用于机动交通工具的驾驶员辅助系统的调节器配置方案的制作方法

本发明涉及一种用于为驾驶员辅助装置提供理论值信号的方法。借助于该理论值信号，在驾驶行动期间在至少一个运动方向上引导机动交通工具。视运动方向而定，由此得出机动交通工具的纵向引导和/或横向引导。本发明还包括一种用于执行根据本发明的方法的控制装置以及带有根据本发明的控制装置的机动交通工具。

背景技术：

在机动交通工具中可提供驾驶员辅助装置，其可自动地，即在没有驾驶员协助的情况下沿至少一个运动方向引导机动交通工具。例如可通过行驶速度调节部(acc-自动巡航控制)如下在纵向上引导机动交通工具，即通过驾驶员辅助装置使机动交通工具加速或制动。在横向引导的情况中，通过驾驶员辅助装置使机动交通工具转向。如果机动交通工具是飞机或潜水艇，也可沿着竖轴线执行引导。在此，驾驶员辅助装置常常仅仅将单个运动参数，例如速度或加速度或距离调节到理论值上，而在此不考虑其它运动参数得到怎样的在时间上的变化曲线。因此，当驾驶员辅助装置例如进行制动行动并且总是仅仅根据当前速度数据作出该制动行动时，可例如导致不均匀的加速度的变化曲线。相反地，值得期望的是例如调节速度，并且在此也可确定用于加速过程的路程，并且在驾驶行动结束时也可调整加速度的期望的加速度值。那么，由此得出尤其无冲击的或均匀的令人感觉舒适的过程。除了acc，所说明的问题所符合的其它辅助装置尤其是停车辅助、车道保持辅助、电子稳定控制(esc-electronicstabilitycontrol)和紧急制动辅助。

这些辅助装置具有调节单元，其分别使用于引导机动交通工具的执行单元以被调节的运行方式运行。例如可设置用于传动系的调节单元，用于制动设备的调节单元和用于调整转向角度的调节单元。这些调节单元接收之后被调节的理论值。

技术实现要素：

本发明的目的在于为驾驶员辅助装置提供用于沿至少一个运动方向引导机动交通工具的理论值信号。该目的通过独立权利要求所述的对象实现。通过从属权利要求的特征给出本发明的有利的改进方案。

通过本发明给出用于为驾驶员辅助装置提供理论值信号的方法。理论值信号设计成用于在驾驶行动期间沿着至少一个运动方向引导机动交通工具。即，例如可设置用于在纵向和/或横向上引导车辆的理论值信号。为了提供理论值信号，设置以下步骤。对于每个运动方向，分别为机动交通工具的至少一个运动参数接收相应的最终条件，在驾驶行动结束时运动参数应满足该最终条件。在此，至少一个运动参数尤其地包括以下中的一个：机动交通工具的加速度、行驶速度或短暂的速度、行驶路程或短暂的行驶路程、行动持续时间和冲击。冲击表示沿运动方向的加速度在时间上的导数。

在另一步骤中，接收涉及至少一个运动参数的当前传感器数据。即测定用于驾驶行动的初始条件。

之后，基于传感器数据，为每个运动参数、即例如加速度和/或速度和/或路程测定相应的过程数据。过程数据分别表示运动参数的在时间上的变化曲线。在此，以这样的方式测定每个曲线，即满足用于运动参数的相应最终条件。如果运动参数涉及动作持续时间，在时间上的变化曲线当然是直线，则该运动参数作为最终值具有动作持续时间。为了如下匹配相应的变化曲线，即使得变化曲线满足相应的最终条件，共同地根据冲击的在时间上的变化曲线的模型测定相应的过程数据。换句话说，为其它运动参数测定从冲击的在时间上的变化曲线出发且与此相关的每个其它在时间上的变化曲线。

根据所测定的过程数据产生理论值信号。例如，理论值信号可直接说明在时间上的变化曲线，例如加速度或速度在时间上的变化曲线，例如其可分别通过调节单元调节。之后，将理论值信号提供给驾驶员辅助装置。

通过本发明得到的优点是，已事先为驾驶行动的整个变化曲线测定了理论值信号并且由此可保证用于所有运动参数的连续的在时间上的变化曲线。这通过以下方式实现，即从一个且相同的模型中推导出所有在时间上的变化曲线，该模型描述冲击，从该冲击中例如分别基于数学积分可导出所有其它在时间上的变化曲线。由此，可借助于理论值信号实现所有期望的边界条件、即用于驾驶行动的最终条件并且在此运动参数的在时间上的变化曲线可相互协调。

本发明还包括可选的改进方案，通过其特征得到附加的优点。

一改进方案设置成，通过模型使冲击的在时间上的变化曲线模型化为无折点的曲线。换句话说，冲击的在时间上的变化曲线通过该模型描述成连续的且可连续微分的变化曲线或图表。由此得到的优点是，所有根据该模型测定的其它运动参数、例如加速度和/或速度和/或路程的在时间上的变化曲线也是无折点的，也就是说连续的且可连续微分的。这导致在机动交通工具通过驾驶员辅助装置引导期间，机动交通工具的尤其平稳的和/或无冲击的行驶性能。

一改进方案设置成，驾驶员辅助装置不仅提供理论值信号，而且提供至少一个运动参数的所测定的在时间上的变化曲线的相应的过程数据。如果不是对于每个可能的运动参数、即加速度、速度、路程、动作持续时间和冲击都预设最终条件，那么也可同样提供另一没有为其预设最终条件的运动参数的相应的在时间上的变化曲线的过程数据。也可根据模型测定在时间上的该变化曲线。此外附加地或备选地，也可提供动作的持续时间、即动作持续时间的时间值。通过该改进方案得到的优点是，驾驶员辅助装置可检查，所提供的理论值信号是否违反了预定的边界条件，该边界条件可通过驾驶员辅助装置来预设。例如，通过驾驶员辅助装置可检查，调节单元或执行装置，例如制动器是否会通过理论值信号过载。

一改进方案考虑到这样的问题，即通过预设可能的最终条件中的仅仅几个不可测定唯一的理论值信号，而是为满足预设的最终条件可测定多个可能的理论值信号。为了获得带有预定的特性的唯一的理论值信号，一改进方案设置成，模型具有多个冲击系数，并且根据已经为多少个运动参数接收了相应的最终条件，将冲击系数中的一个或几个确定到预定的值上。由此得到的优点是，可测定唯一的理论值信号，该理论值信号此外在其它对其未预设最终条件的在时间上的变化曲线的情况中同样导致期望的特性，根据冲击系数的分别预定的值确定该特性。换句话说，对于每个缺少的最终条件或理论预设将冲击系数中的一个设定成默认值。

根据一改进方案，可借助于其尤其有利地实现所说明的改进方案的合适的模型设置多项式，其通过时间t和冲击系数r0、r1、r2、r3和r4描述冲击r(t)，其中通过以下公式描述冲击：r(t)=r0+r1t+r2t²+r3t³+r4t⁴。通过积分，可从该多项式中测定用于加速度a(t)、速度v(t)和路程s(t)的相应的在时间上的变化曲线。由此，得出等式系统。冲击系数r0表示在驾驶行动开始的冲击。其通过传感器数据作为测量值得出。在动作开始时，冲击可不等于0，这由此在模型中被考虑。动作的无冲击的开始当然是值得期望的，但是当刚好在驾驶行动开始时已经建立了加速度，即加速度改变时，冲击也不等于0。当测量r0时，这可被考虑在模型中。其它从积分中得到的用于加速度a0和速度v0的积分常数同样作为当前测量值从传感器数据中得出。s0可被假设为0(驾驶行动路程的开始)。但是，如果在驾驶行动期间应进行修正，可使用剩下的剩余路程作为新的最终值(s0=0)或已驶过的路程作为s0(路程的最终值不变)。优选地，首要的是，冲击应在动作结束时达到0，以实现尽可能舒适的驾驶行动。

由此，剩下四个未知的、即冲击系数r1、r2、r3和r4。如果对于冲击、加速度、速度和路程分别预设最终条件，则用于冲击系数的等式系统可解。如果缺少最终条件中的一个，则相应地可将冲击系数调整成默认值或暂时的值，例如为0。

在此，所描述的加速度变化曲线a(t)、速度变化曲线v(t)和路程变化曲线s(t)不必每次都通过积分测定。相反地，可事先测定运动等式，因此，一改进方案设置成，根据预定的、与模型相关的运动等式定义每个变化曲线。由此得出的优点是，计算装置可用于测定过程数据，其必须提供仅仅相对小的计算功率。结合本发明，过程数据可为描述变化曲线的图表的数据。但是，其也可为仅仅间接描述变化曲线的参数。例如，其可为多项式的系数。

一改进方案考虑，不总是能唯一地解出运动等式，因为例如必须计算平方根，为此得出正的和负的解值。在该改进方案中检查，过程数据是否违反至少一个预定的合理性标准。在违反合理性标准的情况中理论值信号被抑制，也就是说，不基于该理论值信号执行驾驶行动。至少一个合理性标准尤其地可说明，始终必须描述正的行驶路程和/或非负的速度和/或无行驶方向改变和/或物理上可通过驾驶员辅助装置执行的驾驶行动。

一改进方案实现了在受抑制的理论值信号的情况中也执行驾驶行动。该改进方案设置成，在违反合理性标准的情况中改变至少一个最终条件并且测定新的过程数据。即，通过匹配至少一个最终条件或边界条件，基于新的过程数据测定新的理论值信号，之后，对于该理论值信号又可检查，其是否满足每个合理性标准。

如已经阐述的那样，不仅可为一维的驾驶行动而且可为二维的或三维的驾驶行动的运动方向提供理论值信号。那么，例如可借助于理论值信号将纵向引导和横向引导组合，以便于例如利用车辆加速和变道执行超车动作。现在，在此存在的问题是，用于在纵向上的运动参数的在时间上的变化曲线必须与用于横向引导的运动参数的在时间上的变化曲线相协调，由此使涉及纵向引导的理论值信号的部分和涉及横向引导的部分相互协调。为此，为了以简单的计算方法获得理论值信号，首先对于运动方向中的一个、例如纵向来测定过程数据，从中测定驾驶行动的动作持续时间并且之后根据动作持续时间对于运动方向中的每个剩余的运动方向测定过程数据。由此保证，纵向运动和横向运动持续的时间同样长。同样，对于三维的驾驶行动，也可首先测定用于第一运动方向的过程数据，并且之后可相继基于所测定的动作持续时间测定用于剩余两个运动方向的过程数据。

如已经阐述的那样，理论值信号可直接是用于在时间上的变化曲线中的一个或多个的过程数据，例如加速度和/或速度。如果至少一个运动方向包括用于机动交通工具的转向运动的横向，即转向动作，则相反地理论值信号必须包括用于转向角度的理论值。为了从过程数据中导出该理论值，一改进方案设置成，测定用于机动交通工具的单个点的横向运动的过程数据，并且从过程数据中借助于机动交通工具的单轨模型(einspurmodell)产生理论值信号。那么，通过单轨模型，点的运动与完全可通过机动交通工具执行的转向运动相匹配。用于机动交通工具的单轨模型由现有技术已知。

一改进方案涉及理论值信号到车辆引导中的实际实现方案。该改进方案设置成，驾驶员辅助装置具有相应的用于相应的执行装置的调节运行的调节装置，该执行装置用于沿着相应的运动方向引导机动交通工具。作为执行装置，例如可设置用于建立驱动力矩的传动系。作为执行装置，提供了用于建立制动力矩的制动设备。为了横向引导机动交通工具，可设置电子机械的转向装置作为执行装置。视驾驶行动而定，所提供的理论值信号为每个调节装置获得用于动作的不同的时刻的理论值。其在相应的调节装置中被调整。由此在驾驶行动期间，机动交通工具根据所测定的理论值信号运动。

本发明还包括一种用于机动交通工具的控制装置，其中，控制装置设定成用于接收涉及沿机动交通工具的至少一个运动方向的车辆运动的至少一个运动参数的传感器数据。此外，控制装置设定成用于接收相应的运动参数在驾驶行动结束时应满足的相应的最终条件。此外，控制装置设定成用于基于所接收的传感器数据和每个所接收的最终条件执行根据本发明的方法的实施形式。那么由此，控制装置提供理论值信号，基于该理论值在驾驶行动结束时可满足预设的最终条件。在此保证，机动交通工具的所有可能的运动参数的在时间上的变化曲线相互协调，因为其共同地根据用于冲击的在时间上的变化曲线的模型来测定。控制装置可作为中央控制装置来提供，这提供的优点是，多个驾驶员辅助装置可利用用于测定相应的理论值信号的控制装置。此外备选地，可在单个驾驶员辅助装置中提供控制装置，其之后自身测定所需的理论值信号。可基于处理器装置、例如微控制器或微处理器提供该控制装置。

最后，本发明还包括一种机动交通工具。根据本发明的机动交通工具具有用于产生涉及机动交通工具的沿至少一个运动方向的车辆运动的至少一个运动参数的传感器数据的传感器装置。那么，例如传感器装置可具有加速度传感器和/或速度传感器和/或道路传感器。车辆此外具有用于在驾驶行动中沿着至少一个运动方向引导机动交通工具的驾驶员辅助装置。驾驶员辅助装置以所说明的方式可以是acc、停车辅助、esc或紧急制动辅助。机动交通工具也可具有多个驾驶员辅助装置。根据本发明的机动交通工具具有根据本发明的控制装置的实施形式，其中，至少一个驾驶员辅助装置设定成用于为了规划驾驶行动将用于至少一个运动参数的相应的最终条件发出到控制装置处并且由控制装置接收用于相应的执行装置的调节运行的至少一个调节装置的理论值信号并且在每个调节装置中调整该理论值信号，该执行装置用于沿相应的运动方向引导机动交通工具。那么，如已经阐述的那样，理论值信号可为用于调节装置中的每一个的理论值的组合。

优选地，根据本发明的机动交通工具设计成机动车、尤其地轿车或载重货车。但是，机动交通工具例如也可为摩托车或飞机或船舶。

附图说明

接下来说明本发明的实施例。其中：

图1显示了根据本发明的机动交通工具的实施形式的示意图，

图2显示了可在图1的机动交通工具中提供的控制装置和驾驶员辅助装置的示意图，

图3显示了用于说明可在图2的控制装置中提供的模型的简图，

图4显示了机动交通工具的运动参数的示意性在时间上的变化曲线，如其可在根据本发明的方法的一实施形式中对于第一驾驶行动得出，

图5显示了机动交通工具的运动参数的示意性的在时间上的变化曲线，如其可在根据本发明的方法的一实施形式中对于第二驾驶行动得到。

附图标记清单

1机动交通工具

2道路

3驾驶员辅助装置

4纵向

5驾驶行动

6控制装置

7最终条件

8传感器装置

9传感器数据

10理论值信号

11控制装置

12调节装置

13调整信号

14执行装置

15模型

16过程数据

17在时间上的变化曲线

18积分

19冲击系数

a加速度

r冲击

s路程

t动作持续时间

v速度。

具体实施方式

以下阐述的实施例为本发明的一优选的实施形式。在该实施例中，所说明的实施形式的组件是本发明的分别单个的、彼此独立考虑的特征，其也分别彼此独立地改进本发明并且由此也单独地或在另一个中以所示出的组合的方式被视为本发明的组成部分。此外，所说明的实施形式也可通过本发明的已说明的特征中的其它特征来补充。

在附图中功能相同的元件分别设有相同的附图标记。

图1显示了机动交通工具1，其例如可为机动车，尤其地为轿车或载重货车。在所说明的示例中，机动交通工具1例如可在道路2上行驶。在此，机动交通工具1在该示例中通过一个或多个驾驶员辅助装置3引导。图1说明了一示例，在其中，通过单个驾驶员辅助装置3沿着纵向4引导机动交通工具1。纵向4表示运动方向。仅仅描述机动交通工具1沿着一个运动方向、在此示例性地纵向4的引导足以说明本发明。

驾驶员辅助装置3规划驾驶行动5，通过该驾驶行动5使机动交通工具1以加速度a加速，并且由此速度v在机动交通工具1行驶路程s期间变化。在此，驾驶行动5总共持续了动作持续时间t。通过加速度a的变化可得出可由在机动交通工具1中的人员感觉到的冲击r。冲击r、加速度a、速度v、路程s和动作持续时间t分别表示运动参数。

在所说明的示例中由此出发，即应使机动交通工具1加速，因为例如驾驶员辅助装置3规划超车动作。为了规划驾驶行动5，机动交通工具1具有控制装置6，其在所说明的示例中作为中央控制装置来提供，该中央控制装置在驾驶员辅助系统3之外提供。控制装置6也可被集成到驾驶员辅助系统3中。为了规划驾驶行动5，驾驶员辅助装置3将最终条件7发出到控制装置6处。对于运动参数冲击r、加速度a、速度v、路程s、动作持续时间t中的一个或多个来说，最终条件7表示在驾驶行动5结束时应满足的最终条件或边界条件。

控制装置6从传感器装置8处接收传感器数据9，传感器数据9包含对于运动参数r、a、v、s、t或这些参数中的至少几个的当前值。基于传感器数据9和最终条件7，控制装置6测定理论值信号10，对于驾驶行动5的持续时间，该理论值信号10包含用于驾驶员辅助装置3的至少一个调节单元的理论值。

在图2中再次更准确地解释了动作规划。示出了控制装置6和驾驶员辅助装置3。驾驶员辅助装置3可具有控制单元11，通过控制单元11规划驾驶行动5。借助于接收的理论值信号10，控制单元11可如下控制调节装置12，即在驾驶行动5的每个时刻都为调节装置12的调节器准备好理论值。调节装置12例如可以是用于行驶速度v或加速度a的行驶速度调节部。调节装置12借助于调整信号13调节执行装置14，即机动交通工具1的传动系和/或制动设备。

图3说明了如何可通过控制装置6测定理论值信号10。图3示出，传感器数据9如何可包括路程、速度、加速度和/或冲击的相应的初始条件值，即s0、v0、a0和/或r0。相应地，对于最终条件7，可预设路程、速度、加速度、冲击的相应的最终值，即send、vend、aend、rend或仅仅其中的几个。控制装置6基于模型15测定相应的过程数据16，其可表示或确定用于冲击r(t)、加速度a(t)、速度v(t)和/或路程s(t)的相应的在时间上的变化曲线17。由用于冲击r(t)的在时间上的变化曲线17的模型15出发，可通过相应的数学积分18测定用于加速度a(t)、速度v(t)和路程s(t)分别的下一个在时间上的变化曲线。此外，也可测定动作持续时间t。在图3中说明的示例中，模型15包括多项式18，通过该多项式18得到冲击系数19(r0,r1,r2,r3,r4)。

借助于模型15，例如可在预设的路程send之后达到定义的速度vend，这应经由加速度a调节，其中，考虑路程s和速度v。如果仅仅调节速度v，那么不可包含理论路程，或者仅仅通过特殊情况而包含理论路程。

为此，图4说明了例如对于机动交通工具1在100m上在12秒内从10km/h加速到50km/h的加速度可得到的在时间上的变化曲线17。在此，驾驶行动5如下是理想的，即，所有在时间上的变化曲线17是连续的且是可连续微分的，即无折点。

图5说明了机动交通工具1在5m上在3.5秒中自10km/h的行驶速度起停车的驾驶行动。在这种情况中，变化曲线17也无折点。

不必复杂地通过数值上的积分测定在时间上的变化曲线17，而是其可作为相应的运动公式储存或保存在控制装置6中。即可准备或预设解析解决方案。即用于路程s、速度v、加速度a和冲击r的运动等式全都经由已知的积分和求导相互关联。

由此，为了利用驾驶行动5的预设的持续时间t计算在两个点(开始点和终点分别通过车辆1的位置(确切地说行驶路程s)、速度v、加速度a和冲击r定义)之间理想的(也就是说连续的)驾驶行动5，可提出一等式系统，即对于所有4个运动参数或运动参量r、a、v、s可得到唯一的解。作为解法，将冲击r模型化或描述为带有五个冲击系数r0至r4的四阶多项式(关于时间)，其中，r0相应于在驾驶行动5开始时的冲击r。计算出剩余的四个冲击系数r1至r4。为此，首先如下测定用于其它三个运动参量a、v、s的等式。加速度a由冲击r在时间t上的积分得出，速度v由加速度a在时间t上的积分得出，并且路程s由速度v在时间t上的积分得出。利用来自传感器数据9的开始条件和运动参量r、a、v、s的最终条件7以及驾驶行动5的持续时间t，可建立四个等式，利用这四个公式可唯一地解出四个冲击系数r1至r4。

驾驶行动5的最终条件7以及持续时间t的完整预设(始终完整地通过传感器数据9给出起始条件)并非始终给出。例如可行的是，不为驾驶行动5的持续时间t给出预设(例如对于在其中没有决定驾驶行动5的持续时间t的停车过程来说)。通过将冲击系数中的一个(例如r4)设定为零并且在驾驶行动5的持续时间t之后将其删除，可通过控制装置6测定用于驾驶行动5的理想持续时间t。如果未预设两个最终条件7(例如在加速到期望的目标速度vend的情况中未预设驾驶行动5的持续时间t和路程send)，将两个冲击系数设为零。

如果计算了所有四个冲击系数r1-r4，则可从运动等式中计算出用于运动参数r、a、v、s确切地说用于驾驶行动5的理想变化曲线17。这用作用于车辆1的纵向调节的理论预设10。

在计算驾驶行动5的情况中，必须考虑几个特殊情况：始终正的行驶路程，非负的速度(负的速度相应于倒车行驶)，仅仅实数解和物理上可行的极限。即使倒车行驶时，行驶路程也总被视为正的。不允许在驾驶行动期间改变行驶方向。当在起始条件中预设了近似0km/h的车速的减速度(即在驾驶行动之前刚好制动到停止状态中)并且应通过该动作又使车辆加速时，理论上可得到负的速度。在这种情况中，出现的减速度不会突然地变换成加速度(因为理想的连续的运动变化曲线)，从而在减速度减小期间车辆的速度进一步减小。理论上这可引起负的车速。在实际情况中，车辆可能已经制动到静止状态中。如果从设定成零的冲击系数中计算驾驶行动的持续时间，必须根据其它边界条件解出三次方或二次方的等式。如果不能得到实数解(例如由于对负项求平方根)，则必须匹配边界条件。通常，这意味着驾驶行动的路程的减小。如果假定加速度(包括减速度)和车速具有过高的值时，则达到了物理上可行的极限。例如，如果选择了过短的驾驶行动路程(例如，应使车辆在1米上从100km/h开始制动到停止)，得到过高的理论减速度。

为了应用理想驾驶行动的计算和所计算出的理论预设10的纵向调节，在车辆1中安装一系统，其优选地满足以下预设：

1.带有传感器和用于检测和计算以运动参量形式的车辆1的自身运动的控制器的传感器单元8。传感器尤其地能够确定车辆1的行驶路程s以及速度v、加速度a和冲击r。为此，例如可使用车轮转速传感器和纵向加速度传感器。

2.带有主动的(可经由控制单元控制的)驱动力矩建立(包括主动的(可经由控制器控制的)档位选择)的以传动系形式的执行装置。

3.以带有主动的(可经由控制器控制的)制动力矩建立的以制动设备形式的执行装置(例如也可经由再生实现)。

4.控制装置6，其处理车辆的自身运动(经由传感器数据9检测)以及用于驾驶行动5的预设的边界条件7，并且将计算出的用于纵向调节的理论预设10传达到调节单元12处。

5.调节单元12，其根据车辆的自身运动(经由传感器数据检测)和计算出的理论预设10在使用车辆执行器(传动系和制动设备)的情况下调节车辆的行驶性能。

为了确定驾驶行动5的预设的边界条件7，同样需要控制单元11以及必要时传感器。但是，其在控制装置6之外用于计算并且实现理想的驾驶行动。所列举提到的控制器或调节单元理解成逻辑元件。在实际的实现方案中，这些逻辑元件可被集成到一个或多个控制器中。

所说明的控制装置6的方法也可转移到二维驾驶行动上(即纵向和横向)。为此，首先在一个维度上(例如在纵向上)解出运动等式。如果确定了驾驶行动5的持续时间t，之后可利用预设的边界条件7计算第二维度(例如横向)。在此，总是由运动的点出发来计算。在二维运动的情况中，必须考虑车辆几何形状(轴线布局、转向、车辆定向等)。在实际中，例如可使用制动调节功能esc的单轨模型。

与在二维运动的情况中类似，该方法也可扩展到三维运动上。

总地来说，该示例示出了，可如何通过本发明提供用于计算用于自动辅助功能的驾驶行动的模型和系统。