CN105813914A - 用于紧急转向支持功能的控制单元和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陆地车辆的控制单元。所述控制单元被配置成基于所述控制单元计算出的避障轨迹激活所述陆地车辆的至少一个致动器，以在规避机动期间支持所述陆地车辆的驾驶员。所述控制单元还被配置成接收至少一个传感器的传感器信号；从接收到的所述传感器信号生成环境模型；确定相对于生成的所述环境模型中的所述车辆的当前位置的、物体的位置；计算预备避障轨迹。在计算所述预备避障轨迹时，生成的所述环境模型中的所述车辆的当前位置形成所述预备避障轨迹的起点。基于确定的所述物体的位置，确定所述预备避障轨迹的预备终点。使用至少所述起点的坐标和所述预备终点的坐标确定所述预备避障轨迹的参数。

Description

用于紧急转向支持功能的控制单元和方法

描述

描述了用于陆地车辆的紧急转向支持功能的控制装置和方法。特别地，描述了用于计算避障轨迹的控制装置和方法。

背景技术

现有技术中已知在关键驾驶情形下启动车辆的制动器以避免撞上障碍物或至少减小碰撞速度的***。由于制动距离的长度与增长的速度不成比例地上升，因此紧急制动***的缺陷在于，它们无法一直防止碰撞，例如，倘若车辆和障碍物之间的速度差异大，相反地，它们只可降低碰撞的严重程度。

由于通过规避机动甚至在高速下也可有效避免碰撞，因此在一些驾驶情形下，紧急避障可比自动紧急制动更安全更有效。然而，车辆可被带入车辆动力学的极限范围。缺乏经验的驾驶员常常不能够应对各种危险情形并且常常不能够成功且正确地执行紧急规避机动。确切地讲，当驾驶员进行不正确的转向移动并随后使车辆失控时，出现危险。驾驶员因此应该得到紧急规避机动的支持。

就这点而言，在文献DE102004008894A1中提出了用于机动车辆的紧急避障***。该***包括评估单元，评估单元确定至少一个壁障轨迹和/或至少一个自动紧急制动操纵。在开始驾驶操纵之后，以合适转向***应用的转向盘扭矩的形式将避障轨迹传达给驾驶员。驾驶员可遵循推荐的避障轨迹或通过施加的转向盘扭矩进行转向。

在文献DE102008013988A1中已知用于执行避障轨迹的方法和装置。这里，经计算，避障轨迹是所谓的sigmoid函数。为了增加规避机动期间的车辆稳定性，假定转向***以在同一方向上控制车辆的前轮和后轮这样的方式组合前轮转向功能和后轮转向功能。

在文献EP1926654B1中已知用于将机动车辆转向的方法和车辆。计算避障轨迹并且按照实际位置和并行布置的至少两个线性控制模块中的避障轨迹所指定的目标位置之间的偏差来创建控制输出信号。S形形式的轨迹指定已经证实是尤其有利的。平行线性控制器的输出信号被加权，随驱动速度的变化而变化，基于被加权的控制器输出信号来确定转向角。

在文献WO2008/031662A中已知用于避免车辆与至少一个物体碰撞或者至少减轻其后果的方法。使用车辆的传感器***，识别传感器检测范围中的当前车辆状态和物体。考虑到当前车辆状态，通过优化函数根据车辆所有可能移动的总和来确定避障轨迹。一旦确定驾驶员避障反应，就以在避障轨迹的方向上引导车辆这样的方式，生成用于校正车辆状态的控制信号。

在文献EP2323890B1中已知紧急操纵中的转向支持的方法。轨迹计算单元计算所有可驾驶的稳定移动轨迹的驾驶线路。在识别到有害情形后，根据当前确定的驾驶线路，识别与当前转向盘致动所指示的驾驶操纵对应的移动轨迹。将当前转向角作为实际值与根据所确定的避障轨迹确定的目标值进行比较。如果控制偏差超过预定值，则通过另外的转向角补偿当前转向角和/或通过施加到转向盘的反扭矩将所需的转向角传达给驾驶员。

2007年ShakerVerlag出版的SteffenKehl所著的文献“QuerregelungeinesVersuchsfahrzeugsentlangvorgegebenerBahnen”[“Lateralcontrolofatestvehiclealongpredeterminedtrajectories”]公开了一种轨迹从属控制，该轨迹从属控制通过将车辆转向沿着预定轨迹引导车辆的重心。这个轨迹从属控制的意图是确保驾驶测试的再现性。在这个文献中描述的轨迹从属控制中，使用转向机构作为致动器并且使用集成的导航***进行测量。离合器、变速排档、气体和制动器由测试发动机/驾驶员持续控制。以线段限定的多项式矢量的系数的形式创建控制器所需的目标轨迹曲率，选择多项式的次数，使得当车辆遵循目标轨迹时，转向角速度没有出现跳变。

在已知的***中，时常根据多个可能的移动轨迹确定限定规避机动的目标过程的避障轨迹。然而，唯有通过费力的大量计算来计算这些移动轨迹。通过sigmoid函数计算其路线的避障轨迹在从正常驾驶过渡到规避机动时并不是恒定的，由此导致在它们的路线有跳变，这些跳变使驾驶员舒适度受损并且致使难以控制规避机动。

问题

因此，本发明的目的是提供在规避机动期间支持陆地车辆的驾驶员的装置和方法。

提出的解决方案

为了实现该目的，提出了一种陆地车辆的控制装置。该控制装置被设置成基于控制装置计算出的避障轨迹来控制陆地车辆的至少一个致动器，以在规避机动期间支持陆地车辆的驾驶员。此外，控制装置被设置成接收至少一个传感器的传感器信号；用接收到的所述传感器信号生成环境模型；确定相对于生成的所述环境模型中的陆地车辆的当前位置的物体的位置；计算预备避障轨迹。在计算预备避障轨迹时，生成的所述环境模型中的所述陆地车辆的当前位置构成所述预备避障轨迹的起点。基于确定的所述物体的位置，确定所述预备避障轨迹的预备终点。为了确定所述预备避障轨迹的参数，使用至少所述起点和所述预备终点的坐标。

另外，为了实现该目的，提出了一种陆地车辆的转向支持***。该转向支持***包括至少一个相机和/或至少一个雷达传感器。另外，该转向支持***包括至少一个转向支持致动器和控制装置。所述控制装置被设置成基于所述控制装置计算出的避障轨迹来控制至少一个转向支持致动器，以在规避机动期间支持所述陆地车辆的驾驶员。所述控制装置还被设置成接收至少一个相机和/或至少一个传感器的传感器信号；用接收到的所述传感器信号生成环境模型；确定相对于生成的所述环境模型中的陆地车辆的当前位置的物体的位置；计算预备避障轨迹。在计算预备避障轨迹时，生成的所述环境模型中的所述陆地车辆的当前位置构成所述预备避障轨迹的起点。基于确定的所述物体的位置，确定所述预备避障轨迹的预备终点。为了确定所述预备避障轨迹的参数，使用至少所述起点和所述预备终点的坐标。

此外，为了实现目的，提出了一种计算陆地车辆的转向支持功能的避障轨迹的方法。该方法包括：接收至少一个传感器的传感器信号；用接收到的所述传感器信号生成环境模型；确定相对于生成的所述环境模型中的驾驶员自己的陆地车辆的当前位置的物体的位置；计算预备避障轨迹。在计算预备避障轨迹时，生成的所述环境模型中的所述陆地车辆的当前位置构成所述预备避障轨迹的起点。基于所述环境模型中确定的所述物体的位置，确定所述预备避障轨迹的预备终点。为了确定所述预备避障轨迹的参数，使用至少所述起点和所述预备终点的坐标。

用提出的控制装置、***和方法，可有效地计算(也就是说，方便确定)用于描述规避机动的路线的避障轨迹。更具体地，可通过简单的算术关系描述确定的避障轨迹。可在每次规避机动的时间点，用计算出的避障轨迹来确定横向偏移、横向速度和横向加速度的目标值。因此，能够容易地控制确定的避障轨迹。此外，确定的避障轨迹具有导致低横向速度和横向加速度的路线。

设计和特性

控制装置还可被设置成通过改变预备终点的坐标来延伸预备避障轨迹，以识别最优避障轨迹。可重复进行预备避障轨迹的延伸。预备避障轨迹的延伸可包括将预备终点的x坐标移位；确定延伸的避障轨迹；确定延伸的避障轨迹是否保持与物体的安全距离，并且如果没有保持安全距离，则中断延伸，在这种情况下，可选择保持与物体的安全距离的最后延伸的避障轨迹作为最优避障轨迹。

可用控制装置计算出的预备避障轨迹或最优避障轨迹，确定用于控制规避机动的目标值。可使用避障轨迹作为规避机动期间陆地车辆的目标位置。可基于在x方向上遵循路线的避障轨迹的一阶导数、二阶导数和/或三阶导数，确定另外的目标值。

避障轨迹的预备终点可布置成靠近物体。例如，预备终点可布置成靠近物体的后边缘。物体的后边缘可限制向着开放交通空间的物体的界限。物体的后边缘可以是物体的垂直边缘。物体的后边缘可以是在环境模型中识别的物体的后边缘。物体的后边缘可以是右后边缘或左后边缘。可基于驾驶员自己的车辆和物体后边缘之间的x距离(x方向上的距离)确定预备终点的x坐标。可基于车辆与物体后边缘的y距离(y方向上的距离)，确定预备终点的y坐标。另选地，可用环境模型确定y坐标。例如，可选择y坐标，使得车辆的重心位于环境模型中的交通车道的大致中间的避障轨迹的端点处或者车辆相对于环境模型中包含的交通车道的横向界限有偏移。

避障轨迹的路线可对应于多项式的路线。例如，避障轨迹的路线可对应于三次多项式至八次多项式。避障轨迹的路线可对应于五次或六次多项式。等式***可被设置成确定多项式和/或避障轨迹的参数。建立的等式***可包括至少六个等式。等式***可包括遵循路线的多项式的导数。为了求解等式***，可从环境模型和/或用车辆传感器确定遵循路线的多项式的导数的值。

控制装置可被设置成，如果确定的横向偏移的实际值位于公差带之外，则计算新的避障轨迹。控制装置可被设置成，如果确定的横向速度和/或横向加速度的实际值位于公差带之外，则计算新的避障轨迹。

公共描绘以上说明的细节。然而，应该注意，它们也是相互独立的并且还可自由进行组合。附图中描绘的过程并非是限制性的，而只是出于例证的目的。各个子步骤还可按不同于图示顺序的顺序执行并且还可不同于图示的顺序。

附图说明

从下面将不被理解是限制性的对示例性实施方式的描述和相关附图中得出另外的目的、特征、优点和可能的应用。

图1是避障支持***的第一示例性实施方式的示意性图示；

图2是支持的规避机动的示意性流程图；

图3a是交通态势的示意性图示；

图3b是避障轨迹被延伸的交通态势的示意性图示；

图4是避障轨迹延伸方法的示意性流程图；

图5是控制构思的示意性图示；

图6是图5中描绘的控制构思的第一部分的示意性图示；以及

图7是避障支持***的第二示例性实施方式的示意性图示。

具体实施方式

图1是在规避机动期间支持陆地车辆的驾驶员的陆地车辆的避障支持***的示意性图示。可以减小的速度或恒定的速度来执行规避机动。

在图1中描绘的示例性实施方式中，避障支持***10(ESA***；ESA＝紧急转向辅助)包括控制装置12、传感器和致动器。控制装置12还可被称为ESA控制装置12。

在图1中描绘的示例性实施方式中，ESA控制装置12具有用于接收传感器信号的至少一个连接器14a、14b、…14n和诸如(例如)CAN、LIN、Flexray等总线***的至少一个连接器16。另外，可设置用于输出控制信号、控制命令等(图1中未示出)的连接器。ESA控制装置12经由输入14a、14b、…、14n连接到例如至少一个相机18和/或至少一个雷达传感器20。来自速度传感器22和加速度传感器24的信号例如经由总线连接器16馈送到ESA控制装置12。加速度传感器24可检测车辆的横向加速度和/或纵向加速度和/或横摆角速度。

另外，控制装置12经由总线连接器16连接到电子-机械伺服转向机构(EPS控制装置；EPS＝电动转向)的控制装置26。EPS控制装置26至少连接到转向角传感器28和转向支持致动器30，转向角传感器28还检测驾驶员施加的转向盘扭矩。

此外，ESA控制装置12可直接或间接连接到车辆另外的传感器或致动器。间接连接是指如下连接：ESA控制装置12不直接从传感器接收信号或者不将它们输出到致动器，而是经由连接到传感器或致动器的控制装置，与传感器或致动器连接的控制装置能够处理相应的信号。例如，ESA控制装置12可间接访问导航***的GPS传感器的传感器信号。

描绘的ESA***10的传感器可以是其它驾驶员辅助***的部分或者可用于实现其它驾驶员辅助功能。例如，ESA控制装置12可使用来自自适应速度控制***(ACC***)、车道引导***、前方碰撞预警***(FCW***)或自动紧急制动***(AEB***)的相机18或雷达传感器20的传感器信号。ESA控制装置12可借助连接器14a、14b、…、14n和/或借助总线连接器16接收相应的传感器信号。

图2是用ESA控制装置12支持驾驶员的规避机动的示意性流程图。图2中示出的框的顺序可变。另外，可略去其中一些框。例如，特别地，在流程图中可更早或更迟地执行框56和62。更具体地，可只有每进行两次或三次相应循环才执行各个框。

框50代表起始状态。这是不必ESA控制装置12进行干预或者驾驶员进行规避的状态。在起始状态下，ESA控制装置12组合从至少一个相机18和/或至少一个雷达传感器20接收的传感器信号。ESA控制装置12用组合后的传感器信号生成环境模型。除了相机18和雷达传感器20的传感器信号之外，环境模型还可例如包含其它传感器的信息(诸如，速度传感器22输出的速度信息)。环境模型映射至少位于驾驶员自己的车辆前方的交通空间。例如，环境模型可例如包含驾驶员自己的车辆的位置、测量值、速度、加速度和移动方向，以及物体或障碍物(诸如，其它车辆)的位置、测量值、速度、加速度和移动方向。此外，环境模型可包含驾驶员自己的车辆前方的道路的路线。关于车辆环境传感器***检测到的物体/障碍物的信息可被作为相对值和/或作为绝对值被包含在环境模型中。

在框52中，ESA控制装置12判定是否存在碰撞危险。例如，当物体和驾驶员自己的车辆的速度和/或加速度保持相同时，如果与物体的距离小于最小距离和/或如果存在碰撞的威胁，则可满足这种状况。可例如基于文献WO2012/062451A1中描述的方法和标准进行关于碰撞危险的判定。文献WO2012/062451A1的公开特此以引用方式并入。如果不存在碰撞的危险，则进程返回到框50并且更新环境模型。如果存在碰撞的危险，则进程继续至框54。

在框54中，ESA控制装置12在考虑到从环境模型中得知的空间情形和当前交通态势的情况下，计算至少一个避障轨迹。在只具有两条行车车道的道路(诸如，乡间道路)的情况下，例如，ESA控制装置12通常只确定一个避障轨迹，因为只有在物体一侧才存在足够用于规避机动的空间(开放交通空间)。相比之下，在具有数条车道的道路的情况下，或者当有足够的开放交通空间(诸如，洲际公路)时，ESA控制装置12将确定至少一个“左”和至少一个“右”避障轨迹，使得车辆能执行向右或向左的规避机动。针对图3至图5详细说明避障轨迹的计算。

在框56中，可向驾驶员输出警报信号。例如，可输出声学、光学或触觉警报信号。另外，例如，通过启动车辆的危险警报***或方向指示器，针对其它交通参与方输出警报信号。更具体地，可向驾驶员指示规避机动的优选方向。

在框58中，ESA控制装置12识别驾驶员方执行规避机动的期望。例如，当驾驶员期望执行规避机动时，可通过ESA控制装置12解释转向角传感器28检测到的转向角的变化。为了识别驾驶员执行规避机动的期望，将转向角和/或转向角变化和/或转向盘扭矩与阈值进行比较。例如，这些阈值可取决于驾驶员自己的车辆的速度。另外，驾驶员可通过转向移动方向来确定他是否想要进行向左或向右的规避机动。因此，可在框58中选择所确定的两个避障轨迹中的一个。

在框60中，ESA控制装置12在执行规避机动的过程中支持驾驶员。这是例如通过施加适宜的叠加扭矩而实现的。为了确定将要施加的叠加扭矩，ESA控制装置12将环境模型中车辆的当前位置与避障轨迹所指定的目标位置进行比较。为了确定将要施加的叠加扭矩，可考虑来自环境模型的另外的参数(诸如，横向速度、横向加速度和/或转向角)。针对图5和图6详细说明驾驶员的支持。

为了补偿可能的偏差，ESA控制装置12可将控制信号经由EPS控制装置26输出到转向支持致动器30。转向支持致动器30接着生成与控制信号相应的力或扭矩。例如，转向支持致动器30可生成驾驶员察觉到好像在目标转向盘角度的方向上牵动转向盘的叠加扭矩。可选择转向支持致动器叠加的扭矩，使得扭矩能被驾驶员明确地察觉到，但可不太费力地被覆盖。如果驾驶员没有反向进行转向，也就是说，如果驾驶员没有施加任何反向扭矩，则驾驶员指定的实际转向盘角度接近目标转向盘角度。

在框62中，更新环境模型。框62的位置在流程图中可有所变化。例如，还可在框60之前或框62之后更新环境模型。

在框64中，ESA控制装置12识别到规避机动已结束并且继续框50中的过程。避障过程结束的条件可以是例如到达目标偏移、目标横向速度、目标横向加速度和/或目标位置。如果不满足规避机动结束的条件，则进程跳回框60。如果识别到规避机动已结束，则进程继续进行框50。

倘若由于干扰变化或其它影响(例如，如果驾驶员操纵通过ESA***10可用的转向支持)而导致车辆无法被引导到所确定的避障轨迹上，这可通过驾驶员自己的车辆的重心离开避障轨迹附近的公差带的事实来识别。另外，可例如针对驾驶员设置的横向速度、横向加速度和/或转向盘角度提供公差范围。一旦ESA控制装置12识别到离开了公差带或公差范围，就可针对当前交通态势计算新的避障轨迹。也就是说，可在框54中继续进程，可在框56中告知驾驶员已计算出新的避障轨迹。可根据车辆动力学指定避障轨迹的公差带的大小或横向速度、横向加速度和转向盘角度的公差范围。例如，可通过驾驶测试来确定车辆动力学和公差带的对应值以及公差范围的值。

如果在框58中没有检测到驾驶员方期望执行规避机动，或者如果进程中断—例如，因为在框54中不可计算有意义的避障轨迹—可触发自动紧急制动过程。

图3a和图3b是其中驾驶员自己的车辆EGO执行规避机动(例如，以低速驱车向前)以避免撞到物体OBS的交通态势的示意性图示。描绘了具有两条行车道的道路，驾驶员自己的车辆EGO和物体OBS位于右车道而由于规避机动使驾驶员自己的车辆变换到左车道。

如已经针对图2的框50和52说明的，ESA控制装置12生成环境模型并且基于环境模型判定是否有撞到物体OBS的威胁。

如图3a中描绘的坐标系所指示的，至少通过开始规避机动，可选择驾驶员自己的车辆EGO的重心作为环境模型坐标系的原点。在规避机动期间，静止坐标系可用于环境模型。例如，如果在框58中识别到驾驶员期望规避机动，则ESA控制装置12可将当前坐标系转换成静止坐标系。因此，当在规避机动之前驾驶员自己的车辆“静止”并且道路“移动”时，在规避机动期间，驾驶员自己的车辆在环境模型中“移动”并且道路的路线是静止的。

ESA控制装置12可用传感器信号确定交通车道标志106和/或交通车道界限的位置和路线。用这些确定的数据，ESA控制装置12可确定在行驶方向上位于车辆前方的道路的路线。特别地，基于雷达信号，ESA控制装置12可确定在行驶方向上位于驾驶员自己的车辆EGO前方的物体OBS的位置。除了物体OBS的位置之外，ESA控制装置12还可确定至少物体的宽度。基于相对于驾驶员自己的车辆EGO的环境模型中的物体OBS的位置的变化，ESA控制装置12可确定物体OBS的相对速度。通过将物体OBS的相对速度与速度传感器22检测到的驾驶员自己的车辆的速度相加，控制装置12可确定物体OBS的绝对速度。可按类似方式确定物体OBS的加速度和运动方向。

除了相机18、雷达传感器20和速度传感器22的传感器信号之外，环境模型和组合后的传感器信号还可包含来自车辆的其它传感器的数据。例如，组合后的传感器信号或环境模型还可包含关于横向或纵向加速度、横摆角速度或转向角的信息或数据。

在图3a中用实线画出预备避障轨迹102。在ESA控制装置12识别到驾驶员期望执行规避机动的时间点，预备避障轨迹102的起点A是驾驶员自己的车辆EGO的重心。如果在开始规避机动时环境模型坐标系转换成静止坐标系，则在开始规避机动时驾驶员自己的车辆EGO的重心位于环境模型坐标系的原点。因此，对于起点A，坐标x₀和y₀均具有值0。

可基于以下假设来确定预备避障轨迹102的终点B的坐标x_e：如果运动的速度、加速度和方向保持恒定，则应该不迟于在行驶完与预期碰撞点的距离之后结束规避机动(也就是说，驾驶员自己的车辆EGO的横向偏移)。因此，可基于与物体OBS的预期碰撞点来确定坐标x_e。例如，ESA控制装置12可基于驾驶员自己的车辆EGO和物体OBS的运动的当前速度、加速度和/或方向来确定预期碰撞点。

在图3a中示出的示例性实施方式中，可通过环境找到预备避障轨迹102的终点B的坐标y_max。例如，可确定坐标y_max，使得驾驶员自己的车辆EGO的重心在规避机动结束时大致位于左车道的中心，也就是说，位于避障轨迹的终点B。另选地，可基于驾驶员自己的车辆的车辆重心与物体OBS的距离来选择坐标y_max。

在允许该情形的限度内，驾驶员自己的车辆EGO还可进行向右的规避机动，可在以上说明的假设下确定“右”避障轨迹的对应的起点和终点坐标。如果ESA控制装置12检测到向着物体的右边或左边的开放交通空间，则可只计算“右”和/或“左”避障轨迹。例如，ESA控制装置12可仅确定环境模型的右或左避障轨迹具有相称车道。

可使用多项式确定点A和B之间的预备避障轨迹102的路线。例如，预备避障轨迹的路线可对应于三次至八次多项式。以下，将针对其路线对应于五次多项式的示例性实施方式来说明预备避障轨迹的计算。以下等式(1)描述了此多项式。

(1)y＝f(x)＝a₅x⁵+a₄x⁴+a₃x³+a₂x²+a₁x+a₀

多项式的各个y值对应于车辆的横向偏移。可基于以下的边界条件(2)-(7)并且通过设置等式***并且进行求解来确定多项式的系数a₅-a₀。

(2)f(x₀)＝y₀

由于在开始规避机动时车辆的位置对应于环境模型中的驾驶员自己的车辆的当前位置，因此参数x₀和y₀的值是已知的。如果驾驶员自己的车辆的重心位于原点，则参数x₀和y₀的值均是零。

(3)f′(x₀)＝m₀₁

(4)f″(x₀)＝m₀₂

遵循起点A(即，坐标x₀)的x方向上的路线的多项式f(x)的一阶导数f'(x)和二阶导数f”(x)对应于参数m₀₁和m₀₂。可用环境模型确定参数m₀₁和m₀₂的值。例如，ESA控制装置12可基于环境模型中的交通车道界限106和/或柱式轮廓标的相对位置，检测环境模型中的驾驶员自身车辆的位置变化。然而，还可从加速度传感器24的传感器信号确定参数m₀₁和m₀₂的值。在直线距离上，参数m₀₁和m₀₂通常具有值0。

(5)f(x_e)＝y_max

(6)f′(x_e)＝m_e1

(7)f″(x_e)＝m_e2

参数y_max对应于终点B中的预期或所需的偏移。参数m₀₁和m₀₂对应于终点B中的轨迹的一阶导数和二阶导数。如以上已经说明的，可选择参数y_max的值，使得驾驶员自己的车辆EGO的重心在规避机动结束时大致位于左交通车道的中间。类似于对应于初始值的参数m₀₁和m₀₂，参数m_e1和m_e2可根据环境模型中的道路路线确定。对于直线距离，参数m_e1和m_e2通常具有值0。

可限定参数m₀₁、m₀₂、m_e1和m_e2的可靠值范围。如果为参数m₀₁、m₀₂、m_e1和m_e2确定的值之一位于可允许值范围之外，则可中断该方法。例如，如果驾驶员自己的车辆前方的道路路线带有非常显著的弯曲，则会是这种情况。如果中止计算避障轨迹，则可警告驾驶员马上发生碰撞和规避机动没有正得到支持的事实。另外，可触发自动紧急制动。

用预备避障轨迹102的起点的已知值和终点的预期值，可用多项式f(x)、遵循路线的一阶导数f'(x)和遵循路线的二阶导数f”(x)来建立具有六个等式的等式***，以计算多项式的未知系数a₅-a₀。

还可用三次多项式至八次多项式来确定避障轨迹的路线。其路线至少对应于四次多项式的避障轨迹在正常驾驶和规避机动之间的过渡处(即，在避障轨迹的起点和终点)二次连续可微。尽管路线对应于sigmoid函数的本领域中已知的避障轨迹多次连续可微，在正常驾驶和规避机动之间的过渡中出现不连续。由于sigmoid函数，导致对车辆的横向速度和/或横向加速度的控制有负面影响的轨迹的路线中出现跳变。

为了确定三次至八次多项式的系数，可创建以下的等式***：将建立的等式的数量一般是从将要计算的系数的数量得出的。下表示出在环境模型中已知的其参数/边界条件可用于求解相应等式***的示例。为了计算偶次多项式(也就是说，四次、六次或八次多项式)，可另外使用等式(8)中假定的边界条件。

(8)f(x_e/2)＝y₀+y_max/2

等式(8)是基于以下假设：在x方向上行驶了路线的一半(即，行驶到避障轨迹的中间)时，应该也行驶了y方向上的路线的一半。

为了优化预备避障轨迹102，预备避障轨迹102可被延伸。这在图3b和图4中示出。为了延伸预备避障轨迹102，终点B递增地向右移动，直到到达终点C。由于预备避障轨迹102延伸，导致它变得“更平”，也就是说，其曲率减小。这导致由轨迹的路线造成作用于车辆的较低的横向速度和/或横向加速度。端点C的位置在延伸过程开始时是未知的并且可基于交点D来确定的。延伸的避障轨迹也可被称为最优避障轨迹104。选择点D，使得驾驶员自己的车辆EGO可行驶绕过物体OBS，不发生碰撞。也就是说，驾驶员自己的车辆EGO在预期碰撞点与物体OBS的横向距离最小。可根据物体OBS的相对边缘、安全距离和驾驶员自己的车辆EGO的宽度的一半确定交点D。物体OBS的相关边缘可以是物体OBS最接近避障轨迹的边缘。在图3b中示出的示例中，这是物体OBS的左后边缘110。如果驾驶员自己的车辆EGO要驾驶绕过右边的物体OBS，则将选择物体OBS的右后边缘112作为物体OBS的相关边缘。

在图3a中示出的示例性实施方式中，已经基于物体OBS的后边缘来确定参数x_e(即，预备避障轨迹102的终点B的x坐标)。因此，也可使用参数x_e作为交点D的x坐标。例如，可使用以下步骤确定交点D的y坐标(即，值y_e)。

图4是重复延伸避障轨迹的流程图的示意性图示。例如，可由ESA控制装置12执行这种方法。为了重复延伸预备避障轨迹102，参数x_e的值可递增地增加值Δx，直到找到最优避障轨迹。这在图3b中用Δx指定的线段来指示。

在框150中计算值x_i。通过将预备避障轨迹102的终点的x坐标x_e和增量Δx相加来得到值x_i。将增量Δx与增量i相乘，在框152中，增量i分别增加“1”。每当经过循环时，值x_i因此增加增量Δx。

在框154中，求解等式***，得到新值x_i，以得到多项式f_i(x)的对应系数。参数y_max、m_e1和m_e2的值均可适于坐标x_i的水平处的车辆的环境。

在框156中，将值x_e***新计算出的多项式f_i(x)中，以得到对于交点D的值y_e。因为每次经过循环时由于延伸而导致避障轨迹变得“更平”，所以每当在物体OBS的边缘110的方向上经过循环时，交点D移位。

在框158中，将新计算出的值y_e与距离阈值y_min进行比较。可定义距离阈值y_min，使得驾驶员自己的车辆EGO可安全地绕过物体OBS。例如，可通过将物体的左后边缘110的y坐标、安全距离和驾驶员自己的车辆的一半宽度相加来确定距离阈值y_min。另外，安全距离可取决于驾驶员自己的车辆EGO和/或物体OBS的速度。此外，可例如基于图3b中用虚线示出的交通车道标志106的y坐标在x_e的水平处计算或确定距离阈值y_min。

如果针对值x_e计算出的值y_e大于距离阈值y_min，则驾驶员自己的车辆EGO可安全绕过物体OBS。该方法跳至框150并且针对增加了增量Δx的值x_i执行该方法。如果参数y_e小于或等于距离阈值y_min，则中止延伸过程并且采用前一循环中计算出的值x_i-1作为x_opt的值，也就是说，最优避障轨迹的终点的x坐标。

可基于确定的避障轨迹，为沿着规避机动的各点计算车辆重心的预期的横向偏移。可在规避机动期间使用计算出的车辆重心的横向偏移，以支持驾驶员的转向移动。可基于遵循针对沿着避障轨迹的各点的路线的避障轨迹的一阶导数和二阶导数，计算相应的预期横向速度和预期横向加速度。还可使用这些值在规避机动期间支持驾驶员。

例如，ESA控制装置12的控制器可使用预期横向偏移、预期横向速度和/或预期横向加速度作为目标值。可从环境模型确定实际横向偏移。例如，可基于相对于环境模型中包含的驾驶员自己的车辆的交通车道界限或交通车道标志106，确定实际横向偏移。此外，也可基于环境模型中的物体的相对位置，确定实际偏移。可从环境模型中的驾驶员自己的车辆的位置的变化确定实际横向速度和实际横向加速度。

图5是转向支持的控制构思的示意性图示。图5中示出的控制构思包括两个部分。在第一部分中，确定目标转向盘角度δ_target。目标转向盘角度δ_target将驾驶员自己的车辆引导到驾驶员通过转向移动而选择的所确定的避障轨迹上。在第二部分中，为转向支持致动器30将要叠加的扭矩M_target确定目标值。通过机电伺服转向中叠加扭矩M_target，在第一部分中确保驾驶员指定的实际转向盘角度δ_actual接近目标转向盘角度δ_target。选择扭矩M_target和/或转向盘角度变化，使得驾驶员可通过叠加扭矩M_target进行转向并且改变设定的转向盘角度。

在图5中示出的示例性实施方式中，使用目标横向偏移y_target和/或目标横向加速度a_y,target作为第一部分的输入值。可用计算出的避障轨迹来确定输入值y_target和a_y,target的值。另外，在第一部分中使用当前横向偏移y_actual。可从环境模型确定或者直接地基于至少一个相机18的传感器信号来确定驾驶员自己的车辆的当前横向偏移y_actual。此外，在第一部分中可使用实际转向盘角度δ_actual、实际车辆速度v_actual、车辆的实际侧滑角β_actual、实际横摆角速度和当前摩擦值μ₀。可用转向角传感器28、加速度传感器24和速度传感器22来确定实际转向盘角度δ_actual和实际车辆速v_actual。实际侧滑角β_actual可大致通过观察者结构来确定或者被设置成0。可例如在图2中描绘的框52和58之间，也就是说，在框52中识别到碰撞危险之后识别到驾驶员期望执行规避机动之前，确定摩擦值μ₀。还可在开始规避机动时，例如，在规避机动的第一部分期间，确定摩擦值μ₀。倘若不可以确定摩擦值μ₀，可使用之前确定或设置的摩擦值μ₀。此外，还可以不馈入(即，使用)摩擦值μ₀。

第一部分可包括预控制器、第一控制器A和第二控制器B。图6是第一部分的示意性图示。第一部分的设计是基于车辆的前轮上的横向力可受转向角δ影响的假设。例如，假设前轮上的横向力F_v取决于前轮上的滑移角α_v和前轮的轮胎和行驶表面的摩擦值配对(轮胎特性)。从单车道模型的假设和背景开始，假设前轮上的滑移角α_v取决于侧滑角β、横摆角速度和车速v，也可以通过轮转向角度δ_r改变前轮上的滑移角α_v。预控制器、第一控制器A和第二控制器B被设计成使得它们输出作为致动变量的在前轮上设置的力F_v的一部分。

为了进行快速控制，可设置预控制。可使用目标横向加速度a_y,target作为用于预控制的输入变量。预控制的致动变量F_v,St可被视为为了设置所需的目标横向加速度a_y,target所需的力的一部分。可从已知的车辆质量和后轮上的横向力(针对后轮能根据轮胎特性计算)，确定前轮上要借助转向角设置的力F_v,St。通过等式(9)，这是明确的。

$\left(9\right)---F_{v,St}=\frac{{\mathrm{ma}}_{y,t\arg et}-f_h\left({\tan }^{-1}\right(\frac{l_h{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{actual}-v_{actual}\sin \left({\mathrm{\β}}_{actual}\right)}{v_{actual}\cos \left({\mathrm{\β}}_{actual}\right)}\left)\right)}{\cos \left({\mathrm{\δ}}_r\right)}$

项f_h描述了后轮的轮胎和行驶表面(轮胎特性)的摩擦值配对。可通过至少两个遍历逼近后轮和前轮的轮胎特性。为了求解等式(9)，另外需要轮转向角度δ_r、车速v、侧滑角度β和横摆角速率因此，馈入轮转向角度δ_r、车速v、侧滑角度β和横摆角速率的实际值。由于使用这些实际值进行预先控制，导致没有单纯的控制结构。确切地讲，由于轮转向角度δ_r、车速v、侧滑角度β和横摆角速率的考虑，导致预控制是非线性的。预控制基于描述动态车辆行为的反相单车道模型。

第一控制器A可以是PD控制器。另外，第一控制器A可被实施为自适应性PD控制器。自适应性PD控制器A的控制参数可被存储在图中。可从图中读出取决于实际车速v_actual和/或摩擦值μ₀的控制参数。由于实际车速v_actual和摩擦值μ₀可变化，因此针对不同规避机动能读出不同控制参数甚至在一次规避机动期间能读出不同控制参数。自适应第一PD控制器A因此是非线性的。可使用实际横向偏移y_actual与目标横向偏移y_target的偏差e_y作为第一控制器A的输入变量。第一控制器A的致动变量F_v,R,A可以是补偿与目标横向偏移的偏差的前轮上所需力的一部分。

第二控制器B可以是PD控制器。第二控制器B可以是出于补偿过度转向或转向不足车辆行为的目的而提供的。如果识别到过度转向或转向不足车辆行为，则第二控制器B的致动变量F_v,R,A可具有目标转向盘角度δ_target减小或者(如有必要)设置反向转向角δ_target的效果。第二PD控制器B可以是可选的。例如，可使用实际横摆角速度与目标横摆角速度的偏差e_ψ作为第二控制器B的输入变量。

目标横向加速度a_y,target被作为输入变量馈送到预控制，从而使预控制能够快速输出与目标横向加速度a_y,target对应的致动值。由于横向偏移的偏差e_y被作为输入变量馈送到第一控制器A，因此第一控制器可补偿预控制的不精确。例如，如果预控制沿着避障轨迹精确地引导驾驶员自己的车辆EGO的重心，则几乎可忽视第一控制器A的致动值。第一控制器A因此增加控制准确性。特别是，如果车辆过度转向或转向不足，则第二控制器B可干预，例如，而当车辆行为稳定时，第二控制器B的致动值可几乎被忽视。

第一控制器A和第二控制器B输出的致动值F_v,St、F_v,R,A和F_v,R,B可均被加权。这些部分的加权可取决于车辆的动态驾驶状态。例如，如果检测到车辆强烈的过度转向或转向不足，则第二控制器B的权重可增加。在图6中描绘的示例性实施方式中，将被加权的致动值F_v,St、F_v,R,A和F_v,R,B相加。相加的加权的致动值F_v,St、F_v,R,A和F_v,R,B生成前轮上将要设置的力的目标值F_v,target。如已经说明的，假设前轮上的横向力取决于滑移角α_v，可以通过轮转向角度δ_r改变前轮上的滑移角α_v。在等式(10)中示出这个假设。

$\left(10\right)---{\mathrm{\α}}_v={\mathrm{\δ}}_r-{\tan }^{-1}\left(\frac{l_v\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}+v\sin \left(\mathrm{\β}\right)}{v\cos \left(\mathrm{\β}\right)}\right)$

基于等式(10)和从前轮的轮胎特性f_v中得知的前轮上的横向力和滑移角α_v之间的关系，等式(10)可被转换成等式(11)。

$\left(11\right)---{\mathrm{\δ}}_{r,t\arg et}=f_v^{-1}\left(F_{v,t\arg et}\right)+{\tan }^{-1}\left(\frac{l_v{\stackrel{\·}{\mathrm{\Ψ}}}_{actual}+v_{actual}\sin \left({\mathrm{\β}}_{actual}\right)}{v_{actual}\cos \left({\mathrm{\β}}_{actual}\right)}\right)$

根据等式(11)中描述的关系，在图6中示出的控制器中，针对前轮的轮胎和行驶表面的摩擦值配对，根据轮胎特性f_v考虑确定的目标值F_v,target。另外，添加滑移角α的项。目标轮转向角度δ_r,target可与转向比率i_s相乘，以得到目标转向盘角度δ_target。通过使用轮胎特性和/或部分反相的轮胎特性，可防止控制的第一部分使转向收紧不必要地困难并且使车辆转向过于不足。

通过控制器的第一部分确定的目标转向盘角度δ_target被馈送到第二部分。另外，当前实际转向盘角度δ_actual和/或实际转向盘角度随时间的变化(即，实际转向盘角速度)可被馈送到控制器的第二部分。可基于转向角传感器28的传感器信号或传感器信号的变化来确定实际转向盘角度δ_actual和实际转向盘角速度的当前值。

图5中描绘的控制构思的第二部分可包括级联控制器。第三控制器C可被设置为级联控制器的第一控制器。第三控制器C可以是PI控制器。第三控制器C的输入变量可以是目标转向盘角度δ_target与实际转向盘角度δ_actual的偏差e_δ。

第四控制器D可被设置为级联控制器的第二控制器。第四控制器D可以是P控制器。第四控制器D的输入变量可以是实际转向盘角速度与目标转向盘角速度的偏差第四控制器D的致动变量可以是目标扭矩M_target。

为了在各个情形下为驾驶员提供最优转向角，可设置专用转向支持致动器30。转向支持致动器30可将对应于扭矩M_target的扭矩叠加在驾驶员施加的转向角/转向扭矩上。驾驶员能将这察觉为在目标转向盘角度δ_target的方向上牵动转向盘。通过返回实际转向盘角度δ_actual，转向支持支持致动器30可施加叠加的扭矩，直到驾驶员设置了目标转向角δ_target或不再反向转向。在通过机电伺服转向增强扭矩之前和/或之后，可出现扭矩的叠加。由例如EPS控制装置26中的计算机进行叠加。因此，通过触觉信号将驾驶员导向最优避障轨迹。叠加的扭矩和叠加的扭矩变化被确定尺寸，使得它们可在任何时间被驾驶员过度转向。

还可基于其它标准计算用于沿着避障轨迹引导车辆的目标值。例如，可基于驾驶员自己的车辆EGO的纵向速度v和避障轨迹的曲率k，用以下等式(12)计算横向加速度a_y。进而可从遵循路线的避障轨迹的一阶导数和二阶导数使用等式(13)计算曲率k。

(12)a_y＝v²k

(13)k＝f″(x)/(1+f′(x)²)^3/2

可基于遵循路线的避障轨迹的一阶导数使用等式(14)计算路线角度λ。可通过根据时间的导数(等式(15))从路线角度λ计算路线速度从而可以使用计算出的路线速度作为目标横摆角速度。

(14)λ＝tan^-1(f′(x))

$\left(15\right)---\stackrel{\·}{\mathrm{\λ}}=d\mathrm{\λ}/dt=d\mathrm{\λ}/dx*dx/dt={\left({\tan }^{-1}\right(f^{\′}\left(x\right)\left)\right)}^{\′},*v*cos\left({\tan }^{-1}\right(f^{\′}\left(x\right)\left)\right)$

图7是ESA***200的替代实现方式的示意性图示。ESA***10和ESA***200之间的差异在于，没有设置单独的ESA控制装置12。相反，ESA控制装置12的功能被分派给一个或更多个控制装置。例如，对应功能可被分派给ACC控制装置(ACC：自适应巡航控制)、FCW控制装置(FCW：前方碰撞预警)或AEB控制装置(AEB：自动紧急制动)。出于图7中的示例的缘故，示出与至少一个相机204和/或至少一个雷达传感器206连接的AEB控制装置202。AEB控制装置202还连接到EPS控制装置208，EPS控制装置208进而连接到转向角传感器210和转向支持致动器212。AEB控制装置202经由总线连接到至少一个速度传感器214和加速度传感器216。此外，AEB控制装置202连接到制动控制装置220。制动控制装置220连接到轮制动器222。

在图7中示出的示例性实施方式中，AEB控制装置202生成环境模型。另外，AEB控制装置202可检测碰撞危险，计算避障轨迹并且输出警报信号。计算出的避障轨迹的参数可接着输出到EPS控制装置208。

EPS控制装置208可识别到驾驶员期望执行规避机动并且基于接收到的避障轨迹的参数来支持规避机动。EPS控制装置的剩余功能可根据相应的实现被分配给AEB控制装置202和EPS控制装置208。

AEB控制装置202生成的环境模型还可被用于其它驾驶员辅助功能且供这些功能使用。例如，自适应速度控制***、自动紧急制动功能和紧急转向支持可使用共同的环境模型。AEB控制装置202可判定在各个交通态势中是紧急规避机动还是紧急制动更安全。如果AEB控制装置202判定可执行紧急规避机动，则AEB控制装置202向EPS控制装置208输出合适的控制命令。如果经证实由于交通态势导致避障是不可行的，则AEB控制装置202向制动控制装置220输出合适的控制命令。

上述的控制装置、***和方法的变形形式只是旨在传达对控制装置、***和方法的结构、功能和特性的更好理解；例如，它们并没有将公开限于示例性实施方式。附图部分是示意性的，放大了一些基本特征和效果以致使功能、动作原理、技术设计和特征更清楚。附图中或文本中公开的每种功能、每种原理、每种技术设计和每个特征可与所有权利要求、文本中和其它附图中的每个特征、包含在本公开中或者紧跟本公开之后的其它功能、原理、技术设计和特征自由地组合，使得所有可预料的组合可有助于用于在执行规避机动时支持驾驶员的所描述的控制装置、***和方法。也包括文本中，也就是说，描述的每个部分中、权利要求书中的个体说明全部之间的组合还有文本中、权利要求书中和附图中的不同变形形式之间的组合。

没有权利要求限制公开或将所有的指示特征相互组合的可能性。所有公开的特征在这里明确地单独地且与所有其它特征相结合地进行公开。

Claims (13)

1.一种陆地车辆的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成基于所述控制装置(12、202)计算出的避障轨迹控制所述陆地车辆的至少一个致动器(30、202)以在规避机动期间支持所述陆地车辆的驾驶员，所述控制装置(12、202)也被设置成

-接收至少一个传感器(18、20、22、24、204、206、214、216)的传感器信号；

-根据接收到的所述传感器信号生成环境模型；

-确定相对于生成的所述环境模型中的驾驶员自己的车辆(EGO)的当前位置的、物体(OBS)的位置；

-计算预备避障轨迹(102)，其中，

-所述环境模型中的所述驾驶员自己的车辆(EGO)的当前位置构成所述预备避障轨迹(102)的起点(A)，

-基于确定的所述物体(OBS)的位置，确定所述预备避障轨迹(102)的预备终点(B)，并且其中，

-使用至少所述起点(A)的坐标和所述预备终点(B)的坐标来确定所述预备避障轨迹(102)的参数。

2.根据权利要求1所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)也被设置成通过改变所述预备终点(B)的坐标来延伸所述预备避障轨迹(102)，以确定优化避障轨迹(104)。

3.根据权利要求2所述的控制装置(12、202)，其中，所述预备避障轨迹(102)的延伸包括以下步骤：

-将所述预备终点(B)的x坐标(x_e)移位；

-确定至少一个延伸的避障轨迹；

-确定延伸的所述避障轨迹是否保持与所述物体(OBS)的安全距离(y_min)；

-如果针对延伸的所述避障轨迹保持了安全距离(y_min)，则通过针对延伸的所述避障轨迹重复执行所述步骤来继续进行延伸；

-如果没有保持安全距离(y_min)，则中止所述预备避障轨迹(102)的延伸，在这种情况下，选择保持与所述物体(OBS)的安全距离(y_min)的最后延伸的所述避障轨迹作为所述优化避障轨迹(104)。

4.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成将所述预备终点(B)布置成靠近所述物体(OBS)。

5.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成基于向着开放交通空间限定所述物体(OBS)的界限的边缘(110、112)的x坐标来确定所述预备终点(B)的x坐标(x_e)。

6.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成基于所述环境模型中包含的所述物体(OBS)的区域中的道路路线来确定所述预备终点(B)的y坐标(y_max)。

7.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述避障轨迹的路线对应于五次或六次多项式。

8.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成使用遵循所述路线的多项式的导数来确定所述预备避障轨迹的参数。

9.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成使用所述环境模型和/或所述传感器信号来确定所述预备避障轨迹的参数。

10.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成从所述避障轨迹确定用于控制所述至少一个致动器(30、212)的目标值。

11.根据之前权利要求中任一项所述的控制装置(12、202)，其中，所述控制装置(12、202)被设置成如果横向偏移、横向速度、横向加速度和/或转向盘角度的实际值落入公差范围之外，则计算新的避障轨迹。

12.一种陆地车辆的转向支持***(10、200)，该转向支持***包括：

-根据权利要求1至11中的任一项所述的控制装置(12、202)；

-至少一个相机(18、204)和/或至少一个雷达传感器(20、206)；

-转向支持致动器(30、212)；

所述控制装置(12、202)被设置成

-基于从所述至少一个相机(18、204)和/或从所述至少一个雷达传感器(20、206)接收的传感器信号，生成环境模型；

-控制所述控制装置(12、202)计算的所述至少一个转向支持致动器(30、212)，以在规避机动期间支持所述陆地车辆的驾驶员。

13.一种计算避障轨迹用于陆地车辆的转向支持功能的方法，该方法包括：

-接收至少一个传感器的传感器信号；

-根据接收到的所述传感器信号生成环境模型；

-确定相对于生成的所述环境模型中的驾驶员自己的车辆(EGO)的当前位置的、物体(OBS)的位置；

-计算预备避障轨迹，其中，

-所述环境模型中的所述驾驶员自己的车辆的当前位置构成所述预备避障轨迹的起点；

-根据确定的所述物体的位置，确定所述预备避障轨迹的预备终点，

-使用至少所述起点的坐标和所述预备终点的坐标来确定所述预备避障轨迹的参数。