DE102018203617A1

DE102018203617A1 - Verfahren zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung und Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik

Info

Publication number: DE102018203617A1
Application number: DE102018203617.9A
Authority: DE
Inventors: Mehrdad Salari Khaniki; Stephan Pollmeyer; Eckehard Münch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-12
Also published as: WO2019170346A1

Abstract

Bei einem Verfahren (V) zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung (1) für wenigstens ein Fahrerassistenzsystem (2) eines Fahrzeugs (3) werden Eigenschaften (4) des Fahrzeugs (3) abgefragt, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung (1) relevant sind. Randbedingungen (5) für das Fahrzeug (3), die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung (1) relevant sind, werden von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) bereitgestellt. Aktuelle Begrenzungen (7) werden von wenigstens einem Aktuator (8) des Fahrzeugs (3) abgefragt. Ausgehend von den Eigenschaften (4) des Fahrzeugs (3), von den Randbedingungen (5) und von den aktuelle Begrenzungen (7) des wenigstens einen Aktuators (8) wird eine Trajektorien-Limitierung (1) berechnet. Diese Trajektorien-Limitierung (1) wird dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) zur Verfügung gestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik mit den Merkmalen nach Anspruch 7, eine Steuervorrichtung zur Regelung einer Fahrdynamik mit den Merkmalen nach Anspruch 8, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen nach Anspruch 9, ein Computerlesbares Medium mit den Merkmalen nach Anspruch 10, und ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 11.
Ein Fahrzeug hat fahrdynamische Grenzen. Diese Grenzen lassen sich z.B. bezüglich der Querdynamik über eine maximal darstellbare Querbeschleunigung oder eine maximale Krümmung beschreiben, bezüglich der Längsdynamik existieren maximale darstellbare Längsbeschleunigungen und -geschwindigkeiten. Diese Grenzen werden durch verschiedene Aspekte bestimmt. Als Beispiele seien Reifen- und Fahrbahneigenschaften, aber auch Aktuator-Eigenschaften (z.B. verfügbare Antriebsmomente oder darstellbare Lenkwinkel oder -momente) genannt. Zudem sind längs- und querdynamische Grenzen über die Reifen miteinander gekoppelt. So kann bei einer Kurvenfahrt mit konstanter Geschwindigkeit eine höhere Querbeschleunigung stationär gefahren werden als bei einer beschleunigten Kurvenfahrt.
Bei autonom fahrenden Fahrzeugen oder Fahrzeugen mit Fahrerassistenzsystemen wird eine Soll-Trajektorie von einem Algorithmus prädiktiv berechnet, d. h. geplant. Ein Regler setzt diese Soll-Trajektorie in Stellbefehle für die Aktuatoren des Fahrzeugs um. Dabei wird die aktuelle Fahrzeugposition kontinuierlich berücksichtigt und bei Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Trajektorie korrigierend über die Aktuatoren eingegriffen. Bei der Planung der Soll-Trajektorie müssen die fahrdynamischen Grenzen des Fahrzeugs inklusive aller relevanten Teilsysteme berücksichtigt werden.
Bei der Schätzung der fahrdynamischen Grenzen müssen vielfältige Informationen verfügbar sein, z. B. Fahrbahn- und Reifeneigenschaften, Lenk- und Getriebeübersetzungen, Eigenschaften des Antriebsmotors, verfügbare Momente des Lenkaktuators, Fahrzeugmasse und -geometrie sowie Eigenschaften des Fahrwerks. Zusätzlich können Informationen über z. B. rechtliche Randbedingungen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Überholverbote, oder über Komfort-Randbedingungen, wie z. B. eine Dämpfung oder Federung, in diese Schätzung miteinbezogen werden. Die Beschreibung der fahrdynamischen Grenzen können in dem Planungsverfahren, z. B. in Form von Modellen oder einfachen (heuristischen) Kennlinien abgebildet werden.
Die Applikation der Schätzung der fahrdynamischen Grenzen in dieser Art ist sicherheitskritisch. Wird beispielsweise während der Fahrzeugentwicklung die Lenkübersetzung geändert und wird diese Information dem Algorithmus zur Soll-Trajektorien-Planung nicht mitgeteilt, werden falsche fahrdynamische Grenzen bestimmt. Die Applikation der Schätzung der fahrdynamischen Grenzen nach der eben beschriebenen Art ist zudem sehr aufwendig: Die Anzahl von Fahrzeugderivaten auf einer Fahrzeugplattform sowie die mögliche Ausstattungsvarianten (z.B. bezüglich der Aktuator-Kombinationen) nimmt stetig zu. Zudem wird in modernen Fahrzeugen eine steigende Anzahl von Fahrerassistenzsystemen verbaut, in welchen stets die fahrdynamischen Grenzen berechnet werden müssen.
Aus DE 10 2015 216 236 A1 ist ein Verfahren zur Spurführung eines autonom fahrenden Fahrzeuges bekannt. Dabei soll der maximal mögliche Kraftschluss zur Spurführung ausgenutzt werden. Dazu wird eine die laterale Bahnführung beeinflussende Größe in Abhängigkeit von erkanntem Untersteuerverhalten des Fahrzeuges begrenzt und/oder geregelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Möglichkeit aufzuzeigen, fahrdynamische Grenzen von Fahrerassistenzsystemen zu berechnen und diese bei der Soll-Trajektorien-Planung zu berücksichtigen. Zudem soll das Verfahren weniger Zeit und Rechenleistung in Anspruch nehmen als aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe vor: ein Verfahren zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik nach Anspruch 7, eine Steuervorrichtung zur Regelung einer Fahrdynamik nach Anspruch 8, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9, ein Computerlesbares Medium nach Anspruch 10, und ein Fahrzeug nach Anspruch 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einem Verfahren zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung für wenigstens ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs werden Eigenschaften des Fahrzeugs abgefragt, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung relevant sind. Randbedingungen für das Fahrzeug werden von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem bereitgestellt. Dabei werden nur diejenigen Randbedingungen bereitgestellt, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung relevant sind. Aktuelle Aktuator-Begrenzungen werden von wenigstens einem Aktuator des Fahrzeugs abgefragt. Ausgehend von den Eigenschaften des Fahrzeugs, von den Randbedingungen d und von den aktuelle Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators wird eine Trajektorien-Limitierung berechnet. Diese Trajektorien-Limitierung wird dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem zur Verfügung gestellt. Das Fahrzeug kann dabei beispielsweise ein PKW, NKW oder anderes Landfahrzeug, aber auch ein Wasserfahrzeug oder ein Flugzeug sein. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Landfahrzeug.
Eine Trajektorien-Limitierung ist dabei als eine fahrdynamische Grenze des Fahrzeugs zu verstehen. Das heißt, dass das Fahrzeug vorbestimmte Grenzen bezüglich seiner Fahrdynamik aufweist. Das Fahrzeug kann sich also nur innerhalb dieser fahrdynamischen Grenzen sicher und zuverlässig bewegen. Diese Trajektorien-Limitierung wird von dem Fahrerassistenzsystem genutzt, um festzulegen, wie dieses die Soll-Trajektorie des Fahrzeugs plant, z. B. um ein Ausweichmanöver um ein Hindernis, ein Bremsmanöver, ein Wechseln einer Fahrspur, ein Halten einer Fahrspur o. ä automatisiert oder autonom durchzuführen. Die Soll-Trajektorie ist daher die Trajektorie, auf der sich das Fahrzeug im weiteren Fahrtverlauf bewegen soll. Das Fahrerassistenzsystem ist dabei derart ausgeformt, dass dieses eine Soll-Trajektorien-Planung des Fahrzeugs durchführen kann und beispielsweise automatisiert oder autonom ein Fahrmanöver durchführt. Die Trajektorien-Limitierung wird dabei nicht von dem Fahrerassistenzsystem selbst berechnet, sondern in einer Steuervorrichtung, die nicht Bestandteil des Fahrerassistenzsystems ist, jedoch mit diesem verbunden oder verknüpft sein kann.
Bei dem Verfahren werden Eigenschaften des Fahrzeugs abgefragt. Die Eigenschaften können z. B. statische oder quasi-statische Eigenschaften des Fahrzeugs sein, z. B. diejenigen Eigenschaften, die sich nicht oder geringfügig während des Fahrbetriebs ändern, sondern durch die Ausformung des Fahrzeugs bedingt sind. Diese Eigenschaften ändern sich nicht oder nur äußerst langsam oder nur in unerheblicher Art und Weise über die Zeit. Die statischen oder quasi-statischen Eigenschaften sind dabei für jedes individuelle Fahrzeug charakteristisch, d. h. jedes Fahrzeug kann andere statische oder quasi-statische Eigenschaften aufweisen. Diese statischen Eigenschaften sind beispielweise Radstand, maximal und minimal möglicher Lenkwinkel, Fahrzeuglänge, Fahrzeugbreite, Fahrzeughöhe oder andere statische Eigenschaften. Diese quasi- statischen Eigenschaften sind beispielweise Fahrzeugmasse, Reifeneigenschaften, Fahrzeuglänge, Fahrzeugbreite, Fahrzeughöhe oder andere quasi-statische Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind beispielsweise in einem Speicher der Steuervorrichtung abgelegt und können von diesem Speicher abgefragt werden.
Weiterhin werden die Randbedingungen für das Fahrzeug von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem bereitgestellt. Das heißt, die Randbedingungen werden von dem Fahrerassistenzsystem an die Steuervorrichtung übermittelt. Derartige Randbedingungen können beispielsweise fahrdynamische Randbedingungen, rechtliche Randbedingungen und/oder Komfort- Randbedingungen sein. Fahrdynamische Randbedingungen sind diejenigen Randbedingungen, die sich während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs ändern können. Diese können z. B. mittels Sensoren des Fahrzeugs ermittelt und an das Fahrerassistenzsystem weitergeleitet werden. Dabei werden z. B. nur die fahrdynamischen Randbedingungen weitergeleitet, die für die Soll-Trajektorien-Planung mittels des Fahrerassistenzsystems benötigt werden. Diese fahrdynamischen Randbedingungen können beispielsweise eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, ein Lenkmoment des Fahrzeugs, ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs, ein aktueller Lenkwinkel des Fahrzeugs, Raddrehzahlen des Fahrzeugs oder weitere geeignete fahrdynamische Randbedingungen sein.
Rechtliche Randbedingungen sind diejenigen Randbedingungen, die durch beispielsweise eine Verordnung oder ein Gesetzt festgelegt werden können. Beispielsweise kann dies eine vorgegebene Geschwindigkeitsbegrenzung sein, die z. B. mittels einer Straßenschilderkennung erkannt wird. Komfort-Randbedingungen sind diejenigen Randbedingungen, die direkten Einfluss auf das Komfort-Empfinden eines Fahrzeugnutzers haben, beispielsweise eine Dämpfung oder eine Federung des Fahrzeugs.
Beispielsweise kann bei der Soll-Trajektorien-Planung für eine zukünftige Kurvenfahrt eine aktuelle Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs vom Fahrerassistenzsystem bereitgestellt werden, so dass als Trajektorien-Limitierung eine zugehörige, maximal fahrbare Krümmung der Kurve berechnet werden kann. Als weiteres Beispiel kann bei der Soll-Trajektorien-Planung für eine zukünftige Kurvenfahrt ein Grenzwert für das durch einen Lenkaktuator erzeugte Lenkmomente bereitgestellt werden, so dass als Trajektorien-Limitierung eine maximal mögliche Krümmung der Kurve berechnet werden kann, die ein Lenksystem des Fahrzeugs abstützen kann. Damit kann der Fahrer des Fahrzeugs jederzeit in die Lage versetzt werden, das Fahrerassistenzsystem zu überstimmen.
Weiterhin werden aktuelle Begrenzungen von wenigstens einem Aktuator des Fahrzeugs abgefragt. Selbstverständlich können die aktuellen Begrenzungen mehrerer Aktuatoren des Fahrzeugs abgefragt werden. Genauer gesagt übermittelt eine physische Steuereinrichtung des wenigstens einen Aktuators die aktuellen Begrenzungen an die Steuervorrichtung. Alternativ dazu übermittelt ein Computerprogrammprodukt, das die Aktuator-Steuerung durchführt und das auf der Steuervorrichtung vorliegt, die aktuellen Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators an ein weiteres Computerprogrammprodukt, das auf der Steuervorrichtung vorliegt und das die die Berechnung der Trajektorien-Limitierung durchführt. Vorzugsweise werden nur die Begrenzungen derjenigen Aktuatoren abgefragt, die für die Trajektorien-Limitierung von Belang sind. Der wenigstens eine Aktuator kann beispielsweise ein Aktuator einer Lenkung des Fahrzeugs, einer Bremse des Fahrzeugs, eines Motors des Fahrzeugs, eines Getriebes des Fahrzeugs oder eines anderen Fahrzeugsystems sein. Diese Begrenzung kann beispielsweise ein verfügbares Antriebsmoment, ein maximal erzeugbares Raddrehmoment, ein darstellbarer Lenkwinkelgradient sein oder eine andere geeignete Begrenzung sein.
Vorzugsweise wird die abgefragte Begrenzung derart gewählt, dass diese entkoppelt ist von dem wenigstens einen Aktuator. Das heißt, dass die Steuervorrichtung weniger statische oder quasi-statische Eigenschaften des Fahrzeugs oder Eigenschaften des wenigstens einen Aktuators abfragen oder kennen muss. Wenn beispielsweise als Begrenzung ein maximales Moment des Motors abgefragt wird, müssen auch eine Schaltstrategie und eine Gangübersetzung bekannt sein, um eine maximale Längsbeschleunigung als Trajektorien-Limitierung berechnen zu können. Wird hingegen ein durch den Motor maximal erzeugbares Raddrehmoment als Begrenzung abgefragt, müssen diese zusätzlichen Informationen nicht mehr bekannt sein. Dadurch sinkt die Fehleranfälligkeit.
Ausgehend von den Eigenschaften des Fahrzeugs, von den Randbedingungen für das Fahrzeug und von den aktuellen Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators wird eine Trajektorien-Limitierung berechnet. Dabei kann die bereits beschriebene Abfrage der Eigenschaften, der Randbedingungen und der aktuellen Begrenzungen der Aktuatoren gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Die Trajektorien-Limitierung wird an das Fahrerassistenzsystem weitergeleitet. Diese Berechnung findet in der Steuervorrichtung statt, also nicht in dem Fahrerassistenzsystem. Das Fahrerassistenzsystem erhält lediglich das Ergebnis der Ermittlung der Trajektorien-Limitierung.
Dabei ist es bevorzugt, die Trajektorien-Limitierung von den Fahrzeugsystemen zu entkoppeln. Das heißt, dem Fahrerassistenzsystem müssen dadurch weniger statische oder quasi-statische Eigenschaften des Fahrzeugs oder Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators bekannt sein. Wird als Trajektorien-Limitierung beispielsweise ein maximales Raddrehmoment oder ein maximaler Lenkwinkel ermittelt und an das Fahrerassistenzsystem übermittelt, müssen dem Fahrerassistenzsystem weitere Informationen wie z. B. Fahrzeugmasse und Radstand vorliegen, um eine maximal mögliche Längsbeschleunigung oder eine maximal fahrbare Kurvenkrümmung für die Soll-Trajektorien-Planung zu bestimmen. Wird hingegen als Trajektorien-Limitierung direkt eine maximal mögliche Längsbeschleunigung oder eine maximal fahrbare Kurvenkrümmung berechnet, sind diese weiteren Informationen für das Fahrerassistenzsystem nicht mehr nötig.
Das eben beschriebene Verfahren läuft während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs beispielsweise kontinuierlich ab. Das heißt, dass bei einer Fahrt mit dem Fahrzeug, wenn das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem aktiv ist, das Verfahren stetig genutzt wird, um dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem die Trajektorien-Limitierung für seine Planung der Soll-Trajektorien zur Verfügung zu stellen. Es ist alternativ möglich, dass das beschriebene Verfahren nicht kontinuierlich abläuft. Beispielsweise kann eine Berechnung der Trajektorien-Limitierung nur dann durchgeführt werden, wenn sich die Randbedingungen, beispielsweise die fahrdynamischen Randbedingungen, oder die Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators ändern, z.B. wenn ein E-Motor des Fahrzeugs oder eine Bremse des Fahrzeugs überhitzt ist, oder wenn ein das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem einer neuen Situation ausgesetzt ist.
Vorteilhaft an dem eben beschrieben Verfahren ist, dass das Fahrerassistenzsystem selbst keine Trajektorien-Limitierung für seine Soll-Trajektorien-Planung berechnen muss. Dadurch läuft die Prüfung, ob eine Soll-Trajektorie fahrbar ist, sehr effizient ab. Würde man den Ablauf so gestalten, dass das Fahrerassistenzsystem eine Soll-Trajektorie der Berechnung der Trajektorien-Limitierung zur Prüfung übergibt, könnte das Ergebnis dieser Berechnung negativ ausfallen (d. h. „Trajektorie nicht fahrbar“). Die Soll-Trajektorie kann z. B. als Polynom in Abhängigkeit der Zeit oder in Form von mehreren Punktkoordinaten vorliegen. Das Fahrerassistenzsystem müsste nach dieser negativen Rückmeldung die Soll-Trajektorie korrigieren und erneut zur Prüfung an die Berechnung der Trajektorien-Limitierung geben. Dies würde sich so lange wiederholen, bis die Prüfung positiv ausfällt. Diese iterative Vorgehensweise zur Findung einer fahrbaren Soll-Trajektorie ist bei dem vorgeschlagenen Ansatz nicht notwendig.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Entwicklungs- und Applikationsaufwand reduziert ist im Vergleich zu üblichen Verfahren, da nur an einer Stelle die Trajektorien-Limitierung berechnet wird. Dadurch werden eine notwendige Rechenleistung und somit auch ein Energiebedarf bezogen auf die Gesamtfahrzeugebene reduziert. Dieser Vorteil tritt vor allem dann zu Tage, wenn das Fahrzeug mehrere Fahrerassistenzsysteme aufweist, die parallel arbeiten. Jedes dieser Fahrerassistenzsysteme erhält seine Trajektorien-Limitierung von derselben Steuervorrichtung. Das heißt, jedes Fahrerassistenzsystem lagert seine Rechenleistung an die Steuervorrichtung aus. Damit können z. B. redundante Rechenoperationen vermieden werden. Zudem muss die Berechnung der Trajektorien-Limitierung nur in der Steuervorrichtung an verschiedene Sensorsets, verschiedene Fahrzeug-Konfigurationen und verschiedene statische Fahrzeugeigenschaften angepasst werden, und nicht in jedem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs. Das heißt, dass das Adaptieren sämtlicher Fahrerassistenzsysteme eines Fahrzeugs an eben dieses Fahrzeug bei der Produktion erheblich vereinfacht wird.
Nach einer Ausführungsform wird die die Trajektorien-Limitierung als wenigstens eine Hüllfläche in einem Zustandsraum des Fahrzeugs beschrieben. Diese wenigstens eine Hüllfläche wird mittels einer mathematischen Abbildung beschrieben. Wenigstens ein Parameter der mathematischen Abbildung wird berechnet, wobei dieser Parameter dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) zur Verfügung gestellt wird. Diese Hüllfläche beschreibt einen Grenzbereich, innerhalb dessen sich das Fahrzeug im Fahrzustandsraum bewegen kann. Dadurch lassen sich Verknüpfungen zwischen längsdynamischen und querdynamischen Grenzen des Fahrzeugs abbilden. Die Hüllfläche bezeichnet hierbei die n-1-dimensionale Grenze eines n-dimensionalen Volumens. Die Hüllfläche muss daher nicht zweidimensional sein. Weiterhin kann die Hüllfläche als eine Schnittmenge aus mehreren Hilfs-Hüllflächen ausgebildet sein.
Der Zustandsraum setzt sich beispielsweise aus den verschiedenen Fahrzuständen zusammen, die das Fahrzeug einnehmen kann. Der Fahrzustand kann z. B. über eine Längsgeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung, eine Gierrate, eine Gierbeschleunigung, ein Schwimmwinkel, eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit, o.ä. beschrieben werden. Alternativ zur Gierrate und Gierbeschleunigung (zeitliche Ableitung der Gierrate) können eine Kurvenkrümmung und eine zeitliche Änderung der Kurvenkrümmung den Fahrzustand beschreiben.
Die Hüllfläche besitzt dabei eine vorbestimmte komplexe Geometrie, die sich in Abhängigkeit der Aktuator-Begrenzungen oder anderer Größen, die in der Berechnung der Trajektorien-Limitierung berücksichtigt werden, verändern kann. Vorzugsweise kann die Hüllfläche mittels einer mathematischen Formel beschrieben werden, die die Geometrie dieser Hüllfläche zumindest näherungsweise abbildet. Die Parameter, die in dieser mathematischen Beschreibung enthalten sind, müssen in Abhängigkeiten der Aktuator-Begrenzungen oder anderer Größen, die in die Berechnung der Trajektorien-Limitierungen berücksichtigt werden, berechnet werden. Diese mathematische Abbildung der Hüllfläche ist vorzugsweise in der Steuervorrichtung hinterlegt. Zudem ist die mathematische Abbildung der Hüllfläche jedem relevanten Fahrerassistenzsystem bekannt. Vorteilhafterweise müssen dann zur Übermittlung der Trajektorien-Limitierungen lediglich die aktuellen Werte der Parameter übermittelt werden.
Beispielsweise kann die Hüllfläche als lineares Ungleichungssystem beschrieben sein. Solange die Hüllfläche konvex ist, lässt diese sich durch eine Mehrzahl linearer Ungleichungen approximieren. Das lineare Ungleichungssystem kann dabei die folgende Form aufweisen: $A \cdot x \leq b$

Mit A=Koeffizientenmatrix
x=Vektor
b=Vektor

Derartige Ungleichungen lassen sich mittels bekannter Optimierungsverfahren als lineare Ungleichheitsnebenbedingungen berücksichtigen, z. B. mittels linearer oder quadratischer Optimierungsverfahren, mittels SQP (Quasi-Newton-Verfahren) oder mittels Interior-Point-Verfahren.
Um die Trajektorien-Limitierung zu berechnen, werden die Parameter A und b des Ungleichungssystems in der Steuervorrichtung berechnet und an das Fahrerassistenzsystem weitergeleitet. Dieses wertet das Ungleichungssystem an einem benötigten Betriebspunkt des Fahrzeugs während des Fahrbetriebes aus. Das Ergebnis dieser Auswertung fließt in die Soll-Trajektorien-Planung ein. Mit Hilfe der Ungleichung kann also direkt in der Soll-Trajektorien-Planung überprüft werden, ob ein Fahrzustand fahrbar ist. Eine erneute Berechnung und Übertragung an das Fahrerassistenzsystem muss nur dann erfolgen, wenn sich Größen ändern, die nicht in den Dimensionen der Hülle enthalten sind, z. B. eine Fahrzeugmasse oder ein Reibwert einer Fahrbahn.
Alternativ dazu kann die Hüllfläche beispielsweise mittels eines baumartigen Unterteilungsansatzes beschrieben werden, z. B. mittels Octree, K-D-Baum oder Bounding volume hierarchy. Wiederum alternativ dazu kann die Hüllfläche beispielsweise mittels eines Polynomzugs, z. B. mittels einer Spline-Fläche, beschrieben werden.
Es ist zusätzlich möglich, dass die Hüllfläche nicht nur die Trajektorien-Limitierungen in Abhängigkeit der Fahrzustandsgrößen beschreibt, sondern der Beschreibung zusätzlich weitere Dimensionen hinzugefügt werden. Diese Dimensionen können beispielsweise Größen wie Radmomente eines Antriebsstrangs, eine Fahrzeugmasse oder ein Reibwert sein. Im Allgemeinen können diese Größen diejenigen Größen sein, die bei der Berechnung der Trajektorien-Limitierungen berücksichtigt werden. Dabei sind die Zusammenhänge dieser Größen mit der Berechnung der Trajektorien-Limitierung und die Auswirkungen dieser Größen auf die Trajektorien-Limitierung bekannt. Wird die Beschreibung der Hüllfläche in einer solchen Art erweitert, so kann das Fahrerassistenzsystem bei Kenntnis eines verfügbaren Radmoments (entspricht einer Begrenzung des Antriebsstrangs), des Reibwerts oder der Fahrzeugmasse die die Trajektorien-Limitierung berechnen, ohne dass in der Steuervorrichtung bei Veränderung der relevanten Größen eine neue Hüllfläche berechnet werden muss. Dadurch wird der Rechenaufwand weiter reduziert.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird als aktuelle Begrenzung des wenigstens einen Aktuators eine Bezugsgröße abgefragt, die direkt in die Ermittlung der Trajektorien-Limitierung einfließt. Dadurch wird die bereits beschriebene Entkopplung der abgefragten Begrenzung von dem wenigstens einen Aktuator realisiert. Um die Trajektorien-Limitierung berechnen zu können, wird also eine Größe für die aktuelle Begrenzung des wenigstens einen Aktuators so gewählt, dass keine weiteren Eigenschaften des entsprechenden Aktuators bekannt sein müssen. Beispielsweise kann ein maximal erzeugbares Raddrehmoment als Begrenzung abgefragt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Trajektorien-Limitierung mit einem zusätzlichen Signal zur Zuordnung verknüpft, so dass eine Zuordnung der Trajektorien-Limitierung zu dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem ermöglicht ist. Dieses Zuordnungs-Signal ist dann vorteilhaft, wenn mehrere Fahrerassistenzsysteme des Fahrzeugs auf das Verfahren zum Berechnen der Trajektorien-Limitierung zugreifen. Dabei sind die Fahrerassistenzsysteme gleichzeitig aktiv, beispielsweise ein Spurhalte-Assistent und ein Notbrems-Assistent.
Beispielsweise kann zwischen den Fahrerassistenzsystemen und der Steuervorrichtung eine Koordinationsstelle geschaltet sein. Diese Koordinationsstelle koordiniert die Anfragen bezüglich der Trajektorien-Limitierung der einzelnen Fahrerassistenzsysteme und ordnet diese in einer Reihenfolge, in welcher die Anfragen abgearbeitet werden. Alternativ dazu kann es vorgesehen werden, dass mehrere Instanzen der Ermittlung der Trajektorien-Limitierung vorgesehen werden, die parallel die Trajektorien-Limitierungen für die verschiedenen Fahrerassistenzsysteme berechnen.
Jeder berechneten Trajektorien-Limitierung wird ein spezifisches Zuordnungs-Signal zugeordnet, so dass eindeutig feststellbar ist, welche Trajektorien-Limitierung für welches Fahrerassistenzsystem gedacht ist. Beispielsweise kann jeder Randbedingung, die von einem der Fahrerassistenzsysteme bereitgestellt wird, ein Zahlencode als Zuordnungs-Signal zugeordnet werden. Dieser Zahlencode wird von der Steuervorrichtung zusammen mit der berechneten Trajektorien-Limitierung zurück an das Fahrerassistenzsystem gesendet. Dadurch ist eine eindeutige Zuordnung der Trajektorien-Limitierungen zu den vorgegebenen Randbedingungen möglich.
Vorteilhaft daran ist, dass dieselbe Steuervorrichtung das Verfahren zum Berechnen der Trajektorien-Limitierung für mehrere Fahrerassistenzsysteme durchführen kann. Dadurch wird die notwendige Rechenleistung und somit der Energieverbrauch reduziert.
Bei einem Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik für ein Fahrzeug, wird dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem eine Trajektorien-Limitierung mittels des Verfahrens bereitgestellt, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Die Soll-Trajektorie wird von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem ausgehend von dieser Trajektorien-Limitierung, ausgehend von einer Ist-Position des Fahrzeugs und ausgehend von einem Umgebungsmodell des Fahrzeugs geplant. Das Umgebungsmodell basiert dabei auf den Sensordaten wenigstens eines Umfeld-Sensorsystems des Fahrzeugs. Ausgehend von der Ist-Position und der Soll-Trajektorie werden Stellgrößen für den wenigstens einen Aktuator des Fahrzeugs berechnet. Ausgehend von den Stellgrößen wird der wenigstens eine Aktuator derart angesteuert, dass das Fahrzeug sich entlang der Soll-Trajektorie bewegt.
Die Ist-Position des Fahrzeugs wird mittels eines Systems zur Positionsbestimmung ermittelt, beispielsweise mittels GPS oder mittels eines anderen geeigneten Systems zur Positions- oder Koordinatenbestimmung.
Das Umgebungsmodell des Fahrzeugs bildet die Umgebung des Fahrzeugs ab. Dabei werden Sensordaten wenigstens eines Umfeld-Sensorsystems genutzt, um das Umgebungsmodell zu erstellen. Das wenigstens eine Umfeld-Sensorsystems kann dabei z. B. ein Radar-Sensorsystem, ein Lidar-Sensorsystem, ein Kamerasystem, ein Infrarot-Sensorsystem, ein anderes bildgebendes Sensor-System, ein akustisches Sensorsystem o. ä. sein. Selbstverständlich kann das Fahrzeug mehr als ein Umfeld-Sensorsystem aufweisen, beispielsweise eine Kombination der zuvor genannten Sensorsysteme. Diese können auch mit Kartendaten verknüpft sein. In dem Umgebungsmodell wird demnach dargestellt, wie der Straßenverlauf auf der Fahrstrecke des Fahrzeugs ist, welche Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs vorhanden sind, welche Steigung oder welches Gefälle vorliegt, welche Wetterverhältnisse vorherrschen etc. Das heißt, dass Umgebungsmodell enthält sämtliche Informationen, die das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem benötigt, um die Soll-Trajektorie zu planen. Das Umgebungsmodell kann in einem zentralen Steuergerät ((Domain-) ECU) vorliegen und an das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem übermittelt werden.
Das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem nutzt das Umgebungsmodell, die Trajektorien-Limitierung und die Ist-Position, um die Soll-Trajektorie zu planen. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem ein Ausweichmanöver um ein Hindernis herum, ein Einscheren auf eine Fahrspur, ein Halten der Fahrspur, ein Überholmanöver o. ä. planen
Die Soll-Trajektorie und die Ist-Position werden von der Steuervorrichtung genutzt, um Stellgrößen für den wenigstens einen Aktuator des Fahrzeugs zu berechnen. Die Stellgrößen können beispielsweise von einem Fahrdynamikregler der Steuervorrichtung berechnet werden. Die Stellgrößen sind dabei derart gewählt, dass diese sich innerhalb der Begrenzungen des wenigstens einen Aktuators befinden. Diese Stellgrößen werden genutzt, um den wenigstens einen Aktuator derart anzusteuern, dass das Fahrzeug sich entlang der Soll-Trajektorie bewegt. In anderen Worten werden Stellbefehle an den wenigstens einen Aktuator weitergeleitet. Dadurch bewegt sich das Fahrzeug automatisiert oder autonom entlang der geplanten Soll-Trajektorie. Ist mehr als ein Fahrerassistenzsystem aktiv, so dass mehrere Soll-Trajektorien vorliegen, kann z. B. mittels eins vorher festgelegten Arbitirier-Verfahrens bestimmt werden, welche der geplanten Soll-Trajektorien von dem Fahrzeug gefahren werden soll. Dabei ist wichtig, dass all diese aktiven Fahrerassistenzsysteme ihre jeweiligen Trajektorien-Limitierungen mittels des bereits beschriebenen Verfahrens erhalten. Für jedes Fahrerassistenzsystem kann also eine spezifische Trajektorien-Limitierung berechnet werden.
Das eben beschriebene Verfahren läuft kontinuierlich ab, solange das Fahrerassistenzsystem aktiviert ist. Das heißt, dass während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs, wenn das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem aktiv ist, permanent die Stellgrö-ßen ermittelt werden, um den wenigstens einen Aktuator des Fahrzeugs anzusteuern und dieser permanent so angesteuert wird, dass sich das Fahrzeug entlang der Soll-Trajektorie bewegt.
Eine Steuervorrichtung zur Regelung einer Fahrdynamik für ein Fahrzeug weist eine Schnittstelle auf, mittels welcher die Steuervorrichtung mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem verbindbar ist. Die Steuervorrichtung weist eine weitere Schnittstelle auf, mittels welcher die Steuervorrichtung mit dem wenigstens einen Aktuator des Fahrzeugs verbindbar ist. Die Steuervorrichtung weist Mittel auf, um das Verfahren zur Regelung der Fahrdynamik durchzuführen, das bereits beschrieben wurde.
Die Steuervorrichtung kann also mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem mittels der Schnittstelle verbunden werden. Jede Schnittstelle ist dazu eingerichtet, dass über diese ein Daten- und/oder Signalaustausch stattfinden kann. Die Verbindung zwischen der Steuervorrichtung und dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen. Die Steuervorrichtung weist die weitere Schnittstelle auf, mittels welcher die Steuervorrichtung mit dem wenigstens einen Aktuator des Fahrzeugs, genauer mit der Steuereinrichtung dieses Aktuators, verbunden werden kann. Diese Verbindung kann ebenfalls kabelgebunden oder kabellos sein. Selbstverständlich kann die Steuervorrichtung mit mehr als einem Fahrerassistenzsystem und mit mehr als einem Aktuator verbunden sein.
Alternativ dazu können sowohl das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem als auch die Steuereinrichtung des wenigstens einen Aktuators als je ein Computerprogrammprodukt vorhanden sein und auf der Steuervorrichtung vorliegen. Dabei liegt eine virtuelle Schnittstelle vor, so dass diese Computerprogrammprodukte mit demjenigen Computerprogrammprodukt kommunizieren können, das die Schritte des Verfahrens ausführt, welches bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde und das ebenfalls auf der Steuervorrichtung vorliegt.
Somit umfasst die Steuervorrichtung Mittel, die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Beispielsweise ist die Steuervorrichtung als ein (Domain-) ECU ausgeformt. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens. Die Steuervorrichtung umfasst z. B. einen Fahrdynamikregler. Die Steuervorrichtung ist beispielsweise Teil einer Fahrzeugsteuerung oder eine separate Steuervorrichtung.
Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bewirken, dass die Steuervorrichtung, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde, die Verfahrensschritte des Verfahrens ausführt, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde.
Ein computerlesbares Medium umfasst das Computerprogrammprodukt, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Dieses Computerprogrammprodukt dient dazu, die die Verfahrensschritte des Verfahrens auszuführen, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ sind z. B. Festplatten und/oder Server und/oder Memorysticks und/oder Flash-Speicher und/oder DVDs und/oder Bluerays und/oder CDs und/oder ein herunterladbarer Datenstrom zu verstehen.
Ein Fahrzeug weist wenigstens ein Fahrerassistenzsystem, wenigstens einen Aktuator und wenigstens ein Umfeld-Sensorsystem auf. Das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem ist mit dem wenigstens einen Umfeld-Sensorsystem verbunden, so dass ein Daten- und Signalaustausch stattfinden kann. Das Fahrzeug weist eine Steuervorrichtung auf, die bereits beschrieben wurde. Die Steuervorrichtung ist mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem mittels der Schnittstelle und mit dem wenigstens einen Aktuator mittels der weiteren Schnittstelle verbunden. Das Fahrzeug ist mittels der Steuervorrichtung dazu befähigt, entlang der Soll-Trajektorie, die durch das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem vorgegeben wurde, automatisiert oder autonom zu fahren.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens U zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs 3 nach einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Fahrzeug 3 weist ein Fahrerassistenzsystem 2 und mehrere Aktuatoren 8 auf, die hier aus Übersichtlichkeitsgründen als ein Block dargestellt sind. Die Aktuatoren 8 sind beispielsweise Aktuatoren 8 der Lenkung, des Antriebs und der Bremsen. Weiterhin weist das Fahrzeug 3 eine Steuervorrichtung 13 auf. Diese Steuervorrichtung 13 weist einen Fahrdynamikregler 15, einen Speicher 14, und ein Modul auf, die ein Verfahren V zur Ermittlung einer Trajektorien-Limitierung 1 ausführt. Zudem weist die Steuervorrichtung 13 zwei Schnittstellen 11 auf, mittels welchen sie mit dem Fahrerassistenzsystem 2 und mit den Aktuatoren 8 verbunden ist.
Bei dem Verfahren U zur Regelung der Fahrdynamik wird von dem Fahrerassistenzsystem 2 eine Soll-Trajektorie 6 bestimmt, entlang welcher sich das Fahrzeug 3 bewegen soll. Um die Soll-Trajektorie 6 berechnen zu können, wird dem Fahrerassistenzsystem 2 eine Trajektorien-Limitierung 1 zur Verfügung gestellt.
Zur Ermittlung der Trajektorien-Limitierung 1 werden zunächst die Eigenschaften 4 des Fahrzeugs 3 aus dem Speicher 14 abgefragt und an das Verfahren V übergeben. Diese Eigenschaften 4 sind beispielsweise eine Fahrzeugmasse oder ein Radstand. Zudem werden Randbedingungen 5 für das Fahrzeug 3, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung 1 relevant sind, von dem Fahrerassistenzsystem 2 übermittelt und an das Verfahren V übergeben. Diese Randbedingungen 5 sind zum Beispiel eine aktuell vorherrschende Längsgeschwindigkeit und eine aktuell vorherrschende Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 3. Außerdem wird eine Anfrage 16 nach den aktuellen Begrenzungen 7 der Aktuatoren 8 an die Aktuatoren 8 gestellt. Daraufhin werden diese Begrenzungen 7 an das Verfahren V übergeben. Eine Begrenzung 7 kann z. B. ein maximal erzeugbares Raddrehmoment sein.
Mit diesen vorliegenden Informationen, nämlich den Eigenschaften 4 des Fahrzeugs 3, den Randbedingungen 5 und den aktuellen Begrenzungen 7 der Aktuatoren 8 wird die Trajektorien-Limitierung 1 mittels des Verfahrens V berechnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die abgefragten Begrenzungen 7 derart sind, dass diese von den Fahrzeugsystemen entkoppelt sind. Das heißt, dass die Begrenzungen 7 direkt in die Berechnung der Trajektorien-Limitierung 1 einfließen können, ohne dass weitere Eigenschaften des jeweiligen Aktuators 8 bekannt sein müssen. Ein aufwändiges Umrechnen entfällt dadurch.
Die Trajektorien-Limitierung 1 wird anschließend an das Fahrerassistenzsystem 2 ausgegeben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Trajektorien-Limitierung 1 als eine Hüllfläche dargestellt wird. Diese Hüllfläche kann mittels einer mathematischen Beschreibung abgebildet werden. Die mathematische Beschreibung der Hüllfläche ist dabei dem Fahrerassistenzsystem 2 bekannt, so dass lediglich die berechneten Parameter der Hüllfläche von dem Verfahren V an das Fahrerassistenzsystem 2 ausgegeben werden müssen. Dadurch wird die Trajektorien-Limitierung 1 weitergeleitet.
Das Fahrerassistenzsystem 2 nutzt die Trajektorien-Limitierung 1, eine Ist-Position 9 des Fahrzeugs 3 und ein Umgebungsmodell 17 des Fahrzeugs 3, um die Soll-Trajektorie 6 für das Fahrzeug 3 zu planen. Das Umgebungsmodell 17 beruht dabei auf Sensordaten der Umfeld-Sensorsysteme 10. Diese sind beispielsweise Daten der Radar-Sensoren, der Lidar-Sensoren, Kameradaten, aber auch Navigations- und Kartendaten. Das Umgebungsmodell 17 beschreibt die Umgebung, in der sich das Fahrzeug 3 bewegt. Dem Fahrerassistenzsystem 2 wird das Umgebungsmodell 17 von den Umfeld-Sensorsystemen 10 zur Verfügung gestellt. Die Soll-Trajektorie 6 muss dabei nicht iterativ geplant werden, sondern wird in einem Schritt direkt so geplant, dass diese mit dem Fahrzeug 3 fahrbar ist. Dies ist möglich, da nicht erst eine Soll-Trajektorie 6 geplant wird, bei der anschließend geprüft werden muss, ob diese mit den gegebenen Eigenschaften 4 des Fahrzeugs 3, mit den aktuelle Begrenzungen 7 der Aktuatoren 8, und mit den Randbedingungen 5 überhaupt fahrbar ist. Wenn diese nämlich nicht fahrbar ist, muss eine neue Soll-Trajektorie 6 geplant werden, die wiederum überprüft werden muss. Durch das zur Verfügung stellen der Trajektorien-Limitierung 1 liegen dem Fahrerassistenzsystem 2 sämtliche nötigen Informationen bei der Planung der Soll-Trajektorie vor.
Die Soll-Trajektorie 6 und die Ist-Position 9 werden von dem Fahrerassistenzsystem 2 an die Steuervorrichtung 13, genauer gesagt an den Fahrdynamikregler 15 der Steuervorrichtung 13 weitergeleitet. Dieser berechnet ausgehend von der Soll-Trajektorie 6 und von der Ist-Position 9 die Stellgrößen 12 für die Aktuatoren 8. Die Stellgrößen 12 werden an die Aktuatoren 8 weitergeleitet. In anderen Worten werden die Aktuatoren 8 mittels der Stellgrößen 12 angesteuert. Die Aktuatoren 8 werden ausgehend von den Stellgrößen 12 derart verstellt, dass das Fahrzeug 3 in die Lage versetzt wird, entlang der Soll- Trajektorie 6 zu fahren.
Beispielsweise kann die Soll-Trajektorie 6 diejenige Trajektorie sein, entlang welcher sich das Fahrzeug 3 zukünftig automatisiert durch eine Kurve bewegen soll. Zu diesem Zweck kann die Randbedingung 5, die in das Verfahren V einfließt, die aktuelle Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 3 sein. Die Begrenzungen 7 der Aktuatoren 8 können beispielsweise ein maximal einschlagbarer Lenkwinkel und ein maximal erzeugbares Raddrehmoment sein. Die Eigenschaften 4 können in diesem Fall beispielsweise der Radstand und die Fahrzeugmasse sein. Die Trajektorien-Limitierung 1 kann demnach eine maximal fahrbare Krümmung der Kurve sein.
Das hier dargestellte Verfahren U zur Regelung der Fahrdynamik ist derart gestaltet, dass dieses während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 3 kontinuierlich abläuft. Das heißt, dass das Verfahren U während der gesamten Fahrt genutzt wird, wenn das Fahrerassistenzsystem 2 aktiv ist.
Vorteilhaft an dem Verfahren U zur Regelung der Fahrdynamik und an der hier dargestellten Steuervorrichtung 13 ist, dass die Berechnung der Trajektorien-Limitierung 1 zentral erfolgt. Dadurch wird der Rechenaufwand des Fahrerassistenzsystems 2 reduziert. Weiterhin wird auch der Applikationsaufwand reduziert, da das Fahrerassistenzsystem 2 nicht sämtliche Eigenschaften 4 des Fahrzeugs 3 und sämtliche Begrenzungen 7 der Aktuatoren 8 kennen muss, um die Soll-Trajektorie 6 zu planen, weil diese von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren. Daher kann dasselbe Fahrerassistenzsystem 2 mit verringertem Applikationsaufwand auf verschiedene Fahrzeuge 3 übertragen werden, da dieses nicht an die Fahrzeugkonfiguration (Eigenschaften 4, Sensoren, Aktuatoren 8) des einzelnen Fahrzeugs 3 angepasst werden muss. Lediglich die Berechnung der Trajektorien-Limitierung wird angepasst an die o. g. Fahrzeugkonfiguration.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens U zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs 3 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren U ist das gleiche wie in 1 dargestellt, nur sind jetzt drei Fahrerassistenzsysteme 2 mit der Steuervorrichtung 13 über die Schnittstelle 11 verbunden. Zur besseren Übersicht sind daher die Pfeile, die die Datenübertragung zwischen der Steuervorrichtung 13 und dem jeweiligen Fahrerassistenzsystem 2 darstellen, vereinfacht als Doppelpfeil dargestellt.
Jedes Fahrerassistenzsystem 2 leitet die aktuellen Randbedingungen 5 an die Steuervorrichtung in das Verfahren V zur Ermittlung der Trajektorien-Limitierung 1 weiter. Jedes Fahrerassistenzsystem 2 erhält von der Steuervorrichtung 13 aus dem Verfahren V zur Ermittlung der Trajektorien-Limitierung 1 seine spezifische Trajektorien-Limitierung 1. Diese wird mittels des Verfahrens V für jedes Fahrerassistenzsystem 2 individuell berechnet. Das heißt, jedes Fahrerassistenzsystem 2 fragt seine spezifische Trajektorien-Limitierung 1 ab. Dies kann beispielsweise parallel zueinander oder in einer geordneten Reihenfolge ablaufen. Jede Trajektorien-Limitierung 1 kann dabei mit einem Zuordnungs-Signal versehen sein, das es erlaubt, die Trajektorien-Limitierung 1 demjenigen Fahrerassistenzsystem 2 zuzuordnen, für die diese bestimmt ist. Dazu kann z. B. bei der Übermittlung der (fahrdynamischen) Randbedingungen 5 diese bereits mit einem Zuordnungs-Signal versehen sein, so dass die Trajektorien-Limitierung 1, die u. a. aus diesen fahrdynamischen Randbedingungen 5 berechnet wird, dasselbe Zuordnungs-Signal aufweist.
Die Steuervorrichtung 13, ist wie bereits in 1 mit den Aktuatoren 8 des Fahrzeugs 3 über die Schnittstelle 11 verbunden. Die Steuervorrichtung 13 fragt für das Verfahren V zur Ermittlung der Trajektorien-Limitierung 1 von den Aktuatoren 8 die aktuellen Begrenzungen 7 dieser mittels der Abfrage 16 ab. Dabei werden alle Begrenzungen 7 abgefragt, die für die Ermittlung der Trajektorien-Limitierungen 1 der drei Fahrerassistenzsysteme 2 nötig sind.
Jedes Fahrerassistenzsystem 2 plant ausgehend von der Trajektorien-Limitierung 1, von der Ist-Position 9 des Fahrzeugs 3 und von dem Umgebungsmodell 17 des Umfeld-Sensorsystems 10 seine Soll-Trajektorie 6.
Jedes Fahrerassistenzsystem 2 übermittelt seine geplante Soll-Trajektorie 6 und die Ist-Position 9 des Fahrzeugs 3 an den Fahrdynamikregler 15 der Steuervorrichtung 13. Stimmen diese Soll-Trajektorien 6 überein, berechnet der Fahrdynamikregler 15 der Steuervorrichtung 13 berechnet ausgehend davon die Stellgrößen 12 für die Aktuatoren 8 des Fahrzeugs 3. Mittels der Stellgrößen 8 werden die Aktuatoren 8 derart angesteuert, dass das Fahrzeug 3 entlang der Soll-Trajektorie 6 fährt. Wenn die Soll-Trajektorien 6 der einzelnen Fahrerassistenzsysteme 2 jedoch voneinander abweichen, kann z. B. mittels eines Arbitirer-Verfahrens bestimmt werden, welche Soll-Trajektorie 6 zukünftig gefahren werden soll.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 3 nach einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine stark vereinfachte Darstellung des Fahrzeugs 3 gezeigt, dass eine Steuervorrichtung 13 aufweist, wie sie bereits in 1 oder 2 gezeigt wurde. Die Steuervorrichtung 13 führt das Verfahren U zur Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeugs 3 sowie das Verfahren V zur Ermittlung der Trajektorien-limitierung 1 durch.
Die Steuervorrichtung 13 ist über ihre Schnittstellen 11 sowohl mit einem Fahrerassistenzsystem 2 als auch mit einem Aktuator 8 verbunden, so dass ein Datenaustausch möglich ist. Der hier dargestellte Aktuator 8 dient dazu einen Lenkwinkel an den Rädern der Vorderachse des Fahrzeugs 3 einzustellen. Weiterhin weist das Fahrzeug 3 ein Umfeld-Sensorsystem 10 auf. Dieses ist mit dem Fahrerassistenzsystem 2 verbunden, so dass ein Datenaustausch stattfinden kann. Das Umfeld-Sensorsystem 10 erstellt ausgehend von den Sensordaten der Umfeldsensoren ein Umgebungsmodell 17 der Fahrzeugumgebung und gibt dieses an das Fahrerassistenzsystem 2 weiter, wie in 1 erläutert.
Das Fahrzeug 3 bewegt sich entlang der Fahrbahn in die durch den Pfeil angedeutete Richtung. Bei dieser Fahrt ist das Fahrerassistenzsystem 2 aktiv und führt automatisiert Fahrmanöver des Fahrzeugs 2 durch. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem 2 derart ausgebildet sein, dass dieses einen Spurwechsel des Fahrzeugs 3 automatisiert durchführen kann. Dazu plant das Fahrerassistenzsystem 2 ausgehend von der Trajektorien-Limitierung 1, von dem Umgebungsmodell 17 und von der Ist-Position 9 die Soll-Trajektorie 6 und leitet diese gemeinsam mit der Ist-Position 9 des Fahrzeugs 3 an die Steuervorrichtung 13 weiter. Die Steuervorrichtung berechnet die Stellgrößen 12 der Aktuatoren 8. Die Aktuatoren 8 werden mittels der Stellgrößen 12 derart angesteuert, dass sich das Fahrzeug 3 entlang der Soll-Trajektorie 6 bewegt. Dazu werden die Lenkwinkel an den Rädern des Fahrzeugs 3 mittels der Aktuatoren 8 derart eingestellt, dass das Fahrzeug 3 eine Fahrspur wechseln kann.
Die hier dargestellten Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem derart ausgebildet sein, dass dieses das Fahrzeug dazu befähigt, vollständig autonom oder teilautonom zu fahren. Selbstverständlich kann das Fahrzeug mehr als drei Fahrerassistenzsysteme aufweisen, wobei jedes Fahrerassistenzsystem seine Trajektorien-Limitierung mittels des Verfahrens zur Ermittlung der Trajektorien-Limitierung erhalten kann.
Bezugszeichenliste

1: Trajektorien-Limitierung
2: Fahrerassistenzsystem
3: Fahrzeug
4: Eigenschaften des Fahrzeugs
5: Randbedingungen des Fahrzeugs
6: Soll-Trajektorie
7: aktuelle Begrenzungen der Aktuatoren
8: Aktuator
9: Ist-Position des Fahrzeugs
10: Umfeld-Sensorsystems
11: Schnittstelle
12: Stellgrößen
13: Steuervorrichtung
14: Speicher
15: Fahrdynamikregler
16: Anfrage
17: Umgebungsmodell
U: Verfahren
V: Verfahren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015216236 A1 [0006]

Claims

Verfahren (V) zum Berechnen einer Trajektorien-Limitierung (1) für wenigstens ein Fahrerassistenzsystem (2) eines Fahrzeugs (3), wobei - Eigenschaften (4) des Fahrzeugs (3) abgefragt werden, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung (1) relevant sind, - Randbedingungen (5) für das Fahrzeug (3) von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) bereitgestellt werden, die für die Berechnung der Trajektorien-Limitierung (1) relevant sind, - aktuelle Begrenzungen (7) von wenigstens einem Aktuator (8) des Fahrzeugs (3) abgefragt werden, - ausgehend von den Eigenschaften (4) des Fahrzeugs (3), von den Randbedingungen (5) des Fahrzeugs (3) und von den aktuelle Begrenzungen (7) des wenigstens einen Aktuators (8) eine Trajektorien-Limitierung (1) berechnet wird, - diese Trajektorien-Limitierung (1) dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren (V) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien-Limitierung (1) als wenigstens eine Hüllfläche in einem Zustandsraum des Fahrzeugs (3) beschrieben wird, wobei diese wenigstens eine Hüllfläche mittels einer mathematischen Abbildung beschrieben wird, wobei wenigstens ein Parameter der mathematischen Abbildung berechnet wird, wobei dieser Parameter dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren (V) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fahrzustand eine Längsgeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung, eine Gierrate, eine Gierbeschleunigung, ein Schwimmwinkel, eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit, eine Kurvenkrümmung oder eine zeitliche Änderung der Kurvenkrümmung ist.
Verfahren (V) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllfläche zusätzlich wenigstens eine weitere Dimensionen hinzugefügt wird, die bei der Berechnung der Trajektorien-Limitierung (1) berücksichtigt wird.
Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aktuelle Begrenzung (7) des wenigstens einen Aktuators (8) eine Bezugsgröße abgefragt wird, die direkt in die Ermittlung der Trajektorien-Limitierung (1) einfließt.
Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien-Limitierung (1) mit einem zusätzlichen Signal zur Zuordnung verknüpft wird, so dass eine Zuordnung der Trajektorien-Limitierung (1) zu dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) ermöglicht ist.
Verfahren (U) zur Regelung einer Fahrdynamik für ein Fahrzeug (3), dadurch gekennzeichnet, dass - dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) eine Trajektorien-Limitierung (1) mittels des Verfahrens (V) nach einem der vorherigen Ansprüche bereitgestellt wird, - die Soll-Trajektorie (6) von dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) ausgehend von dieser Trajektorien-Limitierung (1), ausgehend von einer Ist-Position (9) des Fahrzeugs (3) und ausgehend von einem Umgebungsmodell (17) des Fahrzeugs (3) berechnet wird, wobei das Umgebungsmodell (17) auf den Sensordaten wenigstens eines Umfeld-Sensorsystems (10) des Fahrzeugs (3) basiert, - ausgehend von der Ist-Position (9) und der Soll-Trajektorie (6) Stellgrößen (12) für den wenigstens einen Aktuator (8) des Fahrzeugs (3) berechnet werden, - ausgehend von den Stellgrößen (12) der wenigstens eine Aktuator (8) derart angesteuert wird, dass das Fahrzeug (3) sich entlang der Soll-Trajektorie (6) bewegt.
Steuervorrichtung (13) zur Regelung einer Fahrdynamik für ein Fahrzeug (3), aufweisend eine Schnittstelle (11), mittels welcher die Steuervorrichtung (13) mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) verbindbar ist, eine weitere Schnittstelle (15) mittels welcher die Steuervorrichtung (13) mit dem wenigstens einen Aktuator (8) des Fahrzeugs (3) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (13) Mittel aufweist, um das Verfahren (U) nach Anspruch 7 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Steuervorrichtung (13) nach Anspruch 8 die Verfahrensschritte des Verfahrens (U) nach Anspruch 7 ausführt.
Computerlesbares Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 umfasst.
Fahrzeug (3), aufweisend wenigstens ein Fahrerassistenzsystem (2), wenigstens einen Aktuator (8), wenigstens ein Umfeld-Sensorsystem (10), wobei das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem (2) mit dem wenigstens einen Umfeld-Sensorsystem (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (3) eine Steuervorrichtung (13) nach Anspruch 8 aufweist, wobei die Steuervorrichtung (13) mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem (2) und mit dem wenigstens einen Aktuator (8) verknüpft ist.