和/或偏转比率的初始阶段就已经可以更精确地确定和适配多个压力脉冲。因此能够实现加速的调控，从而使实际值能够更快地与目标值相一致。调控单元可利用车辆自身的传感器和传感器数据以确定路面的表面特性。借助由服务器提供的摩擦系数图表能够将表面特性传输给机动车或者调控单元。这优选无线地实现。

本发明的第二方面涉及机动车。机动车优选具有调控单元、制动单元以及至少一个轮子。调控单元尤其设计用于基于所提供的转向角和/或偏转比率的目标值为制动单元确定多个压力脉冲。调控单元可以确定或者提供机动车的车辆参数和/或机动车的路面的表面特性。调控单元可采集转向角和/或偏转比率的实际值，并基于目标值、实际值、车辆参数和/或路面的表面特性确定和/或调控机动车的至少一个轮子，以便使实际值与目标值接近。

与所述方法相关的特征、示例和优点实质上也类似地适用于机动车，并且反之亦然。可以借助机动车的相应的传感器采集或者测量车辆参数。为此可以使用惯性传感器、运动传感器、麦克风、超声波传感器、摄像机以及其他传感器。以下根据附图详细阐述本发明。然而附图仅代表示例性的实施例，这些实施例并不限制本发明的范围。

与按照本发明的第一方面的用于调节转向角和/或偏转比率的方法相关地介绍的特征、实施方式及其优点也相应地适用于按照本发明的第二方面的机动车，并且反之亦然。

机动车优选具有调控单元。调控单元可以具有处理器装置，该处理器装置设置用于执行所述方法的实施方式。处理器装置为此可以具有至少一个微处理器、至少一个微控制器、至少一个FPGA(现场可编程门阵列)、至少一个DSP(数字信号处理器)和/或神经网络。此外，处理器装置可以具有程序代码，该程序代码设置用于在处理器装置执行该程序代码时执行所述方法的实施方式。程序代码可以存储在处理器装置的数据存储器中。控制单元可包括内部的或者外部的存储单元。外部的存储单元可以设计为云单元。机动车可包括计算机程序[产品]，该计算机程序包括用于使方法的每个实施方式被执行的指令。计算机程序产品可以存储在计算机可读的介质上。

按照本发明的方法的扩展设计也属于本发明，所述扩展设计具有已经结合按照本发明的机动车的扩展设计所述的技术特征。出于该原因，这里不再描述按照本发明的方法的相应的扩展设计。

本发明也包括所描述的实施方式的特征的组合。

在附图中：

图1示出了具有用于调节转向角和/或偏转比率的调控单元的机动车的示意性侧视图；

图2示出了机动车的示意性俯视图，位于车辆前方的是路面和不同的车道；

图3示出了用于调节转向角和/或偏转比率的方法的不同组件以及机动车的示例性视图；

图4示出了用于调节机动车的转向角和/或偏转比率的控制回路的示例性视图；

图5示出了多个不同的压力脉冲的示意图，所述压力脉冲用于制动机动车的一个或者多个轮子，以调节转向角和/或偏转比率；并且

图6示出了针对可行的方法的示意性流程图。

以下阐述的实施例是本发明的优选实施例。在这些实施例中，所描述的部件分别是本发明的各个单独的、能彼此独立地看待的特征，这些特征也分别彼此独立地形成本发明的扩展设计并且因此也能够单独或者以与所示组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施例也可以通过本发明的已描述的其它特征补充。

在附图中，功能相同的元件分别设有相同的附图标记。

图1示例性地示出了机动车1。机动车1可以设计成车辆、机动车、汽车、手动运行的机动车或者自动运行的机动车。机动车1具有控制单元2或者调控单元2。调控单元2可以控制机动车1的多个制动单元3，以制动机动车1的一个或者多个轮子4。

调控单元2优选能够向制动单元3产生用于后轮4的控制信号并且由此临时地制动后轮4。临时的制动也可以被称为“刹车(Anbremsen)”。调控单元2可以从不同的部件获取和/或调取信息。例如可以借助惯性传感器5、外部的存储单元6、机动车1的传感器7和/或机动车1的中央计算单元9将信息或者数据传输和/或提供给调控单元2。车辆自身的传感器7例如可以设计为超声波传感器、麦克风、摄像机、雷达传感器、激光扫描器和/或激光雷达传感器。惯性传感器5例如可以设计成加速度传感器、速度传感器和/或采集急动度的传感器。惯性传感器5由此能够采集或者测量机动车1的速度、机动车1的加速度和/或机动车1的急动度。急动度尤其是加速度对时间的导数或者位置对时间的三阶导数。

外部的存储单元6例如可以提供数字的摩擦系数图表。摩擦系数图表尤其给出了关于沿着机动车1的行驶方向x位于前方的路面状态的信息。摩擦系数图表因此可以包括附着特性以及路面状态。摩擦系数图表例如可以附加地考虑当地的天气信息。路面状态可以附加地或者备选地通过机动车1的传感器7采集或者确定。尤其可以借助一个或者多个摄像机7采集位于机动车1前方的路面。借助相应的图像处理可以推断出潮湿的路面、具有碎石的路面、具有粗砂的路面等。由此能够借助摄像机7和相应的图像分析确定路面状态或者道路状态。

在自动驾驶机动车中，机动车1通常不再具有方向盘8。手动地操作的机动车1通常通过方向盘8进行转向或者控制。在完全自动驾驶的机动车1中，方向盘8设计为线控转向系统8。在这种情况下，转向装置优选是完全电子化的。方向盘8在此可以被去激活或者被完全地收起。由此可以在全自动驾驶期间例如在按照SAEJ3016标准的等级4的机动车1中实现线控转向。在全自动驾驶的机动车1行驶期间，驾驶员成为纯粹的乘客。由此为其他活动、例如睡觉、看报、上网等创造了更多空间。在收起或者折叠方向盘8的情况下能够实现新的内部空间方案。这例如可以借助能旋转的座椅和其他能翻转出来的桌台实现。

方向盘8和转向执行器之间的机械的脱耦可以防止在全自动驾驶期间发生意外的错误操作。即使在方向盘8未被折叠或者收起的情况下，无意地触碰方向盘8也不会导致意外的车辆反应。对于按照等级5的完全自动驾驶的机动车1、例如机器人出租车，根本不再设置驾驶员，从而在这种情况下存在线控转向系统。

对于没有自动驾驶功能的传统的手动地运行的机动车1而言，线控转向系统也可能是有利的。不同的稳定功能、例如横风稳定或者挂车稳定可以与转向系统8结合地实施。在这种情况下，不再由驾驶员在方向盘8上进行转向干预。在紧急情况下，线控转向系统可以超驰控制驾驶员的转向。这尤其意味着转向在短时间内仅由线控转向系统进行，以便安全地克服关键的交通状况。

线控转向系统可以实现附加的舒适性。在上下车时，方向盘8可以折叠起来，这能够使得下车更容易。在停放机动车1时，方向盘8的少量移动就足以调节所需的较大的转向角α。这例如可以通过电子适配转向角α和方向盘角度之间的传动比实现。此外，线控转向实现了转向特性的个性化。向驾驶员提供的触觉反馈可以是较软或者较硬的、动感的或者舒适的、直接的或者缓冲的。该设置例如可以在购买机动车时从旧的车辆转移到新的车辆。

在线控转向系统中，方向盘8和车轴上的转向传动装置之间的机械连接中断并且由冗余的数据线取代。这优选适用于全自动的机动车1。在传统的机动车1中，可以除了普通方向盘8之外附加地增加线控转向装置8。影响横向动力学的整体系统(通常主要是转向装置)应满足确定的安全性和可用性要求。根据机动车制造商的不同，可能会实现不同的安全理念。

在大多数情况下都期望甚至规定了高度的安全性。为了满足这些安全要求，根据现今的情况，线控转向系统8或者转向系统的设计必须至少单次地冗余。这例如可以通过发动机中双倍的绕组、双倍地提供的控制设备以及双倍地提供的电能供给装置和双倍存在的数据通信装置实现。

在单次地冗余的情况下，机动车1尤其是在线控转向系统8出现故障之后在短时间后停止，因为进一步的故障会导致机动车1无法转向。虽然从统计学上看，两个转向系统同时失灵的可能性不大，然而这种情况并非完全不可能发生。例如在主制动系统失灵时，仍可以提供辅助制动，该辅助制动能够实现至少2.4米每平方秒的最大制动减速。

在本申请的范畴中所遵循的安全策略规定，在机动车1运行时，必须始终提供至少一个用于调节转向角α和/或偏转比率α'的备份级。如果达到了针对转向装置8的最后一个备份级，则优选规定使机动车1安全地停止。因此尤其规定，只有在针对转向尚未达到最后的冗余的情况下，机动车1才能常规地运行。当针对机动车1的转向达到最后的冗余时，优选对机动车1进行转向和制动，使其安全地停止在适宜的位置。

图2示例性地示出了机动车1的俯视图。示出了两个不同的转向角α和β以及偏转比率α'和β'。α和α'代表转向角的目标值，而β代表转向角的实际值。同样，α'代表偏转比率的目标值，β'代表偏转比率的实际值。示出了位于机动车1前方的具有不同的车道FS和ZF的路面10。FS在此表示机动车1的当前车道，而ZF表示机动车1的目标车道。在目标车道ZS上示出了其他机动车1。当前车道FS区域性地由阴影线和点表示。由此表示不同的路面状态。这些不同的路面状态可以由传感器7采集和/或由外部的存储单元6作为数字的摩擦系数图表传输给调控单元2或者车载计算机9。在图2所示的示例中，关于转向的信息由中央车载计算机9收集并且传输给调控单元2。调控单元2可以控制制动单元3，以便短暂地制动右后轮4。通过这种短暂的制动使机动车1向转向角α的方向转动，具体而言转动实际值β的数额。这相应地适用于偏转比率α'的实际值β'。实际值β、β'的调节在此优选在控制回路的范畴中进行，以使所述实际值更接近目标值α、α'。该控制回路可以实现针对转向角α和/或偏转比率α'的调控。

在所有实施方式中，调控单元2均可以确定停止距离AW，并且将压力脉冲PK的确定与停止距离AW适配。例如可能由于所探测到的对象和/或路面10的表面特性改变导致停止距离AW缩短。

图3示例性地示出了这种控制回路的一些部件。调控单元2优选构成控制回路的中心。通过方向盘8或者线控转向系统8能够预设转向角α或者偏转比率α'的目标值。调控单元2可以依据目标值α、α'计算或者确定制动单元3的多个压力脉冲PK。制动单元3可以借助制动钳或者制动颚产生制动力矩脉冲或者夹紧力脉冲。压力脉冲优选设计为短暂的矩形脉冲。其可以具有几毫秒的持续时间并且具有1巴到100巴之间的压力大小。由于这种暂时的短暂的制动(刹车)，使得机动车1优选进行转向，而不是进行全制动。例如可以仅对单一的后轮4进行短暂的制动。尤其在机动车1处于安全的位置并且应当在那里停止时才可以设置全制动。在这之前优选将机动车1从其当前位置、例如车道FS转移至目标车道ZF。目标车道ZF例如可以是高速公路上的应急车道或者紧急车道。对于城镇公路的情况，目标车道ZF可以是道路旁边的区域。

调控单元2可以顾及到不同的信息以计算或者确定多个压力脉冲PK。机动车1的传感器7例如可以提供本地的摩擦系数信息。这些本地的摩擦系数信息例如可以是沿着行驶方向x位于机动车1前方的道路状态或者路面状态。这些摩擦系数信息可以附加地或者备选地从外部的存储单元6中获取。一个或者多个惯性传感器5可用来测量转向角的实际值β或者偏转比率的实际值β'。这些传感器7可以分别将其传感器信号或者数据传输给调控单元2。备选地，中央车载计算机可以收集来自惯性传感器5、车辆自身的传感器7的信号、外部的存储单元6的数据，并且将这些收集的信息以数据包的形式传输给调控单元2。在确定压力脉冲PK时，调控单元2可以考虑这些收集的信息。

压力脉冲PK的计算或者确定尤其可以迭代地进行。尤其可以在每个迭代步骤之后确定目标值α和实际值β之间的差。其他压力脉冲PK的确定尤其可以取决于该差。

图4示例性地示出了控制回路或者调控系统。控制回路尤其用于调节机动车1的转向角α和/或偏转比率α'。转向角α或者偏转比率α'优选依据多个压力脉冲PK进行调节。这些多个压力脉冲PK的计算或者确定优选依据调控单元2所能实现的调控来进行。

原则上应当注意的是，该方法体现了转向系统或者线控转向系统8的附加冗余、通常是最后的冗余。用于调节转向角α或者偏转比率α'的方法通常优选不是针对正常运行设置的。然而由此可以实现针对转向系统8的附加的冗余或者备份级。在此优选使用机动车1的已经存在的部件，这可以以简单的方式在转向时提供附加的冗余。

首先通过方向盘8或者线控转向系统8预设转向角α或者偏转比率α'。目标值α或者α'是调控单元2确定多个压力脉冲PK的基础。在第一步骤中，尤其是在尚不存在转向角β或者偏转比率β'的实际值的情况下可以仅根据目标值α或者α'进行该计算。如果已经存在关于实际值的信息，则调控单元2优选可以在计算多个压力脉冲PK时考虑目标值和实际值之间的差Δα、Δα'。根据转向角α或者偏转比率α'的目标值与实际值之间的差值Δα、Δα'，可以计算出控制偏差。根据所述控制偏差可以向制动单元3和轮子4的制动钳发送适宜的针对压力脉冲PK的请求。调控单元2由此可以将多个压力脉冲PK作为控制信号传输给制动单元3。这些多个压力脉冲PK尤其对机动车1的后轴处的左侧的或者右侧的轮子4作用制动力矩。这产生转向角的新的实际值β或者偏转比率的新的实际值β'。这些实际值尤其由于通过多个压力脉冲PK对相应的后轮4的制动得出。附加地，这些新的实际值β、β'可能受到不同的干扰变量的影响。这些干扰变量例如可能由于轮子4和路面10之间的摩擦值的变化产生。在确定多个压力脉冲PK时，调控单元2优选能够事先考虑路面10的表面特性。这意味着可以对调控单元2进行适宜的预调制。调控单元为此可以从车辆自身的传感器7和/或外部的存储单元6获取数据，以确定表面特性。调控单元2可以在调控方法中使用该表面特性，以相应地适配压力脉冲PK，从而使实际值β、β'接近目标值α、α'。在计算或者确定多个压力脉冲PK时，调控单元2可以附加地考虑其他测量变量、例如机动车1的速度、加速度以及纵向急动度或者横向急动度。图4所示的调控方法可以迭代地执行。这尤其意味着对于每个迭代的步骤都可以计算出新的多个压力脉冲PK。由此使得能够连续地适配后轮4的制动。

在确定多个压力脉冲PK时，调控单元2尤其还能够顾及到其他车辆1'的存在。与之相关地再次参考图2。在该示例中，车辆1应当从当前车道FS向目标车道ZF转移。机动车1应当停止在目标车道ZF上。在此使转向角α的目标值或者偏转比率α'的目标值与其他车辆1的存在适配。这些目标值尤其选择为，使得可靠地避免机动车1和其他车辆1'之间的碰撞。

附加地或者备选地，机动车1还可以向其他车辆1'发送紧急信号。如果其他车辆1'同样是完全自动控制的车辆，则该其他车辆1'例如可以降低其速度，使机动车1能够安全地向目标车道ZF变换车道。由此使其他车辆1'能够为处于紧急情况下的机动车1提供安全的通道，以使该机动车优选在停止距离AW的范围中安全地停止在目标车道ZF上。如果机动车1到达目标车道ZF，则多个压力脉冲PK可以转换为全制动。为此可以将多个压力脉冲PK转换为恒定的最大压力信号。然而这优选设为仅在下述情况进行，即成功地进行转向并且应当在不超过停止距离AW的情况下使机动车1停止。

与之相关，车辆自身的传感器7和外部的存储单元6可以在计算多个压力脉冲PK时考虑车辆参数以及路面10的表面特性。例如摄像机7可以识别出当前车道FS是潮湿的或者是具有粗砂的。车道FS的阴影线区域表示潮湿的行车道，而点区域表示粗砂。这些不同的表面特性通常导致转向角α或者偏转比率α'的目标值与实际值之间的偏差。所述方法一方面可以规定为，借助惯性传感器5采集该偏差，和/或对车辆参数以及路面10的表面特性进行采集并且在确定多个压力脉冲PK时提前考虑车辆参数以及路面10的表面特性。这意味着，在机动车1尚未到达路面10上的相应位置时就已经可以考虑路面10表面特性的变化。在计算或者确定多个压力脉冲PK时，优选在任何情况下都考虑转向角α或者偏转比率α'的目标值与实际值之间的差。

图5示例性地示出了不同的压力脉冲PK。x轴设计为时间t。y轴表示压力P。图5示例性地示出了针对制动的三种不同的修饰类型。在图5的左侧区域，压力脉冲PK可以在脉冲长度bt方面不同。通过虚线分别表示多个压力脉冲PK的变化。脉冲长度bt例如可以转换为修饰的脉冲长度bt'。在图5的中间部分，在脉冲高度ba方面对多个压力脉冲PK进行适配。压力脉冲PK在时间上的延伸在此保持恒定，然而制动压力的压力大小P变化。由此使压力脉冲能够从瞬时的脉冲高度转换为修饰的脉冲高度ba'。在图5的右侧区域示出了多个压力脉冲PK的脉冲间隔bd的变化。瞬时的脉冲间隔bd可以转换为修饰的脉冲间隔bd'。多个压力脉冲PK的适配或者调控可以是所示三种可行方案的组合。这尤其意味着多个压力脉冲可以同时在其脉冲长度、脉冲高度和脉冲间隔方面改变。脉冲长度bt和bt'的时间上的延伸优选为10毫秒至1000毫秒。脉冲高度ba、ba'可以达到1巴到100巴之间的值。100巴的脉冲高度优选与全制动相对应。脉冲间隔bd、bd’同样可以处于10毫秒到1000毫秒的范围中。

这种方法或者调控可以实现针对线控转向系统8的双倍冗余或者附加的备份级。这种附加的冗余可通过提供其他技术、即附加的部件实现，然而这通常与高成本相关。转向角α和/或偏转力矩α'可以通过借助具有相应地适配的脉冲长度、脉冲高度和脉冲间隔的多个压力脉冲制动后轮4来调节，而不会使车辆1不稳定或者使制动单元3过热。压力脉冲PK越长或者越高，则所调节形成的偏转比率α'就越高。一系列的多个压力脉冲PK可以在较长时间上调节形成恒定的转向角α。借助对脉冲长度bt、脉冲间隔ba和/或脉冲高度bd的有针对性的修饰可以将转向角α或者偏转比率α'调节至目标值。

图5所示的在脉冲长度、脉冲高度以及脉冲间隔方面的不同的修饰类型可以相互组合。由此能够增大或者减小转向角β的实际值以及偏转比率β'的实际值，以使实际值接近目标值。借助这种调控使得即使在转向系统8失灵的情况下机动车1也能保持在车道内。由此有利地避免前轮扭转。如图5所示，如果摩擦系数较低且例如由于碎石、雨、雪、冰或者此外由于粗砂而无法调节形成，则调控单元可以借助适配多个压力脉冲PK来实现再调控。图4示例性地示出的调控可以在计算制动单元3的多个压力脉冲PK时考虑目标值与实际值之间的差。

图6示例性地示出了用于调节机动车1的转向角α和/或偏转比率α'的其它可行的调控方法。首先可以在第一步骤S1中提供转向角α和/或偏转比率α'的目标值。所述提供可以以采集交通状况的形式或者通过手动的输入实现。在第二步骤S2中可以提供多个车辆参数、例如机动车1的速度、加速度、以及纵向急动度和/或横向急动度。附加地或者备选地，可以在第三步骤S3中提供或者测量关于机动车1的路面10的表面特性的信息。备选地或者附加地可以通过外部的存储单元6的数字的路段数据实现所述提供。这些数字的信息可以从外部的存储单元6向调控单元2或者机动车1的相应的接口传输。在第四步骤S4中优选借助传感器7采集转向角和/或偏转比率的实际值β、β'。在第五步骤S5中可以基于目标值α、α'和多个压力脉冲PK对机动车1的后轮4进行制动。多个压力脉冲PK在该第五步骤S5中优选根据目标值α、α'、实际值β、β'、车辆参数和/或路面10的表面特性进行调控和/或确定。这用于使实际值β、β'与目标值α、α'接近。

总之，上述实施方式和实施例表明，即使在转向系统8或者线控转向系统8完全失灵的情况下仍可以至少在停止之前借助多个压力脉冲PK安全地操纵机动车1。机动车1在此优选如下进行转向，使得机动车被安全地向目标车道ZF操纵并安全地停止在那里。由于由此实现了在转向装置方面的附加的冗余，而无需安装附加的部件，因此能够显著减少故障情况的出现。这尤其在于能够在转向装置方面实现附加的备份级。

附图标记列表

1 车辆、机动车

2 调控器、调控单元

3 制动单元

4 轮子、后轮

5 惯性传感器

6 外部的存储单元

7 车辆自身的传感器、摄像机、超声波传感器

8 方向盘、线控转向系统

9 中央车载计算机

10 路面

AW 停止距离

FS 当前车道

ZF 目标车道

α 转向角、转向角的目标值

α' 偏转比率、偏转比率的实际值

β 转向角的实际值

β' 偏转比率的实际值

△α 转向角的差

△α' 偏转比率的差

PK 压力脉冲

S1 第一步骤

S2 第二步骤

S3 第三步骤

S4 第四步骤

S5 第五步骤

t 时间、时间轴

P 压力、制动压力

bt 脉冲长度

bt' 修饰的脉冲长度

ba 脉冲高度

ba' 修饰的脉冲高度

bd 脉冲间隔

bd' 修饰的脉冲间隔

Claims (15)

1.一种用于调节机动车(1)的转向角(α)和/或偏转比率(α')的方法，所述方法具有以下步骤：

-提供所述转向角(α)和/或所述偏转比率(α')的目标值(α、α')，

-基于所述目标值(α、α')为制动单元(3)确定多个压力脉冲(PK)，

-提供所述机动车(1)的车辆参数或者所述机动车(1)的路面(10)的表面特性，

-采集所述转向角(α)和/或所述偏转比率(α')的实际值(β、β')，

-基于所述目标值(α、α')和多个压力脉冲(PK)对所述机动车(1)的一个或者多个轮子(4)进行制动，其中，根据所述目标值(α、α')、实际值(β、β')和车辆参数和/或路面(10)的表面特性调控和/或确定所述多个压力脉冲(PK)，以使所述实际值(β、β')与所述目标值(α、α')接近。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助摄像机(7)确定所述机动车(1)的路面(10)的表面特性或者通过存储在外部的存储单元(6)中的摩擦系数图表提供所述表面特性。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，借助转速传感器(7)采集转速作为车辆参数并且在调控时考虑由此推导出的轮子打滑。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，借助麦克风(7)和/或超声波传感器(7)探测轮子周围的区域的水份并且根据所探测的水份推导出路面的表面特性。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，采集音强并且根据所述音强确定所述路面(10)的表面特性。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，采集轮子(4)的轮胎类型和轮胎温度作为车辆参数并且附加地根据轮胎类型和轮胎温度调控所述多个压力脉冲(PK)。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，借助所述机动车的运动传感器(5)测量速度、加速度和/或急动度作为车辆参数，并且附加地根据这些车辆参数调控所述压力脉冲(PK)以调节所述转向角(α)和/或偏转比率(α')。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，基于所述车辆参数和/或表面特性确定所述目标值(α、α')。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述压力脉冲(PK)具有10毫秒至1000毫秒的持续时间和10巴至100巴的压力大小。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，采集所制动的轮子或多个轮子(4)处的制动力矩并且采集所述机动车(1)的速度，并且根据所述制动力矩和速度确定所述机动车(1)的停止距离(AW)。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，采集所述机动车(1)的车道(FS)和所述机动车(1)的目标车道(ZF)，根据所述车道(FS)和所述目标车道(ZF)预设目标值(α、α')并且将对所述多个压力脉冲(PK)的调控与所述停止距离(AW)适配。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，采集所述机动车(1)周围是否存在其他车辆(1')或者交通参与者，并且使其他车辆(1')或者交通参与者通过警告信号了解所述机动车(1)的功能故障。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，提供所述转向角(α)和/或偏转比率(α')的目标值(α、α')，并且基于所述其他车辆(1')或者交通参与者的存在调控所述压力脉冲(PK)。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，通过调控单元(2)确定所述压力脉冲(PK)，在所述调控单元(2)上存储有关于所述路面(10)的表面特性的信息，并且附加地根据这些关于表面特性的信息确定和/或调控所述多个压力脉冲(PK)。

15.一种机动车(1)，所述机动车具有调控单元(2)、制动单元(3)和至少一个轮子(4)，其中所述调控单元(2)设计用于

-基于为所述转向角(α)和/或偏转比率(α')所提供的目标值(α、α')为所述制动单元(3)确定多个压力脉冲(PK)，

-提供或者确定所述机动车(1)的车辆参数和/或所述机动车(1)的路面(10)的表面特性，

-采集所述转向角(α)和/或所述偏转比率(α')的实际值(β、β')，和

-基于所述目标值(α、α')和多个压力脉冲(PK)对所述机动车(1)的至少一个轮子(4)进行制动，其中，根据所述目标值(α、α')、实际值(β、β')和车辆参数和/或路面(10)的表面特性调控和/或确定所述多个压力脉冲(PK)，以使所述实际值(β、β')与所述目标值(α、α')接近。