機動車和用于控制機動車的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機動車，該機動車包括至少一個駕駛員輔助系統(tǒng)，所述駕駛員輔助系統(tǒng)用于通過分析處理涉及所述機動車的自身數據和涉及機動車環(huán)境的環(huán)境數據來預先計算在預給定的時間段內所述機動車的將來行駛狀況，其中，所述機動車可在所述駕駛員輔助系統(tǒng)的第一運行模式中由駕駛員來控制。
【背景技術】
[0002]現代機動車具有多個用于提高行駛安全性和/或行駛舒適性的駕駛員輔助系統(tǒng)。尤其是已知了與機動車的實際狀態(tài)相關地干涉機動車系統(tǒng)的控制的駕駛員輔助系統(tǒng)、例如防抱死系統(tǒng)或車道穩(wěn)定系統(tǒng)。此外還已知了舒適性系統(tǒng)如車道保持輔助系統(tǒng)或車距自動調節(jié)裝置，所述舒適性系統(tǒng)由機動車的自身數據和環(huán)境數據計算出關于將來行駛狀況的預告并且按照所述預告控制機動車。已知，這種半自主的控制系統(tǒng)通常比人類駕駛員以更少的反應時間和更高的精度實施控制任務。由此，相對于通過人類駕駛員進行的控制，自主的行駛運行可在多種行駛狀況中使得車輛的行駛特性得到改善。
[0003]為了利用在自主行駛運行中更快速且更精確地控制機動車的優(yōu)點以便改善安全性，已知，使用識別與其它機動車面臨的碰撞并且試圖避免所述碰撞或者降低碰撞影響的系統(tǒng)。為此干涉所述行駛運行，以便使機動車受調控地達到停止。在此缺點在于，機動車的所達到的位置通常不理想，其中，被達到停止的機動車是其它交通參與者的障礙。此外，人們希望自主的行駛干涉也能在其它行駛狀況中使用，以便在危急的狀況中實現機動車的行駛特性的整體改善，而無需多余地限制駕駛員的操縱自由度。

【發(fā)明內容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的在于，給出一種機動車，其行駛特性在危急的行駛狀況中得到改善。
[0005]為了實現所述目的，根據本發(fā)明，在開頭所述類型的機動車中規(guī)定，所述機動車的駕駛員輔助系統(tǒng)被構造用于在滿足至少與將來行駛狀況相關的轉換條件時暫時轉換到第二運行模式中，在所述第二運行模式中機動車的控制在無駕駛員干涉可能性的情況下自主地通過駕駛員輔助系統(tǒng)進行，其中，在第二運行模式中繼續(xù)進行所述行駛運行。
[0006]本發(fā)明基于這樣的構思:讓駕駛員在“正常的”行駛運行中具有最大可能的操縱自由度，但在行駛運行中預報性地識別危急狀況并且在存在這種行駛狀況時及時地干涉行駛運行，目標是使行駛運行盡可能地在危急狀況之后也可無縫地繼續(xù)。如果出現這種干涉，則至少機動車的控制完全自主地、即在無駕駛員干涉可能性的情況下進行。尤其是在第二運行模式中也可進行完全自主的機動車縱向和橫向引導。通過這種完全與駕駛員無關的控制，至少機動車的控制可利用自主控制的優(yōu)點、尤其是較短的反應時間和較精確的控制。在駕駛員輔助系統(tǒng)的第二運行模式中不是制動機動車到停止，而是繼續(xù)行駛運行到前方的路徑點。因此通過駕駛員輔助系統(tǒng)例如可確定一預計不再存在轉換條件的點，即一處于危急區(qū)域之外的點，在所述危急區(qū)域中滿足轉換條件。
[0007]轉換條件可這樣選擇，使得當預測出如下行駛狀況時滿足所述轉換條件，S卩:要求在機動車的物理極限范圍中或在物理極限范圍附近行駛運行。但通常有利的是，這樣選擇轉換條件，使得當推斷出駕駛員不可靠地掌控所預測的行駛狀況時便已進行向第二運行模式的轉換。尤其可以是，轉換條件與駕駛員屬性相關。由此，在根據本發(fā)明的機動車中，駕駛員輔助系統(tǒng)可干涉駕駛員不再能可靠且舒適地掌控機動車的狀況，但自主干涉仍允許該行駛運行繼續(xù)。
[0008]因此，尤其是當機動車在(物理的或優(yōu)選特定于駕駛員的)極限范圍內運動時或者當突然出現未預料的交通狀況時，激活駕駛員輔助系統(tǒng)的第二運行模式。為了識別這種狀況，駕駛員輔助系統(tǒng)收集可通過機動車的各個裝置提供的自身數據和環(huán)境數據。為了預測是否滿足轉換條件、即是否可預料尤其是危急的行駛狀況，可使用多個信息。尤其是自身數據可包括關于機動車部件、尤其是驅動機、制動器和/或輪胎的信息。因此可特別好地預言機動車的行駛特性，其方式是:可估計輪胎與路面之間的摩擦系數。為此可直接求得或預給定摩擦系數，但摩擦系數也可由關于輪胎的其它信息、例如行駛功率、類型、空氣壓力來求得。關于驅動機和制動器，尤其是最大制動和加速力矩對于求得和評估潛在的行駛狀況是重要的。其它車輛參數、例如最大轉向角也可作為部件信息予以分析處理。
[0009]此外可檢測在時間上可變的關于機動車的信息、如機動車的自身速度和/或側傾角、俯仰角或橫擺角和/或質量和/或重心位置和/或至少一個車輪的轉向角和/或至少一個車輪的角速度并且用于預測所述將來行駛狀況。
[0010]除了關于機動車本身的信息外，為了預測將來行駛狀況也需要關于機動車的環(huán)境的數據。這些數據尤其是可通過使用機動車上的傳感器來獲得和/或從存儲在導航系統(tǒng)中的信息來獲得。有利地檢測關于路面的數據，例如至少一個彎道半徑和/或局部的路面坡度和/或局部的路面傾度和/或局部的摩擦系數和/或路面寬度。此外要獲得關于潛在障礙物如其它車輛、行人和固定障礙物的信息。在此，對于運動的障礙物如機動車和行人尤其是也可求得能對這些障礙物進行運動預測的數據。用于獲得環(huán)境數據的方法和裝置在現有技術中已知，因此不再予以討論。
[0011]根據本發(fā)明的機動車的一個重要特征在于:駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中僅暫時地自主地實施機動車控制。因此，駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中被構造用于在存在回切條件(該回切條件也可包括多個單個條件)時從第二運行模式回切到第一運行模式中。為了保證駕駛員主動地接管對機動車的調控，有利的是，在滿足回切條件時首先向駕駛員輸出接管請求。因此尤其是將如下光學、聲學或觸覺的提示發(fā)送給駕駛員:駕駛員輔助系統(tǒng)已經準備好將機動車的引導又交還給駕駛員。因此可在駕駛員通過操縱而確認了將車輛引導接管回之后才可進行駕駛員對車輛引導的實際接管。此外，在接管回時應進行方向盤運動與轉向運動的再耦合。因此，在接管時方向盤角必須等于與當前轉向角相應的方向盤角。
[0012]通過暫時切換到駕駛員輔助系統(tǒng)的第二運行模式中，在根據本發(fā)明的機動車中實現:即便在駕駛員輔助系統(tǒng)干涉之后也可正常地繼續(xù)行駛。機動車的行駛運行亦即不被駕駛員輔助系統(tǒng)的干涉中斷。由此在駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中運行期間機動車可連續(xù)地繼續(xù)運動。因為機動車的停止被避免，所以交通流所受的干擾總體上比在引起機動車停止的安全系統(tǒng)的情況下更少。此外，通過繼續(xù)進行行駛運行，駕駛員的負荷可減小。雖然駕駛員在駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中運行時可被提示:駕駛員輔助系統(tǒng)正在干涉行駛運行，尤其是以便使駕駛員注意到，機動車在物理極限范圍附近運動或預計在其舒適性范圍之外運動，但因為避免了突然的制動動作以及與此相聯(lián)系的驚慌，所以行駛的繼續(xù)對于大部分駕駛員而言變得容易得多。
[0013]顯然，僅當駕駛員輔助系統(tǒng)可引導機動車安全且可靠地通過面臨的危急行駛狀況時，才能進行在駕駛員輔助系統(tǒng)的第二運行模式中實現的繼續(xù)進行行駛運行。但在極少情況中也可以是，不能安全地繼續(xù)行駛運行。對于這些狀況可有利地設置駕駛員輔助系統(tǒng)的另外的運行模式，以便使這種行駛狀況的影響減到最小。
[0014]駕駛員輔助系統(tǒng)可被構造用于在第二運行模式中計算如下預測:是否轉換條件在一在行駛方向上處于前方的路徑點上被滿足，以及確定用于自主行駛運行的目標位置，在所述目標位置上轉換條件預計不滿足。如已所述的，在根據本發(fā)明的方法中，保持行駛運行，即車輛繼續(xù)運動。但為了使機動車自主運動，需要確定機動車的運動方向。駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中的暫時運行的目標是:避開或安全駛過存在導致了控制裝置轉換到第二運行模式中的危急行駛狀況的區(qū)域。目標位置的一個重要特征在于:所述目標區(qū)域處于這樣的區(qū)域中，在所述區(qū)域中轉換條件不滿足，其中，駕駛員輔助系統(tǒng)預測不出危急的行駛狀況或預測出例如處于駕駛員的舒適性區(qū)域之外的行駛狀況。
[0015]在行駛運行繼續(xù)時可規(guī)定，駕駛員輔助系統(tǒng)這樣引導機動車，使得識別駕駛員所期望的路線并且行駛運行沿著該路線繼續(xù)。因此，駕駛員輔助系統(tǒng)可被構造用于分析處理自身數據、尤其是導航系統(tǒng)的路線數據和環(huán)境數據以便確定駕駛員所期望的機動車原定路線/額定路線，其中，目標位置處于原定路線上。駕駛員輔助系統(tǒng)典型地在相對較短的路段、例如數百米內在第二運行模式中運行，因為危急的行駛狀況在這樣的路段之后通常被克月艮。因此，為了確定路線，計算跟隨道路曲線的路線通常就足夠了。但完全可以的是，轉換條件在交叉路口或岔路的區(qū)域中被滿足，并且當應跟隨相應路線時，駕駛員輔助系統(tǒng)因此必須識別駕駛員愿望。這在駕駛員借助于導航系統(tǒng)規(guī)劃了路線時特別簡單，因為然后就可跟隨該路線。但也可分析處理多個另外的車輛系統(tǒng)。例如可將打開的轉向燈作為證據來評判:駕駛員想從所行駛的道路拐出。但也可分析處理典型的交通模式。用于預測預計要行駛的路線的其它方法對于導航系統(tǒng)已知。這樣的方法當然也在根據本發(fā)明的機動車中使用。
[0016]特別有利的是，駕駛員輔助系統(tǒng)被這樣構造用于確定目標位置，使得在目標位置上所預測的交通狀況和/或路段曲線允許車輛引導安全地交還給駕駛員。在根據本發(fā)明的機動車中，至少機動車的控制完全自主地進行，即駕駛員在駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運動模式中運行的時間期間不具有任何干涉可能性。這在使用線控驅動系統(tǒng)時可特別簡單，在所述線控驅動系統(tǒng)中車輪的轉向與方向盤的運動在機械上完全脫耦。尤其是在這種系統(tǒng)中有利的是，機動車控制回交給駕駛員在需要盡可能少的轉向運動的狀況中進行，因為在方向盤與車輪的轉向重新耦合之前必須進行轉向角與方向盤角的匹配，所述匹配有利地在較長的時間段上進行和/或對行駛軌跡至少產生略微的干擾。當回交在合適的區(qū)域中進行時這可在很大程度上得到補償，其中，尤其有利的是，路段相對較直并且與其它交通參與者的預給定的最小距離被保持。
[0017]駕駛員輔助系統(tǒng)尤其是可被構造用于在存在至少一個回切條件時從第二運行模式轉換到第一運行模式，其中，回切條件或回切條件之一是:轉換條件不滿足和/或交通狀況允許把車輛調控安全地交還給駕駛員和/或目標位置已到達。不滿足轉換條件意味著:沒有預料到危急的行駛狀況、即機動車在物理極限范圍中或在駕駛員的舒適性范圍之外運動的行駛狀況。于是不再需要駕駛員輔助系統(tǒng)保持在第二運行模式中。但還是有利地等候車輛引導的回交，直到其可在相應的交通狀況中無問題地實現。如已所述的，在變換到第二運行模式中時或在第二運行模式中連續(xù)運行時便已可確定目標位置，所述目標位置尤其是可滿足先前提及的兩個條件。由此，對于目標位置至少預測:用于回切到第一運行模式中的另外的所列舉的條件被滿足。
[0018]當在第二運行模式中自主行駛期間可在至少分段預計算的軌跡上引導機動車。因此有利的是，駕駛員輔助系統(tǒng)被構造用于確定在機動車的當前位置與目標位置之間的控制軌跡以及用于在第二運行模式中沿著控制軌跡控制機動車。為了確定用于自主行駛的軌跡已知了多種算法。特別有利地可使用所謂的“最佳優(yōu)先(best first)”算法。在這種搜索算法中首先計算預計在特別短的路徑上或特別快地通到目標的軌跡。例如可使用a*算法。
[0019]但也可以是，已經在預先計算將來行駛狀況的框架內計算了軌跡。如開頭所述，變換到第二運行模式優(yōu)選僅當存在駛過危急狀況的至少一種可能性時才進行。即存在至少一個可以安全地被機動車行駛的已知軌跡。由此，當在借助于軌跡的情況下計算了將來行駛狀況時，可接著直接使用相應的軌跡來控制機動車，即作為控制軌跡。
[0020]如果重新計算控制軌跡或者如果已知了多個用于駛過危急狀況的軌跡，則可確定或者說選擇最佳的控制軌跡。控制軌跡的優(yōu)化尤其是可在對于安全性重要的參數方面進行，例如到障礙物的安全距離或行駛軌跡所需的加速力與加速力最大值之間的距離。在很多情況中，可用軌跡的空間對于機動車足夠大，從而在優(yōu)化時也可考慮其它參數，尤其是以便使駕駛員的負荷減到最小。尤其是可試圖使縱向和/或橫向方向上的加速度最小。此外可試圖求得能盡可能盡快地將車輛引導回交給駕駛員的軌跡。通常，通過與所預測的駕駛員愿望偏離最小的控制軌跡，已經可以安全地駛過危急的行駛狀況。當然，在計算控制軌跡時考慮機動車的物理極限。但也可以，盡可能考慮駕駛員的舒適性極限。
[0021]通過機動車的所述自主控制，已經可以緩和多種危急的行駛狀況。仍有利的是，自主地通過駕駛員輔助系統(tǒng)在第二運行模式中控制另外的車輛系統(tǒng)。因此，駕駛員輔助系統(tǒng)可被構造用于在第二運行模式中在無駕駛員干涉可能性的情況下自主地控制機動車的制動系統(tǒng)和/或驅動機和/或轉向裝置和/或變速器、優(yōu)選自動變速器。尤其是也可控制各個車輪、尤其是單個車輪制動器。也可以是，機動車的整個橫向引導或整個縱向和橫向引導通過駕駛員輔助系統(tǒng)來進行。在此情況下，機動車可沿著任意的在物理上可通過機動車行駛的預計算的軌跡運動。這是有利的，這是因為在僅僅自主地控制機動車時駕駛員對其它控制系統(tǒng)的未預料的干涉可能會干擾實施所計算的軌跡。
[0022]駕駛員輔助系統(tǒng)尤其是可被構造用于通過至少一個由自身數據和/或環(huán)境數據確定的邊界條件計算多個從機動車的當前位置出發(fā)的可行駛軌跡并且轉換條件可被設計用于分析處理可行駛軌跡。因此，將來行駛狀況的預測以及轉換條件、尤其是“行駛狀況要求在物理極限范圍內或在駕駛員的舒適性范圍之外的行駛”這一事實的識別可通過計算多個可能的軌跡以及分析處理所述軌跡來進行。作為可行駛軌跡尤其是考察可在對人員、機動車和第三物件無損害的情況下實施的軌跡。尤其是在確定可行駛軌跡時也可考慮機動車本身的參數、如最大轉向角、最大可能的加速度、