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CN113382910B - 用于交通工具的紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法 - Google Patents

用于交通工具的紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法 Download PDF

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CN113382910B CN202080012305.8A CN202080012305A CN113382910B CN 113382910 B CN113382910 B CN 113382910B CN 202080012305 A CN202080012305 A CN 202080012305A CN 113382910 B CN113382910 B CN 113382910B
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Abstract

本发明的第一方面涉及一种用于交通工具(10)的紧急操纵控制系统(l)，其中该交通工具(10)能够至少以驾驶员控制的运行模式和以高度自动化运行模式或自主运行模式运行，并且该交通工具具有至少一个纵向引导执行器(30)和至少一个横向引导执行器(40)。在此，紧急操纵控制系统(1)具有：路径规划控制装置(2)，被构造成在交通工具(10)的高度自动化运行模式或自主运行模式中求取紧急操纵轨迹；与路径规划控制装置(2)耦联的纵向引导执行器控制装置(3)，被构造成提供从紧急操纵轨迹推导出的纵向引导控制命令(33)，并且在紧急操纵情况的状况下促使至少一个纵向引导执行器(30)实施纵向引导控制命令(33)；以及与路径规划控制装置(2)耦联的横向引导执行器控制装置(4)，被构造成提供从紧急操纵轨迹推导出的横向引导控制命令(44)，并且在紧急操纵情况的状况下促使至少一个横向引导执行器(40)实施横向引导控制命令。

Description

用于交通工具的紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法
技术领域
本发明涉及用于交通工具的紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法。
背景技术
从现有技术中已知不同的驾驶辅助系统，这些驾驶辅助系统可以接管特定的驾驶任务或者自主地控制交通工具。为了确保高度自动化的驾驶功能的必要的高可用性，已知不同的方案，这些方案通过一个或多个冗余层面实现故障安全性。
在本文中，驾驶辅助系统应当理解为如下的系统，该系统通过以软件和/或硬件的实现方式而被构造成：根据通过一个或多个传感器求取的数据，来干预交通工具的引导或者甚至持续或至少暂时地完全接管控制。
如果在出现故障时不能继续实施相应的驾驶辅助功能，则通常启动使交通工具转换到安全状态中的紧急操纵。
用于紧急制动操纵的已知方案例如规定，在紧急操纵情况的状况下，通过用于纵向引导的控制器来执行经限定的紧急操纵轨迹。然而在实施这种仅纵向引导被控制的紧急操纵时存在的危险在于，尤其是当交通工具恰好处于弯道行驶的开始或结束处时，交通工具侧向地离开行车道。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于交通工具的紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法，该紧急操纵控制系统和紧急操纵控制方法至少部分地克服现有技术中的缺点。
该目的通过根据本发明的用于交通工具的紧急操纵控制系统、交通工具和用于交通工具的紧急操纵控制方法来实现。在本文中描述了有利的实施方式。需要指出的是，从属于独立权利要求的权利要求的附加特征可以在没有独立权利要求的特征的情况下，或在仅与独立权利要求的特征的子集相组合的情况下形成自己的且独立于独立权利要求的所有特征的组合的发明，该发明可以作为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这以同样的方式适用于说明书中所描述的可以形成独立于独立权利要求的特征的发明的技术教导。
本发明的第一方面涉及一种用于交通工具的紧急操纵控制系统，其中该交通工具能够至少以驾驶员控制的运行模式和以高度自动化运行模式或自主运行模式运行，并且该交通工具具有至少一个纵向引导执行器和至少一个横向引导执行器。在此，紧急操纵控制系统具有：
·路径规划控制装置，路径规划控制装置被构造成在交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式中求取紧急操纵轨迹；
·与路径规划控制装置耦联的纵向引导执行器控制装置，纵向引导执行器控制装置被构造成：提供从紧急操纵轨迹推导出的纵向引导控制命令，并且在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令；以及
·与路径规划控制装置耦联的横向引导执行器控制装置，横向引导执行器控制装置被构造成：提供从紧急操纵轨迹推导出的横向引导控制命令，并且在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个横向引导执行器实施横向引导控制命令。
本发明的第二方面涉及一种用于交通工具的紧急操纵控制方法，其中该交通工具能够至少以驾驶员控制的运行模式和以高度自动化运行模式或自主运行模式运行，并且该交通工具具有至少一个纵向引导执行器和至少一个横向引导执行器。在此，紧急操纵控制方法包括：
·在交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式中求取紧急操纵轨迹；
·从所求取的紧急操纵轨迹推导纵向引导控制命令和横向引导控制命令；提供纵向引导控制命令和横向引导控制命令；
·在紧急操纵情况的状况下，向至少一个纵向引导执行器输出纵向引导控制命令，并且向至少一个横向引导执行器输出横向引导控制命令，以及由至少一个纵向引导执行器执行纵向引导控制命令，并且由至少一个横向引导执行器执行横向引导控制命令。
在本文的意义上，交通工具应当理解为可以移动人员和/或货物的所有交通工具类型。交通工具的可能的示例是：机动车、卡车、农用车、公共汽车、驾驶室、缆车厢、电梯厢、轨道交通工具、水上交通工具(例如，轮船、快艇、潜艇、潜水钟、气垫船、水翼艇)、飞行器(飞机、直升机、翼地效应机、飞艇、气球)。
交通工具优选是机动车。在这种意义上的机动车是一种通过机械动力移动且不被束缚在轨道上的陆上交通工具。在这种意义上的机动车包括汽车、摩托车和拖拉机。。
交通工具、尤其是机动车能够以驾驶员控制的运行模式和以高度自动化运行模式或自主运行模式运行。换言之，驾驶员可以自己执行驾驶任务(驾驶员控制的运行模式)或者部分地或完全地由系统、例如驾驶辅助系统接管驾驶任务(高度自动化运行模式或自主运行模式)。
当交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式无故障地运行时，经由主信道控制交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式。主信道包括规划系统、传感装置系统和实施系统。换言之，经由主信道的系统控制或实施高度自动化的或自主的驾驶功能。
例如，如果主信道的系统失效或失去与其他设备的通信，则可以经由一个或多个冗余信道部分地在受限的范围内控制或实施高度自动化的或自主的驾驶功能。在此，一个或多个冗余信道同样包括规划系统、传感装置系统和实施系统。
主信道的规划系统和/或冗余信道的规划系统可以包括上面描述的路径规划控制装置。主信道的实施系统和/或冗余信道的实施系统可以包括上面描述的纵向引导执行器控制装置和/或上面描述的横向引导执行器控制装置。
如其在本文中所使用的，术语“紧急操纵”不是指如通过紧急情况驾驶辅助功能(诸如紧急制动辅助或紧急停车辅助)所实施的操纵。这种紧急情况驾驶辅助功能例如可以通过主信道的系统和/或冗余信道的系统来控制或实施。这种紧急情况驾驶辅助功能有时动用交通工具中存在的环境传感装置，以便启动和/或执行特定的操纵(例如，紧急停车)。因此，在本文的意义上的紧急操纵基本上不同于自动化的驾驶功能。
在本文中，术语“紧急操纵”仅涉及由紧急操纵情况引起的那些操纵。例如，当同时存在以下故障中的至少两个故障使得主信道和一个或多个冗余信道都失效时，则存在紧急操纵情况：
-主信道的规划系统的失效；
-冗余信道的规划系统的失效；
-主信道的传感装置系统的失效；
-冗余信道的传感装置系统的失效；
-主信道的实施系统的失效；
-冗余信道的实施系统的失效；
-主信道的规划系统的通信能力的失效；
-冗余信道的规划系统的通信能力的失效；
-主信道的实施系统的通信能力的失效；
-冗余信道的实施系统的通信能力的失效；
-交通工具的能量供应的失效；以及
-交通工具的机械构件的失效。
在实施本文意义上的紧急操纵时，不使用环境传感装置。取决于哪些故障触发了这种紧急操纵，将根本没有传感器数据可供使用，因为例如传感器和控制器之间的通信中断。
在实施本文意义上的紧急操纵时，既不能通过传感装置求取交通工具的环境，也不能对环境作出反应。因此，在这种紧急操纵期间，以在此不动用环境传感装置的方式实施控制命令。然而，驾驶员干预在实施紧急操纵期间的任何时间都是可以的。
有利地实施紧急操纵以便使交通工具进入安全状态。如果在交通工具的高度自动化驾驶或自主驾驶期间出现上述故障中的至少两个故障，使得主信道和一个或多个冗余信道都失效，即，出现紧急操纵情况，则将借助紧急操纵或紧急操纵轨迹来度过在驾驶员可以亲自接管对交通工具的控制之前的时间。驾驶员的典型的接管时间在大约5秒至10秒。在该时间期间，通过在本文中描述的紧急操纵控制系统或紧急操纵控制方法来将交通工具转换到安全状态中，从该安全状态出发可以由驾驶员安全地接管驾驶任务。
优选地，本文中描述的交通工具是配备有实现自动化的驾驶模式的系统和/或交通工具功能的交通工具。术语“自动化的驾驶模式”是指部分自动化的驾驶模式、高度自动化的驾驶模式、或者全自动化的或自主的驾驶模式。在此，自动化的驾驶模式对应于由联邦公路研究所(BASt)定义的(参见BASt出版物“Forschung kompakt”，版本11/2012)自动化程度。在部分自动化的驾驶(TAF)中，系统在一定的时间段内和/或在特定的情况下接管纵向引导和横向引导，其中驾驶员必须持续地监控系统。在高度自动化的驾驶(HAF)中，系统在一定的时间段内接管纵向引导和横向引导，而驾驶员不必持续地监控系统；然而，驾驶员必须在一定时间内能够接管交通工具引导。在全自动化(自主)的驾驶(VAF)中，对于特定的应用场景，系统可以在所有情况下自动进行驾驶；对于该应用场景不再需要驾驶员。根据BASt的定义的上述自动化程度对应于SAE J3016标准(SAE-汽车工程学会)的SAE级别2至4。例如，根据BASt的高度自动化的驾驶(HAF)对应于SAE J3016标准的级别3。此外，在SAE J3016中还规定了SAE级别5作为最高的自动化程度，该最高的自动化程度未包含在BASt的定义中。SAE级别5对应于无人驾驶，其中系统可以在整个行驶期间像人类驾驶员一样自动处理所有情况；通常不再需要驾驶员。在本文中，自动化程度“全自动化”应当包括无人驾驶的情况。
紧急操纵控制系统可以——至少部分地——被布置在交通工具内或交通工具外。因此，也就是说还可以存在用于交通工具的紧急操纵控制系统的如下的实施方式，在该实施方式中，紧急操纵控制系统的部分被布置在交通工具内和/或紧急操纵控制系统的部分被布置在交通工具外。例如，路径规划控制装置和/或纵向引导执行器控制装置和/或横向引导执行器控制装置可以被布置在交通工具外，而纵向引导执行器和横向引导执行器可以被布置在交通工具内。
路径规划控制装置可以是交通工具内部的设备或交通工具外部的设备。路径规划控制装置被构造成规划交通工具应当行驶的从起点到目的地的路线。在此，路线所经过的地区可以是已知的或者至少部分未知的。此外，有利地进行路径规划使得不发生与障碍物的接触。路径规划控制装置例如可以包括计算单元和可选地附加的存储单元。
路径规划控制装置和/或纵向引导执行器控制装置和/或横向引导执行器控制装置可以是交通工具中的设备，例如车载计算机、导航设备、信息娱乐系统等。对此，备选地，路径规划控制装置和/或纵向引导执行器控制装置和/或横向引导执行器控制装置或其各个部分可以是外部设备，例如固定设备(PC、云服务器)和/或移动终端设备。
在交通工具的无故障的高度自动化运行模式或自主运行模式期间，路径规划控制单元求取紧急操纵轨迹。术语“紧急操纵轨迹”是指紧急操纵的轨迹。例如，紧急制动操纵轨迹可以是紧急操纵轨迹。紧急操纵轨迹在不存在紧急操纵情况的状况下持续地被求取。当最终出现紧急操纵情况时，才实施紧急操纵。然而，对于这种状况，事先持续地求取紧急操纵轨迹。
通过纵向引导执行器控制装置从紧急操纵轨迹推导纵向引导控制命令，并且对于要执行紧急操纵的状况，纵向引导控制命令被提供。在紧急操纵情况的状况下，纵向引导执行器控制装置然后促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令。
纵向引导执行器被构造成接收并实施从纵向引导执行器控制装置输出的纵向引导控制命令。通过这种方式，促使纵向引导执行器实施紧急操纵轨迹。换言之，纵向引导执行器在紧急操纵情况的状况下实施关于紧急操纵轨迹的特定于纵向引导的控制命令。
通过横向引导执行器控制装置从紧急操纵轨迹推导横向引导控制命令，并且对于要执行紧急操纵的状况，横向引导控制命令被提供。在紧急操纵情况的状况下，横向引导执行器控制装置然后促使至少一个横向引导执行器实施横向引导控制命令。
横向引导执行器被构造成接收并实施从横向引导执行器控制装置输出的横向引导控制命令。通过这种方式，促使横向引导执行器实施紧急操纵轨迹。换言之，横向引导执行器在紧急操纵情况的状况下实施关于紧急操纵轨迹的特定于横向引导的控制命令。
纵向引导执行器控制装置和横向引导执行器控制装置均与路径规划控制装置耦联。
耦联在本文的范畴中是指通信连接。通信连接可以是无线的(例如，蓝牙、WLAN、移动无线电)或有线的(例如，借助USB接口、数据线缆等)。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，纵向引导执行器控制装置还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个纵向引导执行器独立于横向引导控制命令来实施纵向引导控制命令；横向引导执行器控制装置还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个横向引导执行器独立于纵向引导控制命令来实施横向引导控制命令。
换言之，纵向引导执行器被促使实施关于紧急操纵轨迹的特定于纵向引导的控制命令，并且在此不考虑通过横向引导执行器进行的对关于紧急操纵轨迹的特定于横向引导的控制命令的实施。同样地，横向引导执行器被促使实施关于紧急操纵轨迹的特定于横向引导的控制命令，并且在此不考虑通过纵向引导执行器进行的对关于紧急操纵轨迹的特定于纵向引导的控制命令的实施。
如果纵向引导控制命令例如是目标制动力矩，则促使纵向引导执行器在特定的时间变化曲线、诸如15秒上实施特定的目标制动力矩。在此，纵向引导执行器独立于横向引导执行器作用。也就是说，实施特定的目标制动力矩的纵向引导执行器不等待通过横向引导执行器进行的对特定于横向引导的控制命令的并行实施。特定的纵向引导控制命令的实施不依赖于特定的横向引导控制命令的实施。因为紧急操纵轨迹不仅包括特定于纵向引导的控制命令而且包括特定于横向引导的控制命令，所以这些控制命令由相应的控制装置处理。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，在实施纵向引导控制命令和横向引导控制命令时，在纵向引导执行器控制装置和横向引导执行器控制装置之间不发生通信；备选地或附加地，在实施纵向引导控制命令和横向引导控制命令时，在纵向引导执行器和横向引导执行器之间不发生通信。
因此，不需要在纵向引导执行器控制装置和横向引导执行器控制装置之间的通信、或者在纵向引导执行器和横向引导执行器之间的通信来实现纵向引导控制命令和横向引导控制命令的彼此协调。换言之，纵向引导执行器控制装置和横向引导执行器控制装置并行地处理相应的控制命令。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，根据交通工具的相应的当前的和/或未来的行驶情况来求取紧急操纵轨迹。
交通工具的当前的和/或未来的行驶情况可以通过交通工具的运行参数和/或通过交通工具的环境参数来确定。交通工具的运行参数例如是交通工具的速度、交通工具重量、或交通工具部件的状态(没有故障/部分故障/完全故障)。交通工具的环境参数例如是行车道的特性、行车道的曲率、或待行驶的路段的地形。
优选地，根据交通工具的相应的当前的和/或未来的行驶情况来持续地求取紧急操纵轨迹。换言之，以预先确定的时间间隔求取或更新紧急操纵轨迹。这些预先确定的时间间隔可以是1ms至30s，优选是1ms至100ms，更优选是1ms至60ms。
因此，在交通工具的无故障运行的高度自动化运行模式或自主运行模式中，持续地求取或更新紧急操纵轨迹，并且然后在紧急操纵的状况下，即在紧急操纵开始时，持续更新的纵向引导控制命令和横向引导控制命令用于促使至少一个纵向引导执行器和至少一个横向引导执行器实施最近更新的纵向引导控制命令或横向引导控制命令。
换言之，纵向引导控制命令和横向引导控制命令在无故障的运行模式中持续地被更新，并且在紧急操纵开始时被冻结并且随后被实施。也就是说，在出现紧急操纵情况时，通过纵向引导执行器控制装置或纵向引导执行器并且通过横向引导执行器控制装置或横向引导执行器受控地驶过最近更新的紧急操纵轨迹。
通过受控且协调的紧急操纵提高了以下概率：交通工具在紧急操纵情况下(诸如在引起主信道失效和一个或多个冗余信道失效的通信失效的情况下)在高度自动化驾驶期间不离开行车道。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式组合的实施方式，交通工具的当前的和/或未来的行驶情况由至少一个纵向引导参数和/或至少一个横向引导参数限定。
在此，有利地，至少一个纵向引导参数选自以下项：
-行驶路段的当前的和/或未来的摩擦值；
-行驶路段的当前的和/或未来的上坡坡度；
-行驶路段的当前的和/或未来的下坡坡度；
-当前的交通工具重量；
-交通工具的当前的和/或未来的纵向速度；当前的纵向速度尤其是通过纵向传感器单元而被求取；
-交通工具的当前的和/或未来的纵向速度变化；当前的纵向速度变化尤其是通过纵向传感器单元而被求取。
交通工具的当前的和/或未来的纵向速度或纵向速度变化可以由交通工具部件和/或交通工具功能(诸如自适应巡航控制功能)提供给纵向引导执行器控制装置。
备选地，通过纵向传感器单元来求取交通工具的当前的和/或未来的纵向速度或纵向速度变化。
有利地，紧急操纵控制系统包括纵向传感器单元。纵向传感器单元有利地被布置在横向引导执行器控制装置处或被集成到横向引导执行器控制装置中。备选地，纵向传感器单元被布置在纵向引导执行器控制装置处或被集成到纵向引导执行器控制装置中。通过将纵向传感器单元集成在横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置中，可以利用本来就存在的传感装置，并且不需要附加的构件。可以在总线系统上提供纵向传感器单元的数据。
纵向传感器单元可以包括纵向加速度传感器。附加地，纵向传感器单元可以包括计算单元，该计算单元被构造成存储和/或处理和/或输出所求取的传感器数据。
备选地，纵向传感器单元可以不被布置在横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置处，而是与横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置耦联。
备选地或附加地，至少一个横向引导参数选自以下项：
-交通工具的行驶路段的行车道的当前的和/或未来的曲率；
-交通工具的行驶路段的行车道的当前的和/或未来的曲率变化；
-当前和/或未来作用到交通工具上的侧向力；以及
-交通工具的当前的和/或未来的横向加速度；当前的横向加速度尤其是通过横向传感器单元而被求取；
-交通工具的当前的和/或未来的横向加速度变化；当前的横向加速度变化尤其是通过横向传感器单元而被求取；
-交通工具的当前的和/或未来的转向角；
-交通工具的当前的和/或未来的转向角变化。
交通工具的当前的和/或未来的横向加速度可以由交通工具部件和/或交通工具功能(诸如车道保持辅助功能)提供给横向引导执行器控制装置。
备选地，通过横向传感器单元来求取交通工具的当前的和/或未来的横向加速度。
有利地，紧急操纵控制系统具有横向传感器单元。横向传感器单元有利地被布置在纵向引导执行器控制装置处或被集成到纵向引导执行器控制装置中。备选地，横向传感器单元被布置在横向引导执行器控制装置处或被集成到横向引导执行器控制装置中。通过将横向传感器单元集成在横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置中，可以利用本来就存在的传感装置，并且不需要附加的构件。可以在总线系统上提供横向传感器单元的数据。
横向传感器单元可以包括横向加速度传感器。附加地，横向传感器单元可以包括计算单元，该计算单元被构造成存储和/或处理和/或输出所求取的传感器数据。
备选地，横向传感器单元可以不被布置在横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置处，而是与横向引导执行器控制装置或纵向引导执行器控制装置耦联。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式组合的实施方式，纵向引导控制命令包括至少一个目标纵向引导参数、尤其是根据时间变化曲线的至少一个目标纵向引导参数；横向引导控制命令包括至少一个目标横向引导参数、尤其是根据时间变化曲线的至少一个目标横向引导参数。至少一个目标纵向引导参数优选地包括至少一个目标制动力矩。至少一个目标横向引导参数优选地包括至少一个目标转向角。
换言之，特定的目标纵向引导参数在特定的时间点被实施，并且在认定的时间点可以是不同的。例如，在第一时间点的目标制动力矩小于在稍后的时间点的目标制动力矩。
例如，纵向引导控制命令可以是根据时间变化曲线的一系列目标纵向引导参数(例如，在特定的持续时间上变化的目标制动力矩)，并且横向引导控制命令可以是唯一的目标横向引导参数(例如，目标转向角)。换言之，例如提供目标横向引导参数的唯一值，然后该值在紧急操纵情况的状况下被传输到至少一个横向引导执行器以用于实施。例如，确定特定的目标转向角，然后该目标转向角在紧急操纵情况的状况下由横向引导执行器实施。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式组合的实施方式，路径规划控制装置和/或纵向引导执行器控制装置还被构造成求取紧急操纵轨迹的紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。纵向引导执行器控制装置还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令，直至交通工具的当前速度小于或等于紧急操纵目标速度为止、或者直至紧急操纵的持续时间已经达到最大紧急操纵持续时间为止。
路径规划控制装置和纵向引导执行器控制装置可以被构造为控制单元。
当达到紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间时，紧急操纵结束。
有利地，纵向引导执行器控制装置还被构造成：配置从紧急操纵轨迹推导出的纵向引导控制命令，使得能够实施预先确定的制动方案。预先确定的制动方案是指特定的制动力矩或者特定的制动压力的预先给定的曲线。尤其是，预先确定的制动方案是指用于特定的持续时间的特定的制动力矩或特定的制动压力的预先给定的曲线。
换言之，制动方案是固定的，并且不会在纵向引导控制命令的实施期间被改变、例如被重新调节。也就是说，制动方案独立于当前的交通工具反应(例如，加速)。通过这种方式避免反馈，该反馈可能导致系统的对抗可能的驾驶员干预的相反作用。
例如，制动方案可以针对特定的持续时间设置恒定的制动压力和/或恒定的制动力矩。
备选地或附加地，可以选择制动方案，使得产生所谓的卡顿效应(Stotterwirkung)。例如通过在短的持续时间内重复实施特定的制动力矩或特定的制动压力来达到所谓的卡顿效应。
纵向引导执行器控制装置有利地还被构造成从交通工具的制动系统获得预先确定的制动方案。有利的是，根据交通工具的相应的当前的和/或未来的行驶情况来求取预先确定的制动方案。
然后，根据预先确定的制动方案，纵向引导执行器控制装置提供相应的纵向引导控制命令。换言之，纵向引导控制命令不仅从紧急操纵轨迹而被推导，而且还根据预先确定的制动方案而被配置。随后，在紧急操纵情况的状况下，纵向引导控制命令可以被传输到至少一个纵向引导执行器以用于实施。
当达到或低于预先确定的紧急操纵目标速度时，或者当达到或超过最大紧急操纵持续时间时，紧急操纵结束。
这具有的优点在于，即使在制动系统和交通工具的其余控制设备之间不能进行通信时，也可以避免通过制动而对驾驶员引起的加速度进行调整。在导致紧急操纵的故障中，例如可能的是，运行中的交通工具系统因为例如交通工具的总线系统失效而不可以或者仅可以在有限的范围内与其他系统(例如传感器系统)通信。在这种紧急操纵期间，便不能识别到驾驶员接管。如果在由交通工具的制动系统执行的自主紧急制动期间，驾驶员例如通过其基于加速愿望而操作加速踏板进行接管，则由于在紧急操纵期间的故障而不能检测到驾驶员操作。在这种状况下，制动系统会对抗驾驶员的加速愿望继续执行自主紧急制动。如果交通工具与驾驶员的愿望相反地被制动到静止状态，则可能由于后方的交通而出现危险的情况。与此相反，如果紧急操纵通过达到紧急操纵目标速度或最大紧急操纵持续时间而被限制，则驾驶员还可以在交通工具的完全的静止状态之前再次接管交通工具控制，通过这种方式可以避免危险情况。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，根据交通工具的相应的当前的和/或未来的行驶情况来求取紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式组合的实施方式，交通工具的当前的和/或未来的行驶情况由至少一个纵向引导参数和/或至少一个横向引导参数限定。
对于交通工具的当前的和/或未来的行驶情况或者至少一个纵向引导参数和/或至少一个横向引导参数的描述参考上面的实施方式。
优选地，根据交通工具的相应的当前的和/或未来的行驶情况来持续地求取紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。换言之，以预先确定的时间间隔来求取或更新紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。这些预先确定的时间间隔可以是1ms至30s，优选是1ms至100ms，更优选是1ms至60ms。
因此在交通工具的无故障运行的高度自动化运行模式或自主运行模式中，持续地求取或更新紧急操纵目标速度和/或最大的紧急操纵持续时间，并且然后在紧急操纵的状况下，即在紧急操纵开始时，将最近更新的紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间用于促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令。
换言之，在交通工具的无故障的高度自动化运行模式或自主运行模式中，紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间持续地被更新，并且在紧急操纵开始时被冻结并且随后相应地被实施。
通过路径规划控制装置来求取紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间的求取在此包括的可行方案是，紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间由另一装置(例如由纵向引导执行器控制装置)计算并且被传输给路径规划控制装置。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间由交通工具的制动系统计算并且被传输给路径规划控制装置。优选地，在紧急操纵开始时，紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间在纵向引导执行器控制装置中和/或在交通工具的制动系统中被计算和/或存储。最大操纵持续时间在紧急操纵开始时被存储在制动系统中。优选地，在紧急操纵开始时计算该最大操纵持续时间。
根据有利的示例，通过将如下的制动操纵持续时间乘以在1.0至3.0之间的因子，优选地在1.2至3.0之间的因子，来计算最大紧急操纵持续时间，该制动操纵持续时间是在正常条件下将交通工具以给定的制动压力或制动力矩制动到紧急操纵目标速度所需的。正常条件应当理解为正常参数，例如平坦的行车道、交通工具的平均负荷、正常的制动参数等。
根据可以与本文描述的一个或多个实施方式结合的实施方式，交通工具的当前速度借助于传感器系统而被求取，并且被传输给纵向引导执行器控制装置。纵向引导执行器控制装置还被构造成：对于能够求取交通工具的当前速度的状况，在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令，直至交通工具的当前速度小于或等于紧急操纵目标速度为止；以及对于不能求取交通工具的当前速度的情况，在紧急操纵情况的状况下，促使至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令，直至紧急操纵的持续时间达到最大紧急操纵持续时间为止。
传感器系统有利地是上面描述的纵向传感器单元。备选地，传感器系统可以是紧急操纵控制系统的另一设备或交通工具的另一设备。
如果紧急操纵被紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间限制，则交通工具可以以足够的精度制动。并且同时确保的是，驾驶员本身可以例如通过加速踏板干预紧急操纵。即使当制动系统与加速踏板之间不再能够进行通信时，也是如此。通过这种方式，能够实现关于竞争性的目标“一般的风险降低”、“后方交通的可控制性”和“驾驶员的可控制性”的风险最小化。
如上所述，交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式经由主信道而被控制。主信道包括规划系统、传感装置系统和实施系统。在主信道失灵时，交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式经由至少一个冗余信道而被控制，该冗余信道包括规划系统、传感装置系统和实施系统。在主信道失灵时，将一个或多个冗余信道置于等待状态持续预先确定的等待持续时间。在预先确定的等待持续时间期间，尝试从主信道切换到一个或多个冗余信道。当经过预先确定的等待持续时间并且从主信道到一个或多个冗余信道的切换不成功时，由至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令，并且由至少一个横向引导执行器实施横向引导控制命令。例如，如果主信道的至少一个系统(例如规划系统、传感装置系统和/或实施系统)失效或者主信道的该系统与另一设备的通信失效，则存在主信道的失灵。
当主信道和一个或多个冗余信道均失效时，存在紧急操纵情况的状况。
有利地，至少在交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式中，求取紧急操纵轨迹的紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间。在经过预先确定的等待持续时间并且从主信道到一个或多个冗余信道的切换不成功的情况下通过以下方式执行紧急操纵：通过至少一个纵向引导执行器实施纵向引导控制命令，直至紧急操纵的持续时间已经达到最大紧急操纵持续时间为止、和/或直至交通工具的当前速度小于或等于紧急操纵目标速度为止。
当在主信道中的第一故障之后例如由于在切换逻辑中的后续故障或第二故障或者要激活的冗余信道的失效而无法进行到冗余信道的切换时，出现问题。此时，不能继续高度自动化运行模式或自主运行模式。在这种状况下，在驾驶员不能接管交通工具引导的情况下，在没有转向控制和制动控制的情况下，交通工具将以未被降低的速度继续滑行。在这种状况下的事故将导致乘员和周围交通的最糟糕的后果。
换言之，信道切换(从主信道到冗余信道的切换)被设计为使得失效的主信道和/或至少一个还未激活的冗余信道在主信道失灵的情况下采用特殊的状态“等待成功切换到冗余信道”，并且在该状态中等待成功的信道切换。
如果到至少一个冗余信道的切换在预定义的时间段内(在预先确定的等待持续时间内)不成功，则可以认为存在严重的故障。于是在这种状况下触发紧急操纵，该紧急操纵为驾驶员简化了对交通工具引导的接管并且在事故的情况下使损坏严重程度最小化。
但是，紧急操纵还可以在一个冗余信道或多个冗余信道中被触发并且还可以在主信道外被触发。紧急操纵可以包括激活驻车制动致动器和/或预碰撞措施(例如调整座椅位置、窗户闭合设置等)和/或例如通过警告闪光灯警告周围交通。
通过在不成功的信道切换的情况下在预定义的时间段之后触发紧急操纵，可以在第一故障之后在没有成功切换到冗余信道的情况下避免不受控制的交通工具状态。因此，显著降低了交通工具乘员和周围交通的事故风险或受伤风险。通过降低交通工具的速度，在这种状况下得到的优点在于，驾驶员获得更多的时间来辨别方位并且接管交通工具引导。
按照本发明的第一方面的、根据本发明的用于交通工具的紧急操纵控制系统的上述实施方式还以相应的方式适用于按照本发明的第二方面的用于交通工具的紧急操纵控制方法，反之亦然；根据本发明的方法的有利实施例对应于根据本发明的系统的所描述的有利实施例。根据本发明的方法的、在此未明确描述的有利实施例对应于根据本发明的系统的所描述的有利实施例。
本发明的其他优点、特征和细节从对优选实施例的下面描述以及根据附图得出。以上在描述中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以相应给出的组合使用，而且还可以以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
下面根据实施例借助于附图描述本发明。
图1示意地示出根据实施方式的用于交通工具的紧急操纵控制系统。
图2示意地示出根据实施方式的用于交通工具的紧急操纵控制系统。
图3示意地示出根据实施方式的用于交通工具的紧急操纵控制系统。
图4示意地示出根据实施方式的用于交通工具的紧急操纵控制方法。
具体实施方式
图1示意地示出用于交通工具的紧急操纵控制系统1。紧急操纵控制系统1具有路径规划控制装置2、纵向引导执行器控制装置3、以及横向引导执行器控制装置4。路径规划控制装置2持续地计算用于交通工具的紧急操纵轨迹NT。在此，紧急操纵轨迹NT描述特定的紧急操纵的轨迹。在下文中，作为紧急操纵的示例，解释紧急制动。然而，在本文中描述的紧急操纵控制系统或所描述的紧急操纵控制方法不应当限于紧急制动。从紧急制动轨迹NT中通过纵向引导执行器控制装置3推导出目标制动力矩33，并且通过横向引导执行器控制装置4推导出目标转向角44。在此，在交通工具的高度自动化驾驶或自主驾驶期间持续地求取紧急制动轨迹NT以及目标制动力矩33和目标转向角44。所推导出的控制命令(目标制动力矩33和目标转向角44)被控制装置3和4提供用于进一步处理。
在紧急操纵情况的状况下，纵向引导执行器控制装置3促使交通工具10的制动系统30执行紧急制动，并且横向引导执行器控制装置4促使交通工具10的转向系统40执行紧急制动。在图2中示出这种情况。为此，纵向引导执行器控制装置3促使制动系统30实施目标制动力矩33。横向引导执行器控制装置4促使转向系统40实施目标转向角44。
在图3中示出用于交通工具10的紧急操纵控制系统1的示例，其中在横向引导执行器控制装置4处布置有纵向加速度传感器41。通过纵向加速度传感器41持续地求取交通工具10的当前速度。对于紧急操纵情况的状况，可以通过持续地求取交通工具的速度来调整目标转向角44。如果例如在弯道开始时触发紧急制动，则由于所实施的或者待实施的目标制动力矩33而降低交通工具10的速度。对于正在减速的交通工具而言，与不在减速的交通工具相比需要较慢的转弯。因此，当通过制动系统实现交通工具的减速时，通过转向系统同时实现了较慢的转弯。也就是说，目标转向角44关于路段(如在这种状况下是弯道)适配于目标制动力矩33。
如果由于除了已经出现的故障外交通工具10的制动系统30失效而产生紧急操纵情况，则不能通过制动系统30实施目标制动力矩33。这将导致交通工具10以几乎相同的速度继续运动。如果目标转向角44在这种状况下以上面所描述的方式被实施，则较慢的转弯将导致沿朝向弯道外部的方向离开车道。然而，通过纵向加速度传感器41可以测量交通工具10的较小的减速度并且相应地调整目标转向角44。由此提高了交通工具10保持在车道中的概率。通过受控的、协调的且通过纵向加速度校正的紧急操纵还提高了在紧急操纵情况的状况下在高度自动化驾驶期间不离开行车道的概率。
图4示意地示出用于交通工具10的紧急操纵控制方法。在该方法中，首先在交通工具10的高度自动化运行模式或自主运行模式期间求取紧急操纵轨迹NT。在图4中，这设有附图标记200。利用附图标记300表示从所求取的紧急操纵轨迹NT推导纵向引导控制命令33和横向引导控制命令44。利用附图标记400表示提供纵向引导控制命令33和横向引导控制命令44。在紧急操纵情况的状况下，纵向引导控制命令33被输出到至少一个纵向引导执行器30，并且横向引导控制命令44被输出到至少一个横向引导执行器40。这由附图标记500来表示。通过附图标记600表示由至少一个纵向引导执行器30实施纵向引导控制命令33以及由至少一个横向引导执行器40实施横向引导控制命令44。

Claims (20)

1.一种用于交通工具(10)的紧急操纵控制系统(1)，其中所述交通工具能够至少以驾驶员控制的运行模式和高度自动化运行模式运行，或者能够至少以驾驶员控制的运行模式和自主运行模式运行，并且所述交通工具具有至少一个纵向引导执行器(30)和至少一个横向引导执行器(40)，
其中所述紧急操纵控制系统(1)具有：
-路径规划控制装置(2)，所述路径规划控制装置被构造成：至少在所述交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式中，求取紧急操纵轨迹(NT)；
-纵向引导执行器控制装置(3)，与所述路径规划控制装置(2)耦联，所述纵向引导执行器控制装置被构造成：提供从所述紧急操纵轨迹(NT)推导出的纵向引导控制命令(33)，并且在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个纵向引导执行器(30)实施所述纵向引导控制命令(33)；以及
-横向引导执行器控制装置(4)，与所述路径规划控制装置(2)耦联，所述横向引导执行器控制装置被构造成：提供从所述紧急操纵轨迹推导出的横向引导控制命令(44)，并且在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个横向引导执行器(40)实施所述横向引导控制命令(44)，
其中所述交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式经由主信道而被控制，所述主信道包括第一规划系统、第一传感装置系统和第一实施系统，
其中所述交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式在所述主信道失灵时经由至少一个冗余信道而被控制，所述至少一个冗余信道包括第二规划系统、第二传感装置系统和第二实施系统，
其中如果所述主信道和所述冗余信道都失效时，则存在所述紧急操纵情况的状况。
2.根据权利要求1所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述纵向引导执行器控制装置(3)还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个纵向引导执行器(30)独立于所述横向引导控制命令(44)来实施所述纵向引导控制命令(33)；以及
其中所述横向引导执行器控制装置(4)还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个横向引导执行器(40)独立于所述纵向引导控制命令(33)来实施所述横向引导控制命令(44)。
3.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中在实施所述纵向引导控制命令(33)和所述横向引导控制命令(44)时，在所述纵向引导执行器控制装置(3)和所述横向引导执行器控制装置(4)之间不发生通信，和/或
其中在实施所述纵向引导控制命令(33)和所述横向引导控制命令(44)时，在所述纵向引导执行器(30)和所述横向引导执行器(40)之间不发生通信。
4.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中根据所述交通工具(10)的相应的当前的和/或未来的行驶情况来求取所述紧急操纵轨迹(NT)。
5.根据权利要求4所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述交通工具(10)的所述当前的和/或未来的行驶情况由至少一个纵向引导参数和/或至少一个横向引导参数限定。
6.根据权利要求5所述的紧急操纵控制系统(1)，其中
所述至少一个纵向引导参数选自以下项：
-行驶路段的当前的和/或未来的摩擦值；
-所述行驶路段的当前的和/或未来的上坡坡度；
-所述行驶路段的当前的和/或未来的下坡坡度；
-当前的交通工具重量；
-所述交通工具的当前的和/或未来的纵向速度；
-所述交通工具的当前的和/或未来的纵向速度变化；
和/或
其中所述至少一个横向引导参数选自以下项：
-所述交通工具的行驶路段的行车道的当前的和/或未来的曲率；
-所述交通工具的行驶路段的行车道的当前的和/或未来的曲率变化；
-当前和/或未来作用到所述交通工具上的侧向力；
-所述交通工具的当前的和/或未来的横向加速度；
-所述交通工具的当前的和/或未来的横向加速度变化；
-所述交通工具的当前的和/或未来的转向角；
-所述交通工具的当前的和/或未来的转向角变化。
7.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述纵向引导控制命令(33)包括至少一个目标纵向引导参数；以及
其中所述横向引导控制命令(44)包括至少一个目标横向引导参数。
8.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述路径规划控制装置(2)和/或所述纵向引导执行器控制装置(3)还被构造成：求取所述紧急操纵轨迹(NT)的紧急操纵目标速度和/或最大紧急操纵持续时间，
其中所述纵向引导执行器控制装置(3)还被构造成：在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个纵向引导执行器(30)实施所述纵向引导控制命令(33)，直至所述交通工具(10)的当前速度小于或等于所述紧急操纵目标速度为止、或者直至所述紧急操纵的持续时间已经达到所述最大紧急操纵持续时间为止。
9.根据权利要求8所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述紧急操纵轨迹(NT)的所述紧急操纵目标速度和/或所述最大紧急操纵持续时间根据所述交通工具(10)的相应的当前的和/或未来的行驶情况而被求取。
10.根据权利要求8所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述纵向引导执行器控制装置(3)还被构造成：配置从所述紧急操纵轨迹(NT)推导出的纵向引导控制命令(33)，使得能够实施预先确定的制动方案。
11.根据权利要求8所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述交通工具(10)的当前速度借助于传感器系统而被求取，并且被传输给所述纵向引导执行器控制装置(3)，以及
其中所述纵向引导执行器控制装置(3)还被构造成：
在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个纵向引导执行器(30)实施所述纵向引导控制命令(33)，直至所述紧急操纵的持续时间达到所述最大紧急操纵持续时间为止，和/或
对于能够求取所述交通工具(10)的当前速度的状况，在紧急操纵情况的状况下，促使所述至少一个纵向引导执行器(30)实施所述纵向引导控制命令(33)，直至所述交通工具的当前速度小于或等于所述紧急操纵目标速度为止。
12.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中当存在以下故障中的至少两个故障时，存在所述紧急操纵情况的状况：
-所述主信道的所述规划系统的失效；
-冗余信道的所述规划系统的失效；
-所述主信道的所述传感装置系统的失效；
-冗余信道的所述传感装置系统的失效；
-所述主信道的所述实施系统的失效；
-冗余信道的所述实施系统的失效；
-所述主信道的所述规划系统的通信能力的失效；
-冗余信道的所述规划系统的通信能力的失效；
-所述主信道的所述实施系统的通信能力的失效；
-冗余信道的所述实施系统的通信能力的失效；
-所述交通工具的能量供应的失效；以及
-所述交通工具的机械构件的失效。
13.根据权利要求6所述的紧急操纵控制系统(1)，其中当前的所述纵向速度通过纵向传感器单元(41)而被求取。
14.根据权利要求6所述的紧急操纵控制系统(1)，其中当前的所述纵向速度变化通过纵向传感器单元(41)而被求取。
15.根据权利要求6所述的紧急操纵控制系统(1)，其中当前的所述横向加速度通过横向传感器单元而被求取。
16.根据权利要求6所述的紧急操纵控制系统(1)，其中当前的所述横向加速度变化通过横向传感器单元而被求取。
17.根据权利要求1或2所述的紧急操纵控制系统(1)，
其中所述纵向引导控制命令(33)包括根据时间变化曲线的至少一个目标纵向引导参数；以及
其中所述横向引导控制命令(44)包括根据时间变化曲线的至少一个目标横向引导参数。
18.一种具有根据权利要求1至17中任一项所述的紧急操纵控制系统(1)的交通工具。
19.一种用于交通工具(10)的紧急操纵控制方法，
其中所述交通工具(10)能够至少以驾驶员控制的运行模式和高度自动化运行模式运行，或者能够至少以驾驶员控制的运行模式和自主运行模式运行，并且所述交通工具具有至少一个纵向引导执行器(30)和至少一个横向引导执行器(40)，其中所述紧急操纵控制方法包括：
-在所述交通工具(10)的高度自动化运行模式或自主运行模式中求取(200)紧急操纵轨迹(NT)；
-从所求取的紧急操纵轨迹(NT)推导(300)纵向引导控制命令(33)和横向引导控制命令(44)；
-提供(400)所述纵向引导控制命令(33)和所述横向引导控制命令(44)；
-在紧急操纵情况的状况下，向所述至少一个纵向引导执行器(30)输出(500)所述纵向引导控制命令(33)，并且向所述至少一个横向引导执行器(40)输出所述横向引导控制命令(44)，并且由所述至少一个纵向引导执行器(30)实施(600)所述纵向引导控制命令(33)，并且由所述至少一个横向引导执行器(40)实施所述横向引导控制命令(44)，
其中所述交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式经由主信道而被控制，所述主信道包括第一规划系统、第一传感装置系统和第一实施系统，
其中所述交通工具的高度自动化运行模式或自主运行模式在所述主信道失灵时经由至少一个冗余信道而被控制，所述至少一个冗余信道包括第二规划系统、第二传感装置系统和第二实施系统，
其中如果所述主信道和所述冗余信道都失效时，则存在所述紧急操纵情况的状况。
20.根据权利要求19所述的紧急操纵控制方法，
其中所述紧急操纵控制方法还包括：
-在所述主信道失灵时，将一个或多个冗余信道置于等待状态持续预先确定的等待持续时间；
-在所述预先确定的等待持续时间期间，尝试从所述主信道切换到所述一个或多个冗余信道；
-当经过所述预先确定的等待持续时间并且从所述主信道到所述一个或多个冗余信道的切换不成功时，由所述至少一个纵向引导执行器(30)实施(600)所述纵向引导控制命令(33)，并且由所述至少一个横向引导执行器(40)实施所述横向引导控制命令(44)。
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