DE102014226764A1

DE102014226764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Führen eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur

Info

Publication number: DE102014226764A1
Application number: DE102014226764.1A
Authority: DE
Inventors: Chengxuan Fu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105774801B; CN105774801A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs (100) auf einer Fahrspur (104). Dabei wird eine unter Verwendung einer Klothoide ermittelte Solltrajektorie (110) zum Führen des Fahrzeugs (100) und zumindest ein auf eine Fahrt des Fahrzeugs (100) auf der Fahrspur (104) bezogener Parameter (Δyact, θ) eingelesen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird unter Verwendung der Solltrajektorie (110) und des Parameters (Δyact, θ, vego) ein Abweichungswert (⌷ypred, ⌷) einer Abweichung des Fahrzeugs (100) von der Solltrajektorie (110) bestimmt. Unter Verwendung des Abweichungswerts (⌷ypred, ⌷) wird schließlich ein Steuersignal (Mdes) zum Steuern und/oder Regeln einer Lenkung des Fahrzeugs (100) bereitgestellt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
Ein Fahrzeug kann mit einem Spurhalteassistenten zur lateralen Führung des Fahrzeugs, etwa während einer Kurvenfahrt, ausgestattet sein.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen einer unter Verwendung einer Klothoide ermittelten Solltrajektorie zum Führen des Fahrzeugs und zumindest eines auf eine Fahrt des Fahrzeugs auf der Fahrspur bezogenen Parameters;
Bestimmen eines Abweichungswerts einer Abweichung des Fahrzeugs von der Solltrajektorie unter Verwendung der Solltrajektorie und des Parameters; und Bereitstellen eines Steuersignals zum Steuern und/oder Regeln einer Lenkung des Fahrzeugs unter Verwendung des Abweichungswerts.
Unter einer Fahrspur kann ein Fahrstreifen einer Fahrbahn verstanden werden. Die Fahrspur kann ein- oder beidseitig durch eine Spurbegrenzung, beispielsweise in Form einer Markierung oder eines anderen Fahrzeugs, begrenzt sein. Insbesondere kann es sich bei der Fahrspur um einen Kurvenabschnitt handeln. Unter eine Klothoide kann eine Kurve verstanden werden, deren Krümmung sich proportional zur Kurvenlänge ändert. Unter einer Solltrajektorie kann eine unter Verwendung der Klothoide oder eines Klothoidenmodells ermittelte Trajektorie verstanden werden, der das Fahrzeug beim Befahren der Fahrspur folgen soll. Die Solltrajektorie kann beispielsweise in Form eines Krümmungswerts oder eines davon abgeleiteten Werts wie einer zeitabhängigen Krümmungsänderung eingelesen werden.
Das Fahrzeug kann sich beim Befahren der Fahrspur auf einer von der Solltrajektorie abweichenden Trajektorie befinden, die auch als Isttrajektorie bezeichnet werden kann. Die Abweichung des Fahrzeugs von der Solltrajektorie kann beispielsweise durch einen Abstand zwischen einem Ursprung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems und einem Ursprung eines spurfesten Koordinatensystems definiert sein. Ein Parameter kann ein Wert sein, der beispielsweise eine Position oder Positionsveränderung des Fahrzeugs relativ zur Fahrspur, etwa relativ zu den Spurbegrenzungen oder zur Spurmitte, wiedergibt und von einer Krümmung oder Krümmungsänderung der Fahrspur abhängig sein kann. Der Parameter kann beispielsweise durch einen Sensor oder eine Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs bereitgestellt sein.
Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass zur fahrdynamischen Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere zur Querführung während einer Kurvenfahrt, ein menschliches Lenkverhalten auf der Basis eines Klothoidenmodells mit verhältnismäßig geringem Rechenaufwand nachgebildet werden kann. Je nach Ausführungsform kann das Klothoidenmodell beispielsweise zur Berechnung einer Soll- oder Isttrajektorie des Fahrzeugs sowie einer Abweichung zwischen diesen beiden Trajektorien dienen. Die ermittelte Abweichung kann nun als Eingangsgröße zur Steuerung und/oder Regelung eines Lenkverhaltens des Fahrzeugs verwendet werden, durch die das Fahrzeug auf die Solltrajektorie gelenkt oder auf der Solltrajektorie gehalten werden kann.
Ein derartiges Verfahren zur Steuerung lateraler Fahrzeugbewegungen kann mithilfe eines sehr einfachen und robusten Aufbaus realisiert werden und durch eine entsprechend leicht und intuitiv beherrschbare Software im Fahrzeug appliziert werden. Damit eignet sich das Verfahren besonders gut für den Serieneinsatz.
Das Verfahren bietet den Vorteil einer hohen Leistungsfähigkeit über einen großen Geschwindigkeitsbereich, d. h. sowohl bei niedrigen als auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten, und bei verschiedenen Kurvenradien, d. h. sowohl auf gerader als auch auf kurviger Fahrstrecke. Die oft langwierige und schwierige Einstellung von Parametern, die erforderlich sein kann, um eine gute Leistungsfähigkeit unter verschiedenen Bedingungen zu erreichen, kann damit entfallen.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens als der Parameter ein lateraler Anfangsversatz des Fahrzeugs zur Solltrajektorie eingelesen werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Gierwinkel, eine Gierrate oder eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs eingelesen werden. Unter einem lateralen Anfangsversatz kann etwa ein geringstmöglicher Anfangsabstand zwischen dem Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems und dem Ursprung des spurfesten Koordinatensystems verstanden werden. Beispielsweise kann der Ursprung des spurfesten Koordinatensystems auf der Solltrajektorie liegen und der Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems einem Mittelpunkt einer Hinterachse des Fahrzeugs entsprechen. Der Gierwinkel kann einem Winkel zwischen dem spurfesten und dem fahrzeugfesten Koordinatensystem entsprechen. Unter einer Gierrate kann eine Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Fahrzeugs um seine Hochachse, auch Gierachse genannt, verstanden werden. Durch diese Ausführungsform kann die Abweichung anhand weniger Parameter schnell und präzise berechnet werden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Bestimmens unter Verwendung der Längsgeschwindigkeit eine Isttrajektorie des Fahrzeugs bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Isttrajektorie unter Verwendung der Gierrate bestimmt werden. Je nach Ausführungsform kann der Abweichungswert ferner unter Verwendung der Isttrajektorie oder eines von der Isttrajektorie abgeleiteten Werts, etwa einer Krümmungsänderung der Isttrajektorie, bestimmt werden. Wie weiter oben erwähnt, kann unter einer Isttrajektorie eine tatsächliche Trajektorie des Fahrzeugs verstanden werden. Ein Straßenverlauf und eine Eigenbewegung des Fahrzeugs lassen sich somit in Übereinstimmung mit einem intuitiven Fahrverhalten eines Fahrers des Fahrzeugs nachbilden. Wie im Fall der Solltrajektorie lässt sich eine Krümmung der Isttrajektorie oder der von der Isttrajektorie abgeleitete Wert, also eine Änderung ihrer Krümmung, auf Basis der Klothoide oder des Klothoidenmodells mit geringem Rechenaufwand ermitteln.
Es kann im Schritt des Bestimmens als der Abweichungswert ein lateraler Versatz des Fahrzeugs zur Solltrajektorie bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Bestimmens als der Abweichungswert ein Korrekturrotationswinkel zum Lenken des Fahrzeugs auf die Solltrajektorie bestimmt werden. Unter einem lateralen Versatz kann ein geringstmöglicher Endabstand zwischen den Ursprüngen der beiden Koordinatensysteme nach Zurücklegen einer vorbestimmten Wegstrecke verstanden werden, die auch als Vorhersagedistanz bezeichnet werden kann. Unter einem Korrekturrotationswinkel kann ein Rotationswinkel verstanden werden, um den sich das Fahrzeug drehen muss, um der Solltrajektorie zu folgen. Durch einen solchen Abweichungswert lässt sich die Abweichung mit wenigen Rechenschritten eindeutig bestimmen.
Besonders günstig ist es, wenn im Schritt des Bestimmens der laterale Versatz unter Verwendung der Gleichung
bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Korrekturrotationswinkel unter Verwendung der Gleichung
bestimmt werden. Dabei repräsentiert

⌷y_pred: den lateralen Versatz,
Δy_act: den Anfangsversatz,
θ: den Gierwinkel,
d_pred: die vorgegebene Wegstrecke zum Bestimmen des lateralen Versatzes,
κ_des: die Krümmung der Solltrajektorie,
κ ._des: die Krümmungsänderung der Solltrajektorie,
κ_act: die Krümmung der Isttrajektorie,
κ ._act: die Krümmungsänderung der Isttrajektorie und
⌷: den Korrekturrotationswinkel.

Das Verfahren kann mit einem Schritt des Regelns der Lenkung unter Verwendung des Steuersignals vorgesehen sein. Dabei kann der Abweichungswert gegen null geregelt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zur Regelung der Lenkung ein verhältnismäßig einfacher und entsprechend robuster Regler, etwa ein PID-Regler, verwendet werden kann.
Es kann im Schritt des Einlesens als die Solltrajektorie eine Trajektorie eingelesen werden, die je nach Ausführungsform aus einer unter Verwendung der Klothoide angenäherten linken Spurbegrenzung oder einer unter Verwendung der Klothoide angenäherten rechten Spurbegrenzung der Fahrspur gebildet sein kann. Beispielsweise kann die Krümmung der Solltrajektorie durch arithmetische Mittelung aus einer Krümmung der linken Spurbegrenzungen und einer Krümmung der rechten Spurbegrenzung gebildet sein. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine einer Spurmitte der Fahrspur entsprechende Solltrajektorie bestimmen.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn im Schritt des Bestimmens unter Verwendung der Solltrajektorie ferner ein Vorsteuerungswert bestimmt wird, wobei im Schritt des Bereitstellens das Steuersignal ferner unter Verwendung des Vorsteuerungswerts bereitgestellt werden kann. Unter einem Vorsteuerungswert kann beispielsweise ein Vorsteuerungswinkel, etwa ein sogenannter Ackermann-Winkel, verstanden werden. Dadurch kann das Lenkverhalten des Fahrzeugs verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens ferner ein Lenkradwinkel eingelesen werden. In einem Schritt des Ermittelns kann unter Verwendung des Abweichungswerts ein Solllenkradwinkel ermittelt werden, der im Schritt des Bereitstellens neben dem Lenkradwinkel verwendet werden kann, um das Steuersignal bereitzustellen. Insbesondere kann das Steuersignal ein Lenkmoment repräsentieren. Unter einem Solllenkradwinkel kann ein Lenkradwinkel verstanden werden, den das Fahrzeug aufweisen muss, um auf die Solltrajektorie gelenkt zu werden. Unter einem Lenkradwinkel kann ein tatsächlicher Lenkradwinkel des Fahrzeugs verstanden werden. Durch diese Ausführungsform wird eine zuverlässige, einfache und genaue Ansteuerung der Lenkung des Fahrzeugs ermöglicht.
Das Lenkverhalten des Fahrzeugs kann weiter verbessert werden, wenn im Schritt des Ermittelns der Solllenkradwinkel ferner unter Verwendung des Vorsteuerwerts ermittelt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kurvenfahrt eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockschaltbild eines Spurhaltesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kurvenfahrt eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 100 befindet sich auf einer gekrümmten Fahrspur 104, die beispielhaft durch eine linke Spurbegrenzung 106 und eine rechte Spurbegrenzung 108 begrenzt ist. Eine Spurmitte zwischen den beiden Spurbegrenzungen 106, 108 ist durch eine gestrichelte Linie markiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Spurmitte einer Solltrajektorie 110 des Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 fährt entlang einer zwischen der Solltrajektorie 110 und der rechten Spurbegrenzung 108 verlaufenden Isttrajektorie 112. In 1 sind beispielhaft eine erste Position und eine zweite Position des Fahrzeugs 100 auf der Isttrajektorie 112 eingezeichnet, wobei die zweite Position eine durch die Vorrichtung 102 vorherbestimmbare Position des Fahrzeugs 100 repräsentiert.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 100 ausgebildet, um die Solltrajektorie 110 unter Verwendung einer Klothoide oder eines Klothoidenmodells zu ermitteln und entsprechende Klothoidenparameter an die Vorrichtung 102 zu übertragen.
Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um die Solltrajektorie 110 sowie einen auf eine Fahrt des Fahrzeugs 100 auf der Fahrspur 104 bezogenen Parameter einzulesen, hier beispielhaft einen lateralen Anfangsversatz Δy_act und einen Gierwinkel θ des Fahrzeugs 100, und unter Verwendung der Solltrajektorie 110 und der Parameter Δy_act, θ einen Abweichungswert ⌷y_pred zu bestimmen.
Der Anfangsversatz Δy_act repräsentiert einen lateralen Versatz, den das Fahrzeug 100 in der ersten Position auf der Isttrajektorie 112 relativ zur Solltrajektorie 110 aufweist. Der Abweichungswert ⌷y_pred repräsentiert einen voraussichtlichen lateralen Versatz, den das Fahrzeug 100 nach Zurücklegen einer vorgegebenen Wegstrecke d_pred, auch Vorhersagedistanz genannt, in der zweiten Position auf der Isttrajektorie 112 aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel repräsentieren der Anfangsversatz Δy_act und der Abweichungswert ⌷y_pred jeweils einen geringstmöglichen Abstand zwischen einem auf der Solltrajektorie 110 liegenden Ursprung eines spurfesten Koordinatensystems 114, auch Spurbegrenzungskoordinatensystem genannt, und einem den Mittelpunkt einer Hinterachse des Fahrzeugs 100 repräsentierenden Ursprung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems 116, auch Fahrzeugkoordinatensystem genannt. Zusätzlich repräsentiert der Abweichungswert ⌷y_pred einen Korrekturrotationswinkel ⌷.
Durch den Korrekturrotationswinkel ⌷ wird eine Drehung des Fahrzeugs 100 um eine durch den Mittelpunkt der Hinterachse verlaufende Gierachse des Fahrzeugs 100 definiert. Die Drehung um den Korrekturrotationswinkel ⌷ repräsentiert eine Kurskorrektur, durch die das Fahrzeug 100 von der Isttrajektorie 112 auf die Solltrajektorie 110 gelenkt wird.
Der Gierwinkel θ entspricht einem Winkel zwischen einer x-Achse des spurfesten Koordinatensystems 114 und einer x-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems 116, wobei die x-Achse des spurfesten Koordinatensystems 114 in Richtung der Solltrajektorie 110 und die x-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems 116 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 zeigt. Der Ursprung des spurfesten Koordinatensystems 114 entspricht dabei demjenigen Punkt auf der Solltrajektorie 110, der den geringsten Abstand zum Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems 116 aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 100 ausgebildet, um zur Steuerung seiner lateralen Position seine aktuelle Position und Orientierung in Bezug auf die Fahrspur 104 zu erfassen, beispielsweise mithilfe einer Umfeldsensorik wie einer Videokamera oder eines Laserscanners (Velo-Dyn). Mittels der Umfeldsensorik ist es möglich, die beiden Spurbegrenzungen 106, 108 zu ermitteln, bei denen es sich beispielsweise um Spurmarkierungen, Bordsteinkanten o. Ä. handelt. Darüber hinaus ist es möglich, eine Sollfahrspur anhand anderer Fahrzeuge abzuschätzen, etwa in einer Stausituation, in der die Markierungen nicht gut sichtbar sind.
Die Spurbegrenzungen 106, 108 sind beispielsweise mithilfe von Klothoidenmodellen approximiert. Üblicherweise wird dabei ein linearer Verlauf der Krümmung angenommen: κ₁ = κ₀ + κ .·s wobei κ₀ eine Anfangskrümmung und κ₁ eine Krümmung in einem Abstand s repräsentiert.
Zusätzlich ist das Fahrzeug 100 ausgebildet, um den lateralen Anfangsversatz Δy_act sowie den Gierwinkel θ, der eine aktuelle Orientierung des Fahrzeugs 100 repräsentiert, zu messen. Durch arithmetische Mittelung ist es möglich, die Klothoidenparameter der Spurmitte zu berechnen, die beispielsweise als Solltrajektorie 110 verwendet wird.
Um die Isttrajektorie 112 des Fahrzeugs 100 zu schätzen, kann die Vorrichtung 102 je nach Ausführungsform ausgebildet sein, um eine von einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs 100 bereitgestellte, Offset-kompensierte Gierrate oder eine aus einem optischen Fluss errechnete Gierrate als Eingangssignal zu verarbeiten. Eine Krümmung der Isttrajektorie 112 kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei v_ego eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert. Die Isttrajektorie 112 kann ähnlich der Solltrajektorie 110 und den Spurbegrenzungen 106, 108 auf der Basis einer Klothoide oder eines Klothoidenmodells ermittelt sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 102 ausgebildet, um den voraussichtlichen Abstand ⌷y_pred mithilfe von Klothoidenformeln für eine bestimmte Vorhersagedistanz d_pred unter Verwendung der folgenden Gleichung zu ermitteln:
wobei

κ_des: eine Krümmung der Solltrajektorie 110,
κ ._des: eine Krümmungsänderung der Solltrajektorie 110,
κ_act: eine Krümmung der Isttrajektorie 112 und
κ ._act: Krümmungsänderung der Isttrajektorie 112 repräsentiert.

Der Korrekturrotationswinkel ⌷ ist unter Verwendung der folgenden Geleichung durch die Vorrichtung 102 bestimmbar:
wobei die Wegstrecke d_pred gleich dem Produkt aus Längsgeschwindigkeit v_ego und einer vorgegebenen Vorhersagezeit t_pred von beispielsweise 1 s ist: d_pred = v_ego·t_pred
Die Vorrichtung 102 dient prinzipiell der Nachbildung des menschlichen Lenkverhaltens. Der Mensch schätzt den Straßenverlauf und die Eigenbewegung eines Fahrzeugs intuitiv. Dabei versucht er, das Fahrzeug so zu steuern, dass der Abweichungswert Δy_pred bzw. Θ null wird, sodass das Fahrzeug entlang der Solltrajektorie 110, etwa entlang einer Spurmitte, fährt. Dieses Verhalten wird durch die Vorrichtung 102 insofern nachgebildet, als dass unter Verwendung des Abweichungswerts ⌷y_pred bzw. ⌷, genauer eines auf dem Abweichungswert ⌷y_pred bzw. ⌷ basierenden Steuersignals, eine Lenkung des Fahrzeugs 100 derart ansteuerbar ist, dass der Abweichungswert ⌷y_pred bzw. ⌷ gegen null geht, wie weiter unten näher beschrieben.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Spurhaltesystems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Spurhaltesystem 200 umfasst die Vorrichtung 102 sowie eine Fahrspurerfassungseinrichtung 202. Die Fahrspurerfassungseinrichtung 202 ist ausgebildet, um den Anfangsversatz Δy_act, den Gierwinkel κ sowie die Krümmung κ_des und die Krümmungsänderung κ ·_des der Solltrajektorie 110 zu ermitteln und als Eingangssignale an eine Trajektorienverarbeitungseinheit 204 der Vorrichtung 102 zu übertragen. Die Trajektorienverarbeitungseinheit 204 ist ausgebildet, um ferner die Krümmung κ_act und die Krümmungsänderung κ .act der Isttrajektorie sowie die Längsgeschwindigkeit v_ego als Eingangssignale zu empfangen und unter Verwendung dieser Eingangssignale je nach Ausführungsform den lateralen Versatz ⌷y_pred oder den Korrekturrotationswinkel Θ zu bestimmen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 102 mit einem Querpositionsregler 206 realisiert, der dazu dient, unter Verwendung der Abweichungswerte ⌷y_pred, Θ einen Solllenkradwinkel ω_des zu bestimmen und an einen Lenkungsregler 208 der Vorrichtung 102 zu senden. Der Lenkungsregler 208 ist ausgebildet, um zusätzlich zum Solllenkradwinkel ω_des einen tatsächlichen Lenkradwinkel ω_act des Fahrzeugs zu empfangen und unter Verwendung der beiden Lenkradwinkel ein Steuersignal M_des zu erzeugen, das der Ansteuerung der Lenkung des Fahrzeugs dient. Das Steuersignal M_des repräsentiert beispielsweise ein Lenkmoment, das so bestimmt sein kann, dass der Lenkradwinkel ω_act möglichst schnell und genau dem Solllenkradwinkel ⌷_des folgt. Der Lenkungsregler 208 ist beispielsweise als PID-Regler ausgeführt.
Die Vorrichtung 102 umfasst ferner eine optionale Vorsteuereinrichtung 210, die ausgebildet ist, um von der Trajektorienverarbeitungseinrichtung 204 die Krümmung κ_des der Solltrajektorie zu empfangen und unter Verwendung der Krümmung κ_des einen Vorsteuerungswert zu generieren, der beispielsweise bei der Bestimmung des Solllenkradwinkels ω_des berücksichtigt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Querpositionsregler 206 als PID-Regler realisiert und ausgebildet, um Δy_pred bzw. Θ gegen null zu regeln. Die Verstärkungsfaktoren können krümmungsabhängig gewählt sein.
Die optionale Vorsteuereinrichtung 210 dient beispielsweise zur Berechnung des sogenannten Ackermann-Winkels, der gleich dem Produkt aus Achsabstand und Krümmung ist. Alternativ ist es möglich, einen Vorsteuerungswinkel mithilfe der sogenannten charakteristischen Geschwindigkeit oder direkt mithilfe des Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs zu berechnen. Dies ist jedoch in der Praxis nicht unbedingt erforderlich.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 zum Führen eines Fahrzeugs auf einer Fahrspur kann beispielsweise von einer Vorrichtung, wie sie vorangehend anhand der 1 und 2 beschrieben ist, durchgeführt, angesteuert bzw. umgesetzt werden. In einem Schritt 302 werden zunächst eine Solltrajektorie zum Führen des Fahrzeugs sowie zumindest ein auf eine Fahrt des Fahrzeugs auf der Fahrspur bezogener Parameter eingelesen. Dabei repräsentiert die Solltrajektorie eine unter Verwendung einer Klothoide oder eines Klothoidenmodells ermittelte Trajektorie, die beispielsweise einer Spurmitte der Fahrspur oder im weitesten Sinne einer Ideallinie entspricht, der das Fahrzeug beim Befahren der Fahrspur folgen soll. Beispielsweise kann im Schritt 302 ein die Solltrajektorie repräsentierender Krümmungswert oder ein davon abgeleiteter Wert als die Solltrajektorie eingelesen werden. Unter Verwendung der im Schritt 302 eingelesenen Eingangssignale wird in einem Schritt 304 ein Abweichungswert bestimmt, der eine Abweichung des Fahrzeugs von der Solltrajektorie repräsentiert. In einem weiteren Schritt 306 wird unter Verwendung des Abweichungswerts ein Steuersignal zum Steuern einer Lenkung des Fahrzeugs bereitgestellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 302 eine Längsgeschwindigkeit oder eine Gierrate des Fahrzeugs als Parameter eingelesen, wobei im Schritt 304 unter Verwendung dieser Parameter zunächst eine Isttrajektorie des Fahrzeugs und anschließend unter Verwendung der Isttrajektorie der Abweichungswert bestimmt wird.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Verfahren (300) zum Führen eines Fahrzeugs (100) auf einer Fahrspur (104), wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst: Einlesen (302) einer unter Verwendung einer Klothoide ermittelten Solltrajektorie (110) zum Führen des Fahrzeugs (100) und zumindest eines auf eine Fahrt des Fahrzeugs (100) auf der Fahrspur (104) bezogenen Parameters (Δy_act, θ); Bestimmen (304) eines Abweichungswerts (⌷y_pred, ⌷) einer Abweichung des Fahrzeugs (100) von der Solltrajektorie (110) unter Verwendung der Solltrajektorie (110) und des Parameters (Δy_act, θ, v_ego); und Bereitstellen (306) eines Steuersignals (M_des) zum Steuern und/oder Regeln einer Lenkung des Fahrzeugs (100) unter Verwendung des Abweichungswerts (⌷y_pred, ⌷).
Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (302) als der Parameter ein lateraler Anfangsversatz (Δy_act) des Fahrzeugs (100) zur Solltrajektorie (110) und/oder ein Gierwinkel (θ) des Fahrzeugs (100) und/oder eine Gierrate des Fahrzeugs (100) und/oder eine Längsgeschwindigkeit (v_ego) des Fahrzeugs (100) eingelesen wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (304) unter Verwendung der Längsgeschwindigkeit (v_ego) und/oder der Gierrate eine Isttrajektorie (112) des Fahrzeugs (100) bestimmt wird, wobei der Abweichungswert (⌷y_pred, ⌷) ferner unter Verwendung der Isttrajektorie (112) und/oder eines von der Isttrajektorie (112) abgeleiteten Werts (κ ._act) bestimmt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (304) als der Abweichungswert ein lateraler Versatz (⌷y_pred) des Fahrzeugs (100) zur Solltrajektorie (110) und/oder ein Korrekturrotationswinkel (⌷) zum Lenken des Fahrzeugs (100) auf die Solltrajektorie (110) bestimmt wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (304) der laterale Versatz (⌷y_pred) unter Verwendung der Gleichung
und/oder der Korrekturrotationswinkel (⌷) unter Verwendung der Gleichung
bestimmt wird, wobei ⌷y_pred den lateralen Versatz, Δy_act den Anfangsversatz, θ den Gierwinkel, d_pred eine vorgegebene Wegstrecke zum Bestimmen des lateralen Versatzes, κ_des eine Krümmung der Solltrajektorie (110), κ ._des eine Krümmungsänderung der Solltrajektorie (110), κ_act eine Krümmung der Isttrajektorie (112), κ ._act eine Krümmungsänderung der Isttrajektorie (112) und ⌷ den Korrekturrotationswinkel repräsentiert.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Regelns der Lenkung unter Verwendung des Steuersignals (M_des), wobei der Abweichungswert (⌷y_pred, ⌷) gegen null geregelt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (302) als die Solltrajektorie (110) eine Trajektorie eingelesen wird, die, insbesondere durch arithmetische Mittelung, aus einer unter Verwendung der Klothoide angenäherten linken Spurbegrenzung (106) und/oder einer unter Verwendung der Klothoide angenäherten rechten Spurbegrenzung (108) der Fahrspur (104) gebildet ist.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (304) unter Verwendung der Solltrajektorie (110) ferner ein Vorsteuerungswert bestimmt wird, wobei im Schritt des Bereitstellens (306) das Steuersignal (M_des) ferner unter Verwendung des Vorsteuerungswerts bereitgestellt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (302) ferner ein Lenkradwinkel (ω_act) eingelesen wird, wobei in einem Schritt des Ermittelns unter Verwendung des Abweichungswerts (⌷y_pred, ⌷) ein Solllenkradwinkel (ω_des) ermittelt wird, wobei im Schritt des Bereitstellens (306) das Steuersignal (M_des) unter Verwendung des Solllenkradwinkels (ω_des) und des Lenkradwinkels (ω_act) bereitgestellt wird, insbesondere wobei das Steuersignal (M_des) ein Lenkmoment repräsentiert.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns der Solllenkradwinkel (ω_des) ferner unter Verwendung des Vorsteuerwerts ermittelt wird.
Vorrichtung (102), die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.