用于线控转向系统的运行策略和机动车的制作方法

本发明涉及一种用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法。此外，本发明涉及一种具有线控转向系统的机动车。

背景技术：

1、已知如下机动车，在所述机动车中，在转向给出器、如方向盘与转向轴之间不存在机械连接。在这种转向系统中，转向指令通过线缆以电子方式传输给转向执行器，以用于在转向轴上产生转向力矩。同时，转向执行器用于确定从行车道作用到转向轴上的力和力矩以及用于将对此相关的信号以电子方式传输给方向盘执行器，以用于生成从行车道到方向盘上的关于现实的反馈。

2、线控转向系统可特别有利地用于自动及自主驾驶的机动车。线控转向系统可在全自动驾驶期间(根据sae定义为4级)实现将方向盘折叠并且收起来。由此，为在全自动驾驶期间变成乘客的驾驶员创造了更多的用于活动、例如睡觉、看报纸、上网等的空间。同样，通过将方向盘折叠和收起来也可实现新的内部空间概念，例如具有可转动的座椅和能翻转展开的台桌。

3、此外，在方向盘与转向执行器之间的机械解耦避免了在全自动驾驶期间出现意外的错误操作。即使当方向盘没有折叠和收起来时，意外触碰方向盘也不会导致不期望的车辆反应。在自主的机动车(根据sae定义为5级，如机器人出租车)中，根据定义不存在驾驶员，从而在这里必须强制性地安装线控转向系统。

4、此外，线控转向系统即使在没有自动驾驶功能的传统车辆中也提供了各种优势。例如，利用线控转向系统可以提高机动车的安全性。稳定功能、例如横风稳定、挂载稳定等，现在也可以利用转向装置来执行，因为驾驶员在方向盘处不再感觉到转向干预。在规避辅助的情况下，该规避辅助现在可以在紧急情况下执行独立于方向盘位置的转向运动并且因此在必要时越过驾驶员进行控制。

5、此外，借助线控转向系统能提高机动车的舒适性。例如，在上车和下车时，方向盘可以折叠起来，这因此使该过程变得容易，因为驾驶员获得更多自由空间。在停车时，常常必须设定相对大的转向角度以进行操纵。例如，对于线控转向系统而言，为此仅需要方向盘的较小的运动。这通过在转向角与方向盘角度之间的传动比的电子适配来确保。

6、最后，线控转向系统具有特别有利的可个性化性。线控转向系统的转向行为可单独地与驾驶员相适配并且因此个性化。来自行车道的触觉反馈、即对驾驶员的方向盘反馈可以更软或更硬、运动或舒适，直接或经减振。这种设定可以例如在购买新机动车时从旧机动车转移到新机动车上。

7、在线控转向系统中，在方向盘与转向传动机构之间的机械连接在车轴处断开并且通过冗余的数据线路替代。作为“机械回退层级”，省却了从驾驶员到转向传动机构上的转向力矩传递的可能性。因此，影响机动车的横向动力学的总系统(该总系统通常仅在转向装置中实现)必须满足安全和可用性要求asil d。

8、为了满足该安全要求，根据目前的现有技术的线控转向系统必须至少简单冗余地设计。这例如通过马达中的双绕组、双重预留的控制设备、双电能量供应装置以及双重设计的数据通信线路来确保。

9、在简单冗余的情况下，在线控转向系统中发生故障之后，机动车必须合乎规定地在短时间之后停止，因为另外的故障将导致机动车无法转向。纯粹统计学上，第二次故障不太可能，但至少在可能范围内。出于该原因，在这种情况下，需要机动车的制动系统的辅助制动作用，以便使机动车减速至静止状态。因此，在发生故障时，简单的冗余实际上直接在出现故障之后导致所谓的“硬停车”。出于法律原因，利用线控转向系统的这种有缺陷的初级系统的继续行驶是不可能的。

10、因此，用于线控转向系统的双重冗余或第二回退层级原则上是值得期望的，因为机动车在故障发生之后仍可继续行驶，其中，在第一回退层级故障的情况下，对该第二回退层级的要求与单故障情况和零故障情况相比可明显降低。例如，双重冗余可以通过预留另外的技术来实现，例如通过三重预留的控制设备、具有三重绕组的电机、三重冗余的数据线路等来实现。例如，这种措施由飞机技术已知。

11、已知的线控转向系统具有以下缺点，即，在初级系统有缺陷的情况下，出于法律原因不允许继续行驶，并且必须在使用次级系统的情况下将机动车有针对性地带到静止状态。由于额外的所需的技术部件，多重冗余的线控转向系统的成本非常高，具有额外的结构空间需求，并且还增加机动车的总重量。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是消除或至少部分消除在用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法中的上述缺点。尤其，本发明的任务是提供一种用于运行具有线控转向系统的机动车的方法和一种具有线控转向系统的机动车，所述方法和机动车能以简单且成本适宜的方式避免机动车被迫停下，和/或，不需要增加机动车的结构空间需求或总重量。

2、上述任务通过本发明解决。因此，该任务通过根据本发明的用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法以及通过根据本发明的具有驱动系统、制动系统和线控转向系统的机动车来解决。本发明的其他特征和细节由说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节当然也结合根据本发明的机动车适用，且反之亦然，从而关于对于本发明各方面的公开内容，始终可以互相进行参考。

3、根据本发明的第一方面，任务通过一种用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法来解决。方法具有：

4、-通过机动车的控制装置识别线控转向系统的初级系统的故障；

5、-通过控制装置运行线控转向系统的次级系统；

6、-通过机动车的检测装置检测机动车的周围环境的周围环境参数；并且

7、-通过控制装置根据检测到的周围环境参数如此有针对性地运行机动车，使得在线控转向系统的次级系统发生额外故障的情况下，确保通过机动车的制动系统对机动车进行可靠控制。

8、方法优选在具有线控转向系统的机动车上执行，该线控转向系统具有主运行层级和冗余回退层级。在本发明的范围内，主运行层级也被称为“初级系统”，并且第一回退层级被称为“次级系统”。此外，机动车具有这样的制动系统，该制动系统可构造用于对机动车的各个车轮进行单独制动。优选地，机动车具有电子稳定程序(esp)。

9、首先，通过机动车的控制装置识别线控转向系统的初级系统的故障。作为初级系统的可能的故障原因例如考虑初级系统的控制器、执行器绕组、电控制线路等的故障。

10、由于初级系统故障，线控转向系统的次级系统仍可用于使机动车按照规定转向，即在没有由技术引起的性能限制的情况下进行转向。为了确保机动车的安全的继续行驶，次级系统的控制装置运行以用于使机动车转向。

11、此外，机动车的检测装置检测机动车的周围环境参数。为此，优选使用机动车的传感器，如雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、摄像头传感器等。备选地或附加地，也可以使用接收装置、如gps接收器、无线电数据接收器等来检测周围环境参数。周围环境参数理解为机动车的环境中的可对机动车的继续行驶(例如转向操纵或制动操纵)产生影响的因素。例如，对此包括行车道宽度或行车道的车道数量。对机动车的周围环境参数的检测优选基本上在机动车的行驶方向上向前取向，因为在那里通常最频繁地出现针对所需的制动操纵以及转向操纵的原因的可能性。尽管如此，也可以设置考虑处于后方的周围环境参数、例如其他具有更高速度的机动车。例如，这样的机动车可将在多车道的高速公路上的切弯排除在用于运行机动车的运行选项之外，因为由此可能出现道路交通的危险。控制装置优选在该范围内构建用于机动车的有针对性的运行的运行策略，该运行策略考虑到故障的初级系统以及周围环境参数，并且优选设计成使机动车以尽可能少的限制防御性运行。

12、根据检测到的周围环境参数，控制装置运行机动车，优选在使用运行策略的情况下。在此，控制装置如此运行机动车，使得在线控转向系统的次级系统发生额外故障的情况下，确保通过机动车的制动系统对机动车进行安全控制。在本发明的范围内，安全控制理解为这样的控制，在所述控制中，防止与障碍物、如其他交通参与者、杆柱等发生碰撞或将其降低到对于机动车的乘员以及其他交通参与者可容忍的程度。在此应可使机动车安全地带到静止状态。例如，应可通过机动车的相应构造的制动装置来执行这种控制。

13、例如，机动车的有针对性的运行如此进行，使得将用于机动车转向的转向角保持尽可能小，而由此不创造针对道路交通的额外危险。同样，机动车的有针对性的运行如此进行，使得相对于机动车的正常运行，降低需要以相对较大的转向角进行突然转向操纵的风险。例如，在该范围内，可以实现预防性地降低车辆速度，以避免碰撞。出于该原因，根据检测到的周围环境参数实现机动车的有针对性的运行，以便因此将对机动车运行的干预度保持尽可能小，从而尽管初级系统发生故障仍确保机动车的几乎正常的继续行驶。换言之，以防御性驾驶方式运行机动车。通过实施该方法，优选防止运动性或进攻性驾驶方式。

14、相对于传统方法，根据本发明的用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法具有以下优点，即，借助简单的手段以及以成本适宜的方式，即使在线控转向系统的初级系统发生故障的情况下，也确保利用机动车安全地继续行驶，并且因此可避免机动车被迫停车。此外，通过机动车的有针对性的运行，确保利用机动车尽可能正常地继续行驶，例如以防御性驾驶方式。以这种方式，相对于传统方法，针对机动车的驾驶员的驾驶舒适性得到改善。

15、根据本发明的一种优选的改进方案，可以在一种方法中设置成，通过机动车的信号装置以发信号的方式指示初级系统的故障。由于在考虑到周围环境参数的情况下使机动车有针对性地运行，因此有时可能会发生，驾驶员感觉不到初级系统故障，或者至少只有在尝试运动性驾驶操纵时才会注意到。在具有防御性或至少主要防御性驾驶方式的驾驶员的情形中，这尤其是这种情况。出于该原因，信号装置向驾驶员并且优选还向机动车的乘员以发信号的方式指示初级系统已经有故障。以发信号的方式指示优选以视觉方式进行，例如通过警示灯、插入显示器装置(如仪表盘、抬头显示器等)。备选地或附加地，以发信号的方式指示以声学方式进行，例如作为蜂鸣声、语音提示等，优选同时对机动车的娱乐系统进行干预，例如通过停止或短时间暂停播放、改变、尤其降低播放音量等。备选地或附加地，以发信号的方式指示以触觉方式进行，例如通过提高方向盘的转向阻力、使方向盘振动等。这具有以下优点，驾驶员能利用简单的手段以及以成本适宜的方式对机动车的如有可能偏离其偏好的驾驶方式做好准备，并且可以获知需要尽快前往维修站的信息。以这种方式，提高在机动车运行时的运行安全性。

16、根据本发明优选的是，由检测装置将行车道的行车道方向走向和/或行车道的纵向倾斜度和/或行车道的横向倾斜度和/或行车道拓扑结构和/或行车道摩擦值和/或在行车道上或旁边的障碍物和/或其他交通参与者和/或天气数据考虑作为周围环境参数。例如，行车道方向走向可通过机动车的传感器、如摄像头、雷达、激光雷达等来确定。附加地或备选地，行车道方向走向也可以由机动车的导航数据或地图数据确定。例如，纵向倾斜度可以表示下坡度或上坡度。行车道的纵向倾斜度和横向倾斜度可以例如通过机动车的传感器、如倾斜传感器或前方传感器或者通过地图数据来获取。行车道拓扑结构例如理解为行车道中的凹凸不平，例如车辙、坑洼等。例如，可以通过机动车的传感器或通过地图数据来获取行车道拓扑结构。行车道摩擦值表示在轮胎与行车道之间的摩擦值并且因此可以例如识别行车道的光滑度。例如，由此能够确定，自哪些力起，可出现机动车的滑动或浮动。障碍物可以例如是布置在行车道边缘处的杆柱或护栏以及在行车道上的物体。在检测其他交通参与者时，优选确定交通参与者的尺寸、速度、速度变化、方向以及方向变化。天气可对机动车的驾驶特性具有显著影响。通过确定天气数据，可以在机动车的有针对性的运行中考虑这些影响。这具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

17、进一步优选地，在检测周围环境参数时预测性地检测至少一个周围环境参数。预测性检测在预测的范围内通过周围环境参数的改变来构建。优选地，也确定周围环境参数的实际状态和/或实际状态变化。在该范围内，例如可以由在周围环境中另外的机动车的行驶走向来推断出，机动车沿哪个方向以及以大约何种速度继续向前运动。例如，可以预见，超车操纵随着脱离到超车道上即将发生。同样，由于缺乏安全的用于超车的选项，可能即将发生制动操纵。此外，在此可以考虑其他机动车，所述其他机动车例如可对机动车的运行施加间接或直接影响。除了预测其他交通参与者的运动以外，还可以进行天气数据预测。这具有以下优点，即，可以利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

18、在本发明的一种特别优选的设计方案中，可以在一种方法中设置成，机动车的有针对性的运行具有确定弯道中的轨迹，所述轨迹具有大于弯道的弯道半径的轨迹半径。因此，机动车例如在驶入弯道中以及在从弯道中驶出时相应具有与在中间的弯道区域中相比更小的与弯道外部的行车道边缘的间距。如果交通状况允许，则在该范围内也可以进行多个车道的行驶，从而进一步增大轨迹半径。由于半径增大，因此在线控转向系统完全失效的情况下，例如通过esp，仅须用较小的转向角代替，从而降低了经由机动车失控或失去横向引导的风险。在此，优选确保分别保持与行车道边缘的最小间距，以降低在次级系统额外故障的情况下从行车道滑出的风险。这具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

19、优选地，机动车的有针对性的运行具有从由机动车的驾驶员预设的期望轨迹到安全轨迹的主动修正和/或对安全轨迹的辅助。相对于期望轨迹，安全轨迹具有更大的半径以及与行车道边缘限定的间距，从而在线控转向系统出现额外失效时，需要用于控制机动车的较少干预。主动修正理解为对转向角的主动干预。例如，驾驶员转向一个转向角，而转向系统操控另一个转向角并且因此越过了驾驶员期望。例如，可以通过提高转向阻力来进行辅助，从而驾驶员对此运动，设定与其期望转向角度不同的转向角度。因此，驾驶员就被引导到为了机动车的安全运行而确定的轨迹上，而在此不对于该驾驶员给出对机动车转向失控的感觉。这具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

20、根据本发明的一种优选的实施方式，机动车的有针对性的运行具有从由机动车的驾驶员预设的期望速度到降低的安全速度的主动修正和/或对安全速度的辅助。在这种情况下，主动修正例如意味着，相对于由驾驶员选择的期望速度，控制装置有针对性地降低机动车在驶入弯道时的速度。以这种方式可以有针对性地减小离心力，从而在线控转向系统的次级系统发生额外故障的情况下，需要用于机动车的转向或横向引导的较少干预。此外，由此确保更短的制动距离并且因此确保更快停车。对安全速度的辅助例如通过提高油门踏板的阻力来实现，从而驾驶员可以独立地降低速度，并且继续保持具有对于机动车控制的感觉。这具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

21、特别优选地，如此进行机动车的有针对性的运行，使得通过控制装置确定安全轨迹，所述安全轨迹尽可能接近于期望轨迹，和/或确定安全速度，所述安全速度尽可能接近于期望速度。在初级系统故障的情况下，在驾驶运行中的限制应尽可能少地发生故障，从而驾驶员能够继续以可认为正当的驾驶风格继续运行机动车。因此，应避免对驾驶运行进行过度干预。由此，驾驶员获得以下可能性，即，暂时继续操纵机动车，而在此不必接受不合理的限制。因此也省去了直接驶向车间的需要，因为机动车可以继续安全地并且以可接受的动力运行。这具有以下优点，即，可利用简单的手段以及以成本适宜的方式接受特别低的动力损失，从而能够改善机动车通过驾驶员的接受度。

22、根据本发明优选的是，如此进行机动车的有针对性的运行，使得机动车在次级系统发生额外故障的情况下能够通过在行车道上的制动操纵而被带到静止状态。在本发明的范围内，这理解为，机动车在整个制动操纵期间保留在行车道上并且也在行车道上、例如在行车道边缘处产生静止状态。因此，通过控制装置在考虑到周围环境参数的情况下如此协调速度、与行车道边缘的间距和转向角，使得通过各个车轮的有针对性的制动能够引起机动车的偏航运动以及制动，所述偏航运动以及制动防止机动车从行车道滑出。这具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式进一步提高在机动车运行时的运行安全性。

23、根据本发明的第二方面，任务通过一种机动车来解决。机动车具有驱动系统、制动系统以及线控转向系统。根据本发明，机动车构造用于执行根据本发明的方法。制动系统优选如此构造，使得确保各个车轮的协调制动，尤其以适当的动力。机动车具有控制装置和检测装置，以用于执行根据本发明的方法。控制装置构造用于控制转向系统、制动系统和优选驱动系统。

24、在根据本发明的机动车中得到已经针对根据本发明的第一方面的用于在行车道上运行具有线控转向系统的机动车的方法所描述的所有优点。因此，相对于传统的机动车，根据本发明的机动车具有以下优点，即，利用简单的手段以及以成本适宜的方式，即使在线控转向系统的初级系统发生故障的情况下，也确保利用机动车安全地继续行驶，并且因此能避免机动车被迫停车。此外，通过机动车的有针对性的可运行性确保利用机动车尽可能正常地继续行驶，例如以防御性驾驶方式。以这种方式，相对于传统机动车，针对机动车驾驶员的驾驶舒适性得到改善。