CN107757620A - 用于运行自动化机动车的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行自动化的机动车(1)的方法，具有以下步骤：‑求出用于所述机动车(1)的额定轨迹；‑检测所述机动车(1)的周围环境数据；‑基于检测出的所述周围环境数据求出所述额定轨迹的允差范围(10)；和‑在所述额定轨迹的所述允差范围(10)内这样引导所述机动车(1)，使得与所述机动车(1)沿着所述额定轨迹限定地被精确引导相比，所述机动车(1)的以尽可能小的加速度变化和/或以能量优化的驱动进行的引导限定地被给予更高的优先级。本发明还涉及一种用于运行自动化的机动车(1)的设备和一种计算机程序产品。

Description

用于运行自动化机动车的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行自动化机动车的方法。本发明还涉及一种用于运行自动化机动车的设备。
背景技术
当今，在高自动化驾驶的情况下，为了定位车辆而由轨迹规划装置来规定轨迹。在此，目标基本遵从：车辆应尽可能精确地跟随轨迹。同时，行驶表现应尽可能是舒适的，这可能导致车辆与规定的轨迹有偏差。当今，驾驶舒适性首先被定义为车辆的突然运动最小，这能够看作是车辆加速度的最小变化。
在高度自动化驾驶情况下还已知一些功能，这些功能应使车辆的促动器(马达、离合器、制动器等)在能量方面有效率的工作点中运行，尤其以便使CO2的排放最小。如果使促动器在能量方面优化的工作点中运行，那么由此导致车辆速度作为自由度。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于运行自动化机动车的改进方法。
根据第一方面，借助用于运行自动化机动车的方法来解决该任务，所述方法具有以下步骤：
-求出用于机动车的额定轨迹；
-检测机动车的周围环境数据；
-基于检测出的周围环境数据求出所述额定轨迹的允差范围；和
-在所述额定轨迹的允差范围内这样引导所述机动车，使得与机动车沿着额定轨迹限定地精确的引导相比，所述机动车以尽可能小的加速度变化和/或以能量优化的驱动所进行的引导限定地被给予更高的优先级。
以该方式，如果车辆位于额定轨迹的限定的允差范围内，那么或者舒适性方面和/或涉及机动车的能量优化的运行方面与机动车沿着额定轨迹的引导相比能够有利地被限定地给予优先级。以该方式能够在机动车自动化运行时实现附加的有利方面。
根据第二方面，借助用于运行自动化机动车的设备来解决该任务，所述设备具有：
-第一调节装置，借助该调节装置能限定地沿着额定轨迹引导机动车；和
-第二调节装置，该调节装置与所述第一调节装置在功能上连接，其中
-相对于机动车沿着额定轨迹的引导，借助所述第二调节装置根据检测出的周围环境数据能执行机动车的限定地能量优化的运行和/或机动车以最小的加速度变化进行的运行。
根据第三方面，提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于在其在带有电子调节装置的设备上运行或存储在计算机可读的数据载体上时执行本发明方法的程序代码。
在说明书中给出本方法的有利扩展构型。
本方法的一个有利扩展构型设置，机动车的有优先级的运行借助改变参数由调节装置来执行。以该方式提供了用于实现有优先级的机动车运行的、要简单地执行的可能性。
本方法的另一有利扩展构型设置，机动车的有优先级的运行借助限制机动车的促动器的梯度(Gradiente)来执行。以该方式提供了用于执行机动车的有优先级的运行的一种替代可能性。
本方法的另一有利扩展构型设置，能量优化的运行也能够用在机动车的手动运行中。以该方式，所提出的方法也能够有利地用于手动控制的机动车。
本方法的另一有利扩展构型设置，机动车沿着额定轨迹的限定的引导借助第一调节装置来执行，并且机动车的限定地有优先级的运行借助第二调节装置来执行。以该方式能够将调节任务有利地分配到两个单独的调节装置上。
本方法的另一有利扩展构型设置，两个调节装置的运行借助抗饱和措施(anti-wind-up)来控制。以该方式有利地实现，两个调节装置尽可能不相互抵触地工作。由此能够有利地实现，所述两个调节装置中的一个不丧失其工作点。
本方法的另一有利扩展构型设置，所述第一调节装置和所述第二调节装置构造为多参数调节器或模糊调节器。借助所述调节装置能够在所述两个不同的调节目标之间有利地实现流畅的过渡。
本方法的另一有利扩展构型设置，借助所述方法执行机动车的纵向引导。从而，针对本方法能够有利地使用用于纵向动态的本身已知的机动车辅助***，例如ACC辅助***、堵塞辅助***、堵塞领航***、高速公路领航***等。
在下面借助其他特征和优点根据多个附图详细描述本发明。附图主要被考虑用于阐述对于本发明重要的原理，而不一定是尺寸比例真实地被实施。
公开的方法特征类似地由相应的公开的设备特征得到，并且反之亦然。这尤其意味着，涉及方法的特征、技术优点和实施以类似的方式由设备的相应实施、特征和优点得到，并且反之亦然。
附图说明
在附图中示出：
图1本发明方法的作用方式的原理图；
图2在本发明方法期间机动车的速度变化过程的图示；
图3本发明设备的实施方式的原理方框图；和
图4本发明方法的实施方式的示意流程。
具体实施方式
在下面，术语“自动化机动车”在意义上与部分自动化机动车、自主机动车和部分自主机动车同义地来使用。
在不强制必需车辆的精确定位的一些情况中，所提出的方法检测并且利用周围环境数据或者周围环境信息(例如借助超声波、雷达、激光雷达、摄像机等检测出的数据)和导航数据，以便允许能容忍的与行驶任务的偏差。这些允差尤其能够被用在自动化行驶运行中并且附加地可选地也被用在手动行驶运行中。
如果对应的行驶情况要求机动车的精确定位或者说必须精确地遵从驾驶员愿望(例如精确地并线到交通空位中)，那么根据情况来减小这些允许的允差或将其设置为零。
车辆的精确定位例如仅在周围环境中的物体要求精确地限定的行驶表现时是必需的。然而如果与周围环境中的物体的间距足够大或未识别到其它交通参与者，那么机动车的精确定位不是强制必要的。在该情况下，如果偏差处于无碰撞的空间内，那么允许与车辆额定位置有偏差。
在该情况下，与机动车的精确定位相比例如能够更大程度考虑舒适性准则。这可能导致所规划的位置有小偏差，由此，对于两种情况因此得到不同的调节目标。
图1示出用于阐述本发明方法的情景，其中，附图自然地仅能够表明这种情况的瞬间抓拍。在在前行驶的第二车辆2和后面跟随的第三车辆3之间能看到第一车辆1。车辆2，1和3沿通过箭头表明的行驶方向行驶在右半个路面的相同车道中。第一车辆1构造为自动化车辆，其行驶运动至少沿行驶方向来调节(“纵向调节”)。为此目的，对于第一车辆1的位置调节借助轨迹调节器(未示出)计算出额定轨迹，第一车辆1沿着该额定轨迹在额定位置11上被引导。
第一车辆1在无碰撞的区域或走廊20中运动，该走廊标记了这样一个区域，第一车辆1能够在该区域中运动并且在该区域中与车辆2,3碰撞的危险最小。原则上，无碰撞区域20因此是一个规定的区域，在该区域内由于交通安全性必须构造用于第一车辆1的额定轨迹。在传统上，无碰撞区域20由所谓的行驶任务(“Guidance Assistance”引导辅助区域)来求出并且被传输给轨迹规划装置。
所提出的方法基于周围环境数据和导航数据来计算出一个围绕额定轨迹的额定位置11的允差范围或者说允差带10，在该允差范围或允差带内第一车辆1允许与额定速度或额定位置11有偏差。该允差范围10必须处于无碰撞区域20内。如果没有物体处于周围环境传感装置的检测范围内，那么允差范围10的边界与道路交通规则的限制(例如速度限制、最小间距等)和驾驶员认为可信并且舒服的感觉有关。
在允差范围10内设置，尽可能地跟随额定轨迹。在此设置，相对于轨迹跟踪调节，舒适性准则(例如冲击最小)和/或能量效率准则(例如燃料消耗最小)限定地被给予较高优先级。
这例如通过参数组的切换和/或促动器(尤其机动车的内燃发动机和制动装置)的梯度限制来实现。如果更重视舒适性，那么可能短时地发生相对于规划好的额定轨迹的上偏差或下偏差。如果这些偏差处于允差范围10内，那么它们是允许的。
如果第一车辆1接近允差范围10的边界或者驶越所述边界，那么第一车辆1超出能容忍的位置偏差。在离开允差范围10后，第一车辆1的定位与所述的两个优先方面相比被限定地给予较高的优先级。在此，第一车辆1的横向引导能够有利地通过驾驶员来控制。
在该情况下，调节目标是尽可能精确的轨迹跟随调节，这意味着，第一车辆1的定位与优先方面相比被限定地给予较大程度的权重。该调节目标例如能够通过切换轨迹跟随调节器或下级调节器的参数设定以及通过额定参量或调整参量的其它梯度限制来实现。
如果在用于轨迹规划装置的解决方案空间中由第一机动车1的周围传感装置识别到物体，那么无碰撞区域20变得较小或较短。与此相应地，允差范围10也变得较小。此外，在该情况下也存在这样一种可能性，即在允差范围10内给予舒适性方面和/或能量效率方面优先级，尽管第一车辆1的定位在这里更重要。然而在此，对于舒适性和/或对于能量效率的“活动空间”由于较小的允差范围10而变得较小。
如果具体的行驶情况要求第一车辆1的精确定位，例如当要高精度地并入到空位中(例如在高速公路出口上)时，那么必须将允差范围10设置得非常小或者设置为零。在该情况下，为了调节第一车辆1不考虑舒适性和/或能量效率准则，而转换为第一车辆1在额定轨迹的额定位置11上的尽可能精确的位置调节。
因此，图1示例性地示出，如何能够借助间距调节测速器在ACC跟随行驶(英语：adaptive cruise control)中实现允差范围10。如果第一车辆1相对于前面的第二车辆2或相对于后面的第三车辆3的间距足够大，那么第一车辆1位于允差范围10内，这样，能够在遵守舒适性准则和/或涉及能量效率的准则情况下跟随额定轨迹。然而如果这导致这样一种情况，在该情况中第一车辆1离开允差范围10，那么第一车辆1在额定位置11上的定位限定地被给予优先级。行驶任务的转换可能导致舒适性的丧失和/或涉及能量效率的丧失(例如提高的燃料消耗)，然而其中，能够有利地阻止第一车辆1与其它车辆2,3碰撞。
为了避免在两个调节目标之间连续地“跳跃”，例如能够使用模糊调节器或多参数调节器。这些调节器具有调整两个调节目标之间的协调的任务。在此，在能量效率模式中的优先级应在于促动器的尽可能有效率的操控，其中，不离开允差范围10。否则，通过在允差带(允差范围10和无碰撞区域20)之间持续地变换会产生摆动切换。这由于在不同的调节目标之间的持续变换所造成。
如果使第一车辆1的促动器在允差范围10内能量优化地运行，那么由此得到速度轮廓线，其中，必须保证该速度轮廓线对于轨迹规划装置的优先级准则足够用。
例如，在能量方面有意义的是，在混合动力车辆中在滑行阶段(Segelphase)和内燃发动机的优化操控阶段之间变换。由此产生“锯齿”形的速度变化曲线，如在图2中原理性地表明的那样。
图2示出第一车辆1的速度v的时间变化曲线。能看到无碰撞的区域20，具有额定轨迹的额定位置11的允差区域10位于该区域中。能看到在时间t上第一车辆1的波纹状变化的速度v，其中，在阶段T1,T3和T5中第一车辆1的内燃发动机是运行的。而在阶段T2,T4进行第一车辆1的“滑行”，在该滑行中第一车辆1由于内燃发动机不运行或者说被关掉而可以说无驱动燃料消耗地向前运动。
结果，以该方式，具有运行的内燃发动机的阶段与具有不运行的内燃发动机的阶段交替，由此使第一车辆1经过所有阶段平均地以恒定的速度来运动。以有利的方式，由此支持了第一车辆1的能量优化的或在能量方面有效率的行驶运行。在这里必须如此大程度地限制允差范围10，使得该表现对于第一车辆1的驾驶员显得是可信的。
如果促动器的能量优化的操控(如在图2的应用示例中已经描述的那样)导致在时刻tA离开允差范围10，那么由此位置调节有利地与促动器的能量优化的操控相比被给予优先级。该表现例如可能由于在用于滑行阶段的调节算法中未被考虑的未知坡度而出现。因此，在允差范围10外从时刻tA起利用促动器的整个功率谱，以便将第一车辆1重新引导回到所规划的额定位置11上。由此造成第一车辆1从时刻tB起重新位于允差范围10内。因此，从时刻tB起，能量优化的调节能够重新有利地与第一车辆1的位置调节相比被给予优先级。
如果促动器的能量优化的调节和位置调节同时有效，那么两种调节算法将相互抵触地工作，这意味着，在一个调节器的运行有优先级的情况下另一调节器必须被转换为不起作用。否则在调节器中的工作点(例如PID调节器的I部分(积分部分))可能漂移走。
作为对于该问题的解决方案，例如允差范围10除了其自身功能外还能够被用作用于跟随调节器的无效区。另一解决方案是在调节装置中设置本身已知的抗饱和措施，借助所述措施在两个调节装置之间交换合适的信息，使得两个调节器不会相互阻碍。
图3示出所提出的设备100的实施方式的方框图。能看到呈用于在额定轨迹的额定位置11上精确引导第一车辆1的轨迹跟随调节器形式的第一调节装置30。第一调节装置30在功能上与第二调节装置40连接，该第二调节装置遵循与第一调节装置30不同的调节目标，该调节目标例如呈机动车的最小加速度变化形式和/或能量优化的运行形式。
图4示出本发明方法的实施方式的原理流程。
在步骤200中求出用于机动车1的额定轨迹。
在步骤210中检测机动车1的周围环境数据。
在步骤220中基于检测出的周围环境数据求出额定轨迹的允差范围10。
在步骤230中这样执行机动车1在额定轨迹的允差范围10中的引导，使得与机动车1沿着额定轨迹被限定地精确引导相比，机动车1以尽可能小的加速度变化和/或以能量优化的运行来进行的引导限定地被给予更高的优先级。
总结性地，通过本发明提出一种用于运行自动化机动车的方法，在该方法中在车辆位于允差范围内的情况下，与机动车的精确位置调节相比，涉及舒适性的方面和/或涉及机动车的节省能量的运行的方面限定地被给予更高的优先级。结果，由此实现机动车的舒适和/或节省能量的运行。本发明的方法尤其能够在一些情况下是可利用的，在这些情况中，机动车沿着规定的额定轨迹的高精度自动化引导或者定位不是必需的。
专业人员将以合适的方式改变和/或相互组合本发明的特征，而不会偏离本发明的核心。

Claims (11)

1.用于运行自动化的机动车(1)的方法，具有以下步骤：
-求出用于所述机动车(1)的额定轨迹；
-检测所述机动车(1)的周围环境数据；
-基于检测出的所述周围环境数据求出所述额定轨迹的允差范围(10)；和
-在所述额定轨迹的所述允差范围(10)内这样引导所述机动车(1)，使得与所述机动车(1)沿着所述额定轨迹限定地被精确引导相比，所述机动车(1)的以尽可能小的加速度变化和/或以能量优化的驱动所进行的引导限定地被给予更高的优先级。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机动车(1)的有优先级的运行由调节装置(30,40)借助改变参数来执行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述机动车(1)的有优先级的运行借助对所述机动车(1)的促动器的梯度的限制来执行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，能量优化的运行也能够在所述机动车(1)的手动运行中使用。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述机动车(1)沿着所述额定轨迹的限定的引导借助第一调节装置(30)来执行，所述机动车(1)的限定地有优先级的运行借助第二调节装置(40)来执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述两个调节装置(30,40)的运行借助抗饱和措施来控制。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第一调节装置(30)和所述第二调节装置(40)都构造为多参量调节器或模糊调节器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助所述方法执行机动车(1)的纵向引导。
9.用于运行自动化的机动车的设备(100)，具有：
-第一调节装置(30)，借助该调节装置能限定地沿着额定轨迹引导所述机动车(1)；和
-第二调节装置(40)，该调节装置与所述第一调节装置(30)在功能上连接，其中
-借助所述第二调节装置(40)能根据检测出的周围环境数据与所述机动车(1)沿着所述额定轨迹的引导相比优先地执行所述机动车(1)的限定地能量优化的运行和/或所述机动车(1)的以最小加速度变化所进行的运行。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一调节装置(30)和所述第二调节装置(40)都构造为多参量调节器或模糊调节器。
11.计算机程序产品，具有用于在所述计算机程序产品在带有电子调节装置(30,40)的设备(100)上运行或存储在计算机可读的数据载体上时执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的程序代码。
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