用于中止车辆自动化驾驶的方法与流程

1.本发明涉及一种用于中止车辆自动化、尤其是高度自动化驾驶的方法。


背景技术：

2.由de 102016007187 a1公开了依据由司机对车辆方向盘施加的手动转向力矩来达成对自动化驾驶的中止。
3.由de 102006057842 a1公开了车辆横向调整功能在下述条件下通过司机的方向盘操作被中止，即，方向盘作动的程度就值而言超过可根据状况预定的阈值。
4.通常，手动转向力矩利用在方向盘柱上的转矩传感器、尤其是扭杆传感器来测量。在此假定，在转向柱上测量的转向力矩对应于实际所施加的手动转向力矩。但这种假定尤其无法适用于系统的快速转向干预。所测的转向力矩于是可以明显偏离实际所施加的手动力矩。当所测转向力矩满足中止标准、但实际施加的手动转向力矩不满足时，这可能导致不希望有的自动化驾驶的中止。


技术实现要素：

5.本发明因此基于以下任务，即，指明一种改善的用于中止自动化、尤其是高度自动化的车辆驾驶的方法。
6.根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的方法完成。
7.本发明的有利设计是从属权利要求的主题。
8.在根据本发明的用于中止自动化的车辆驾驶功能的方法中，驾驶功能通过车辆司机对包括转向柱和方向盘的转向系统的转向干预被停用，其中，为了确定在转向柱处的转向干预而测量转向柱力矩。根据本发明，还测量方向盘角度，在这里，作用于方向盘的手动力矩依据所测的转向柱力矩和所测的方向盘角度被估算，其中，所述估算基于转向系统的模型公式，其考虑方向盘的惯性矩和转向系统内的摩擦力矩。
9.根据本发明，手动力矩依据所测转向柱力矩和所测方向盘角度被估算，其中，该估算基于转向系统的模型公式，其考虑方向盘惯性和转向系统内的摩擦力矩。
10.根据本发明的方法提供了比从现有技术中知道的方法更可靠的手动力矩估算并且更不易发生偶然中止。
11.根据本发明的方法用于在力矩传感器未设置在方向盘上时估算正确的、由司机施加至方向盘的手动力矩。在自动化驾驶期间，估算的手动力矩被始终监测，以便探测司机是否想要接管对车辆的控制。
12.根据本发明的方法滤除由横向调整器输入的转矩，从而可以实现由司机对方向盘施加的手动力矩的更精确估算。这在自动化驾驶期间是很有利的，因为依据手动力矩进行司机接管愿望的探测和自动驾驶仪的停用。
13.在一个实施方式中，当转向干预超出可预定的停用阈值时进行自动化驾驶功能的中止。
14.在一个实施方式中，停用阈值与状况相关地被设定，尤其是根据司机是否用至少一只手把持方向盘、司机是否观察车辆前方的交通状况和/或在手动力矩的作用方向上是否有侧向碰撞危险。
15.在一个实施方式中，如此设定停用阈值，即，为了中止自动化驾驶，
[0016]-当司机的至少一只手把持方向盘时，小的手动力矩就够了，
[0017]-当司机未手把方向盘时，需要中等手动力矩，
[0018]-当司机未观察车辆前方的交通状况时或者当在手动力矩的作用方向上有侧向碰撞危险时，需要大的手动力矩。
[0019]
尤其在这里，足够的小的手动力矩是指就值而言大于预定的第一阈值的手动力矩，所需的中等手动力矩是指就值而言大于预定的第二阈值的手动力矩，所需的大的手动力矩是指就值而言大于预定的第三阈值的手动力矩，其中，第一阈值小于第二阈值，第二阈值小于第三阈值。例如足够小的手动力矩为3nm的值，所需的中等手动力矩为6nm的值，所需的大的手动力矩为8nm的值。
[0020]
在一个实施方式中，用传感器、尤其是借助电容式方向盘来探测司机是否用至少一只手把持方向盘，和/或借助监视司机的摄像头、尤其借助视向识别装置来查明司机是否观察交通状况，和/或用至少一个环境传感器、尤其是雷达、激光雷达和/或摄像机探测侧向碰撞危险。
[0021]
在一个实施方式中，手动力矩被估算，做法是从所测的转向柱力矩中减去由惯性矩与方向盘角度的二阶时间导数得到的乘积以及由摩擦力矩与方向盘角度的取决于旋转方向的一阶时间导数得到的乘积。
[0022]
在一个实施方式中，通过尤其借助三阶贝塞尔滤波器的低通滤波计算时间导数。方向盘角度是周期化确定的时间离散参数。通过求差确定这种参数的时间导数可能因离散化而导致高噪声影响。此问题通过该低通滤波器被减轻。
[0023]
在一个实施方式中，规定参数设定模式，在此模式中司机未施加手动力矩，其中，转向致动器通过横向调整器被如此控制，即，它对转向柱施加预定脉动的模拟的转向力矩，其中，将模拟的转向力矩与测量的转向柱力矩相比较，其中，所述参数即惯性矩、摩擦力矩和可能有的无动作时间(例如由测量数据的can传输带来的无动作时间)被如此模拟，即，模拟的转向力矩与所测的转向柱力矩一致。
[0024]
在一个实施方式中，还考虑偏移力矩和/或测量滤波函数(尤其是产生由测量装置决定的低通滤波作用)。
[0025]
根据本发明的一个方面，指出一种车辆，其包括具有转向柱和方向盘的转向系统，其中，在车辆中实现自动化驾驶功能，其可以通过车辆司机对转向系统的转向干预被停用，其中，转矩传感器设置用于测量转向柱上的转向柱力矩，其中，在车辆中设有用于测量方向盘角度的方向盘角度传感器和控制单元，其中，该控制单元配置用于执行上述方法。
附图说明
[0026]
以下结合图来详细解释本发明的实施例，其中：
[0027]
图1示出转向柱连同方向盘的示意图，
[0028]
图2示出具有模拟的转向力矩和所测的转向柱力矩的时间曲线的示意性曲线图。
[0029]
彼此对应的零部件在所有的图中带有相同的附图标记。
具体实施方式
[0030]
图1示出用于车辆3、尤其是机动车的转向柱1连同方向盘2的示意图。
[0031]
在根据本发明的方法中，例如借助转矩传感器5测量在转向柱1上的转向柱力矩m
mess_lenkstange
。另外，例如借助转动角度传感器6来测量方向盘角度δ
lr
。作用于方向盘2的手动力矩m
hand
未被测量。该方法被用来从转向柱力矩m
mess_lenkstange
推断出手动力矩m
hand
。
[0032]
已知如此间接确定手动力矩m
hand
，即，测量车辆3内的转向柱力矩m
mess_lenkstange
。转向柱力矩m
mess_lenkstange
例如利用应变传感器来测量，其直接在车辆3内的转向系统上方安置在转向柱1上。关于“方向盘2上的手动力矩m
hand
等于转向柱力矩m
mess_lenkstange”的假设可能在自动化驾驶期间对缓慢的转向运动而言是适用的，但不适用于快速自动化转向运动，因为其也产生转矩。
[0033]
根据本发明提出一种方法，其例如借助所述应变传感器确定转向柱力矩m
mess_lenkstange
且还使用在方向盘2上的转动角度传感器6。该方法借助可从车辆3的测量数据中获得的参数来建模，参数例如是转向柱1的摩擦力矩mr和方向盘2的惯性矩θ
lr
。该方法利用两个信息源如传感器并且已知所识别的系统参数如摩擦力矩mr和惯性矩θ
lr
，允许估算由快速自动化转向运动产生的转矩以便予以滤除，使得余下转矩至少近似等于实际施加在方向盘上的手动力矩。
[0034]
基于转向系统的以下模型公式来计算手动转向力矩m
hand
(在具有复频率s的频率范围内的公式)：
[0035][0036]
该参数在此具有以下含义：
[0037]
t
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
由测量数据can传输造成的死区时间
[0038]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
测量滤波系数，由测量装置决定的低通滤波作用
[0039]
θ
lr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方向盘的惯性矩
[0040]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转向角加速度
[0041]
mrꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摩擦力矩
[0042]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转向角速度
[0043]
方向盘角度δ
lr
是周期化确定的时间离散参数。通过求差求出这种参数的时间导数时，可能因为离散而导致高的噪声影响。因此，时间导数优选通过利用三阶贝塞尔滤波器的低通滤波来计算。于是适用的是：
[0044]
[0045][0045][0046]
分母n
3ter_o_bessel
在此表示三阶贝塞尔多项式(n
3ter_o_bessel
＝s3+6s2+15s+15)。贝塞尔滤波的优点在于线性相位滞后，即，通带内的恒定群时延。贝塞尔滤波导致相位滞后。为了避免相位滞后带来的误差，所有公式项应该经受相同的相位滞后。因此所有公式项以分母n
3ter_o_bessel
被扩展。于是获得以下公式：
[0047][0048]
对测量有利的是确定该公式的参数。如下完成参数确定(参数设定)。
[0049]
在自动化驾驶中，即在正常操作模式中，通过转向致动器对转向系统施加转向干预的横向调整器被切换到参数设定模式中。在参数设定模式中，司机应该放手离开方向盘(放手模式)，因此适用m
hand
＝0。为此有利地向司机发出请求。在参数设定模式中还测量转向柱力矩m
mess_lenkstange
和方向盘角度δ
lr
，转向致动器通过横向调整器被如此控制，即，它对转向柱施加具有预定脉动的模拟转向力矩m
sim
。通过转向力矩脉动来模拟当车辆3驶过凹坑时出现的转向力矩m
sim
。将模拟的转向力矩m
sim
与测量的转向柱力矩m
mess_lenkstange
相比较。所述参数“惯性矩θ
lr”、“摩擦力矩m
r”和“死区时间t
t”被如此模拟，即，模拟的转向力矩m
sim
与测量的转向柱力矩m
mess_lenkstange
一致。
[0050]
图2示出具有模拟的转向力矩m
sim
和所测的转向柱力矩m
mess_lenkstange
的时间曲线的示意性曲线图。
[0051]
所述参数设定有利地在车辆3生产期间、即在车辆3交付给顾客之前完成，或替代地在进厂检修期间完成。
[0052]
为了确定手动力矩m
hand
，公式4针对m
hand
被求解。于是获得：
[0053][0053][0054]
右侧被设定为等于估算的手动力矩m*
hand
：
[0055][0056]
所估算的手动力矩m*
hand
虽偏离所期望的手动力矩m
hand
，但偏差δ＝m*
hand-m
hand
很小而使得m*
hand
是所期望的手动力矩m
hand
的良好估值，因此可被考虑用于自动化驾驶中止的判断。
[0057]
在该方法的一个扩展方案中，所述参数可以在车辆3的整个工作时间内被更新。所述更新基于公式1。为了能够更好地描述该方法，死区时间t
t
和测量滤波系数的作用可被忽略不计。但本领域技术人员也可以马上如下修改以下公式，即，死区时间t
t
和测量滤波系数的影响还被考虑进来。另外，在公式1中还加入附加的偏移力矩m
off
。于是从公式1得到：
[0058][0059]
公式7的两侧都是关于n个测量值(m
mess
_lenkstan
ge
；δ
lr
)的加和。测量值为此被暂存，例如暂存在环形存储器中。于是获得：
[0060][0061]
当人们将右侧的加和按恒定系数求解时，获得：
[0062][0063]
偏移力矩m
off
例如如下确定：从众多存储测量中识别出适用以下条件的测量：
[0064][0065]
在持续较长时间的测量中，有时会出现这种情况。于是从公式9获得
[0066]
∑
n m
mess_lenkstange
＝n
·moff
，
[0067]
并且m
off
可以更新为
[0068][0069]
方向盘的惯性矩θ
lr
可以被如下确定：从许多存储的测量中识别出适用以下条件的测量：
[0070][0071]
在持续较长时间的测量中，随机出现这种情况。于是，从公式9中获得：
[0072][0073]
并且θ
lr
可以更新为
[0074][0075]
摩擦力矩mr可以如下确定：从众多存储测量中识别出适用以下条件的测量：
[0076]
[0077]
在持续较长时间的测量中，随机出现这样的情况。于是从公式9中获得：
[0078][0079]
并且mr可被更新为
[0080][0081]
通过这种方式，也可以在工作中修正因为在客户使用期间的磨损现象或老化现象而出现的参数变化。
[0082]
当手动力矩m
hand
超出可预定的停用阈值时，中止标准被满足，其中，该停用阈值视具体状况而被设定，尤其根据以下条件：司机是否用至少一只手或未用手把持方向盘(握持情况/放手情况)、司机是否观察车辆3前方的交通状况和/或在手动力矩的作用方向上是否有侧向碰撞危险。
[0083]
尤其如此设定该停用阈值，即，为了中止自动化驾驶，
[0084]-当存在握持情况时，小的手动力矩(如3nm)就够了，
[0085]-当存在放手情况时，需要中等的手动力矩(如6nm)，
[0086]-当司机未观察车辆3前方的交通状况时或当在手动力矩的作用方向上存在侧向碰撞危险时，需要大的手动力矩(如8nm)。
[0087]“是否存在插手情况或放手情况”可借助传感器如电容式方向盘来探测。“司机是否观察交通状况”可利用监视司机的摄像头如借助视向识别装置来探测。侧向碰撞危险则可利用常见的环境传感器如雷达、激光雷达、摄像头来探测。
[0088]
该方法可以在设于车辆3中的控制单元4内实现。