DE102021111545A1

DE102021111545A1 - System und verfahren zur mischung von fahrer- und automatisierten lenkbefehlen zur seitensteuerung

Info

Publication number: DE102021111545A1
Application number: DE102021111545.0A
Authority: DE
Inventors: Amir Takhmar; Joshua M. Levin; Jimmy Zhong Yan Lu; Jayant Sachdev; Reza Zarringhalam
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2041-05-05
Also published as: CN114454957A; US20220144341A1; CN114454957B; US11858549B2; DE102021111545B4

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs ist vorgesehen. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch eine Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug, während das Fahrzeug in einem halbautonomen Modus gefahren wird; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der als Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Lenkrads erzeugt wurde; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch die Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl; Erzeugen eines Lenkbefehls durch ein Servolenksystem in dem Fahrzeug auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls; und Betreiben des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die in dieser Patentschrift beschriebene Technologie bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zur Erzeugung von Lenkbefehlen für landgebundene Fahrzeuge und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Erzeugung von Lenkbefehlen, die fahrergenerierte Lenkeingaben und computergenerierte Lenkeingaben mischen.
In den letzten Jahren gab es bedeutende Fortschritte bei autonomen und teilautonomen Fahrfunktionen in Fahrzeugen mit Landantrieb, wie z. B. Super Cruise (eine freihändige teilautonome Fahrerassistenzfunktion, die hochauflösende Karten und Sensoren, die die Straße beobachten, verwendet, um beim Lenken, Beschleunigen und Abbremsen eines Fahrzeugs zu helfen), LKA (Spurhalteassistent, eine teilautonome Fahrfunktion, die beim Lenken hilft, um ein Fahrzeug in der Mitte einer Spur zu halten) und andere. Fahrzeuge können in vielerlei Hinsicht noch verbessert werden.
Teilautonome Querführungsfunktionen, wie LKA und Super Cruise, teilen sich die Aufgabe der Lenkung eines Fahrzeugs mit dem Fahrer. Teilautonome Querführungsfunktionen können sich jedoch einem beabsichtigten, vom Fahrer manuell eingeleiteten Fahrzeugmanöver widersetzen. Zum Beispiel kann eine Spurhalte- oder Zentrierfunktion den beabsichtigten Manövern des Fahrers entgegenwirken und den Fahrer daran hindern, einen beabsichtigten Versatz von der Fahrbahnmitte einzuhalten, ohne die Spurhalte- oder Zentrierfunktion zu übersteuern. In solchen Fällen kann es notwendig sein, eine halbautonome Steuerungsfunktion zu deaktivieren, wenn sich die Funktion einem beabsichtigten, vom Fahrer manuell eingeleiteten Fahrzeugmanöver widersetzt. Nach Beendigung des beabsichtigten manuellen Manövers muss der Fahrer die halbautonome Steuerfunktion oft wieder aktivieren, wenn eine weitere Verwendung der Funktion gewünscht ist.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren zur Verfügung zu stellen, um fahrergenerierte Lenkeingaben und computergenerierte Lenkeingaben zu mischen, ohne teilautonome Fahrfunktionen zu deaktivieren. Darüber hinaus werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme und Verfahren bereitgestellt, um die manuelle Lenksteuerung mit einer Fahrerassistenz- oder halbautonomen Fahrfunktion zu kombinieren, ohne die Fahrerassistenz- oder halbautonome Fahrfunktion außer Kraft zu setzen. In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch eine Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der als Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch die Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug basierend auf einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl; Erzeugen eines Lenkbefehls durch ein Servolenksystem (z. B., EPS) in dem Fahrzeug auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls; und Betreiben des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl.
In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der Gleichung: M(θ̈̈_r, - θ̈_d) + B(θ̇̇_r - θ̈̇_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der s-Domänen-Gleichung: $θ_{r} = θ_{d} + \frac{1}{M s^{2} + B s + K} τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf den folgenden zeitdiskreten Implementierungsgleichungen: ${\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\ddot{θ}}_{d}^{k + 1} + \frac{1}{M} (τ_{d}^{k + 1} - B ({\dot{θ}}_{r}^{k} - {\dot{θ}}_{d}^{k}) - K (θ_{r}^{k} - θ_{d}^{k})); {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\dot{θ}}_{r}^{k} + {\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t; und θ_{r}^{k + 1} = θ_{r}^{k} + {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t,$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, t die Zeit ist, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Erzeugen eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelsystems.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Drehmoment eines Querregelungssystems die Verwendung einer variablen Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers, um den berechneten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl anzupassen, indem eindeutige Werte für die abstimmbaren Regelparameter basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers ausgewählt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems die Anpassung des Lenkgefühls, wenn die Querregelungsfunktionen aktiv sind, indem Werte für die abstimmbaren Regelparameter ausgewählt werden, um das Lenkgefühl zu verbessern.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Drehmoment eines Querregelungssystems, dass ein gemessener Fahrer in die Lage versetzt wird, einen beabsichtigten Versatz von einem Regelpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem auszuschalten, indem Werte für die abstimmbaren Regelparameter ausgewählt werden, die den beabsichtigten Versatz vom Regelpfad ermöglichen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Drehmoment eines Querregelungssystems die Verringerung des Betrags des Regelungsmoments, das einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, indem Werte für die abstimmbaren Regelungsparameter ausgewählt werden, die den Betrag des Regelungsmoments verringern, der dem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht.
In einer anderen Ausführungsform ist ein System in einem Fahrzeug zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs vorgesehen. Das System umfasst: einen Impedanzregler, der konfiguriert ist, um einen impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl zu erzeugen, der auf einem ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basiert, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und einen gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl, der als Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde; eine Lenkungssteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl erzeugt, während das Fahrzeug in einem halbautonomen Modus gefahren wird, und die so konfiguriert ist, dass sie einen impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl erzeugt; und ein Servolenksystem (z.B., EPS), das so konfiguriert ist, dass es den Lenkbefehl auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls erzeugt; wobei das Fahrzeug so konfiguriert ist, dass es in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl betrieben wird.
In einer Ausführungsform ist der Impedanzregler so konfiguriert, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf der Gleichung erzeugt: M(θ̈_r- θ̈_d) + B(θ̇_r - θ̇_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
In einer Ausführungsform ist der Impedanzregler so konfiguriert, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf der s-Domänen-Gleichung erzeugt: θ_r = θ_d + $θ_{r} = θ_{d} + \frac{1}{M s^{2} + B s + K} τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer Ausführungsform ist der Impedanzregler so konfiguriert, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf den zeitdiskreten Implementierungsgleichungen erzeugt: ${\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\ddot{θ}}_{d}^{k + 1} + \frac{1}{M} (τ_{d}^{k + 1} - B ({\dot{θ}}_{r}^{k} - {\dot{θ}}_{d}^{k}) - K (θ_{r}^{k} - θ_{d}^{k})); {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\dot{θ}}_{r}^{k} + {\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t; und θ_{r}^{k + 1} = θ_{r}^{k} + {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t,$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, t die Zeit ist, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer Ausführungsform ist der Impedanzregler so konfiguriert, dass er die abstimmbaren Regelparameter an Hardwareunterschiede, Fahrpräferenzen und/oder Straßenbedingungen anpasst.
In einer Ausführungsform ist das System außerdem so konfiguriert, dass es ein gemessenes Lenkmoment des Fahrers mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems mischt.
In einer Ausführungsform ist das System ferner so konfiguriert, dass es eine variable Impedanz basierend auf dem Typ des Fahrzeugmanövers verwendet, um den berechneten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl einzustellen, wobei zum Verwenden einer variablen Impedanz basierend auf dem Typ des Fahrzeugmanövers der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er eindeutige Werte für die abstimmbaren Steuerparameter basierend auf dem Typ des Fahrzeugmanövers auswählt.
In einer Ausführungsform ist das System ferner so konfiguriert, dass es das Lenkgefühl einstellt, wenn die Quersteuerungsfunktionen aktiv sind, wobei zum Einstellen des Lenkgefühls, wenn die Quersteuerungsfunktionen aktiv sind, der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er Werte für die abstimmbaren Steuerparameter auswählt, um das Lenkgefühl zu verbessern.
In einer Ausführungsform ist das System ferner so konfiguriert, dass es einem Fahrer erlaubt, einen beabsichtigten Versatz von einem Steuerpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem auszuschalten, wobei, um einem Fahrer zu erlauben, einen beabsichtigten Versatz von einem Steuerpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem auszuschalten, der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er Werte für die abstimmbaren Steuerparameter auswählt, um den beabsichtigten Versatz vom Steuerpfad zu erlauben.
In einer Ausführungsform ist das System ferner so konfiguriert, dass es den Betrag des Steuerungs-Drehmoments, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, reduziert, wobei zur Reduzierung des Betrags des Steuerungs-Drehmoments, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er Werte für die abstimmbaren Regelparameter auswählt, die den Betrag des Steuerungs-Drehmoments, der dem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, reduzieren.
In einer anderen Ausführungsform werden nicht-transitorische computerlesbare Medien bereitgestellt, die mit Programmierbefehlen kodiert sind, die so konfigurierbar sind, dass sie einen Prozessor in einem Fahrzeug veranlassen, ein Verfahren zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs durchzuführen. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch eine Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der als Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch die Lenkungssteuerung in dem Fahrzeug basierend auf einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl; Erzeugen eines Lenkbefehls durch ein Servolenksystem (z. B.., EPS) in dem Fahrzeug auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls; und Betreiben des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der Gleichung: M(θ̈̈_r - θ̈̈_d) + B(θ̇̇_r - θ̇̇_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen eines Lenkbefehls zum Steuern des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Lenkdrehmoment eines seitlichen Steuersystems, und das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Lenkdrehmoment eines seitlichen Steuersystems umfasst das Verwenden einer variablen Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers, um den Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl durch Auswählen eindeutiger Werte für die abstimmbaren Steuerparameter basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers anzupassen.
In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen eines Lenkbefehls zum Steuern des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Lenkdrehmoment eines seitlichen Steuersystems, und das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines seitlichen Steuersystems umfasst das Einstellen des Lenkgefühls, wenn seitliche Steuereigenschaften aktiv sind, indem Werte für die abstimmbaren Steuerparameter ausgewählt werden, um das Lenkgefühl zu verbessern.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ist ein Blockdiagramm eines Beispielfahrzeugs, das einen Impedanzregler in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen implementiert;
2 ist ein Blockdiagramm einer Beispiel-Lenkungsumgebung für ein Fahrzeug, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
3 ist ein Prozessablaufdiagramm, das einen Beispielprozess zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs gemäß verschiedener Ausführungsformen darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an irgendwelche ausdrücklichen oder impliziten Theorien gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ auf jegliche Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorgerät, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich und ohne Einschränkung: anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein elektronischer Schaltkreis, ein Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden können, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen ausführen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen praktiziert werden können, und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken in Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung, maschinelle Lernmodelle, Radar, Lidar, Bildanalyse und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung vorhanden sein können.
Der hier beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel zur Kombination einer manuellen Lenksteuerung mit einer Fahrerassistenz- oder halbautonomen Fahrfunktion wie Super Cruise, Ultra Cruise, Spurhalteassistent (LKA), Spurverlassenswarnung (LDW), Spurzentriersteuerung (LCC), Spurhalteunterstützung (LKS) und anderen, ohne die Fahrerassistenz- oder halbautonome Fahrfunktion außer Kraft zu setzen. Die folgende Offenlegung stellt Beispielsysteme und -verfahren zur Erzeugung eines Lenkbefehls für die Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs bereit, die die manuelle Lenkung mit einer Fahrerassistenz- oder halbautonomen Fahrfunktion kombinieren, ohne die Fahrerassistenz- oder halbautonome Fahrfunktion außer Kraft zu setzen. Die folgende Offenlegung bietet ein Beispiel für ein Impedanzregelungssystem und einen Algorithmus zum Mischen des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments (abgeleitet von einem Lenkrad) mit dem Drehmoment eines Trajektorsystems, wie z. B. eines Querregelungssystems.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispielfahrzeugs 100, das einen Impedanzregler 214 implementiert. Das Fahrzeug 100 umfasst im Allgemeinen ein Chassis 12, einen Aufbau 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen Komponenten des Fahrzeugs 100. Die Karosserie 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils in der Nähe einer Ecke der Karosserie 14 drehbar mit dem Fahrgestell 12 verbunden. Das Fahrzeug 100 ist in der gezeigten Ausführungsform als Pkw dargestellt, es können aber auch andere Fahrzeugtypen, wie z. B. Lkw, Sport Utility Vehicles (SUVs), Recreational Vehicles (RVs) usw., verwendet werden. Das Fahrzeug 100 kann sowohl manuell als auch teilautonom gefahren werden.
Das Fahrzeug 100 umfasst ferner ein Antriebssystem 20, ein Übertragungssystem 22 und ein Lenksystem 24. Das Lenksystem 24 umfasst ein Lenkrad 25, das mit den Rädern 16 und/oder 18 über eine Lenksäule und eine Achse in einer Weise gekoppelt ist, die dem Fachmann wohl bekannt ist, wobei sich die Räder 16 und/oder 18 entsprechend drehen, wenn ein Fahrer das Lenkrad 25 dreht.
Das Fahrzeug 100 umfasst ferner ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichereinrichtung 32, mindestens ein Steuergerät 34 und ein Kommunikationssystem 36, das so konfiguriert ist, dass es drahtlos Informationen zu und von anderen Einheiten 48 übermittelt.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des Fahrzeugs 100. Die Datenspeichervorrichtung 32 kann Teil des Steuergeräts 34, getrennt vom Steuergerät 34 oder Teil des Steuergeräts 34 und Teil eines separaten Systems sein. Das Steuergerät 34 umfasst mindestens einen Prozessor 44 und eine computerlesbare Speichereinrichtung oder - medien 46. Obwohl in 1 nur ein Steuergerät 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des Fahrzeugs 100 eine beliebige Anzahl von Steuergeräten 34 umfassen, die über ein beliebiges geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen durchzuführen und Steuersignale zu erzeugen, um Merkmale des Fahrzeugs 100 automatisch zu steuern. Das Steuergerät 34 ist in diesem Beispiel so konfiguriert, dass es den Impedanzregler 214 implementiert.
Das Steuergerät 34 umfasst mindestens einen Prozessor und ein computerlesbares Speichergerät oder -medium, das mit Programmieranweisungen zum Konfigurieren des Controllers codiert ist. Der Prozessor kann ein beliebiger kundenspezifischer oder handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die dem Controller zugeordnet sind, ein halbleiterbasierter Mikroprozessor (in Form eines Mikrochips oder Chipsets), eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen.
Das computerlesbare Speichergerät oder -medium kann flüchtige und nichtflüchtige Speicher enthalten, z. B. im Festwertspeicher (ROM), im Direktzugriffsspeicher (RAM) und im Keep-Alive-Speicher (KAM). KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor ausgeschaltet ist. Die computerlesbare(n) Speichervorrichtung(en) kann/können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichervorrichtungen implementiert werden, wie z. B. PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrisch löschbare PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbare PROMs), Flash-Speicher oder beliebige andere elektrische, magnetische, optische oder kombinierte Speichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Programmieranweisungen darstellen, die von der Steuerung verwendet werden. Die Programmieranweisungen können ein oder mehrere separate Programme enthalten, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen umfasst.
2 ist ein Blockdiagramm einer Beispiel-Lenkungsumgebung 200 für ein Fahrzeug 202 (z. B. Fahrzeug 100). Die Beispiel-Lenkungsumgebung 200 umfasst ein Beispiel-Lenksystem 204, das eine Position von Fahrzeugrädern (z. B. Räder 16 und/oder 18) beeinflusst.
Das Lenksystem 204 umfasst eine Trajektoriensteuerung 206, die einen Fahrzeuglenkwinkel θ_d (203) als Befehl zum Lenken des Fahrzeugs 202 in Übereinstimmung mit einer geplanten Trajektorie berechnet, wenn das Fahrzeug 202 autonom oder teilautonom gefahren wird. Der Trajektorien-Controller 206 kann ein Querführungssystem und Fahrerassistenz- oder teilautonome Fahrfunktionen wie Super Cruise, Ultra Cruise, Spurhalteassistent (LKA), Spurverlassenswarnung (LDW), Spurenzentrierungskontrolle (LCC), Spurhalteunterstützung (LKS) und andere implementieren.
Das Lenksystem 204 umfasst auch ein Servolenksystem, wie z. B. ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System 208), das eine Servolenkungsunterstützung (z. B. elektrische Energie) zum Drehen der Fahrzeugräder (z. B. der Räder 16 und/oder 18) als Reaktion auf das Drehen eines Lenkrads (z. B. des Lenkrads 25) durch einen Fahrzeugfahrer 210 bereitstellt, um den Fahrer 210 beim Lenken des Fahrzeugs 202 zu unterstützen. Das EPS-System 208 steuert auch das Einschlagen der Fahrzeugräder (z. B. der Räder 16 und/oder 18), wenn das Fahrzeug 202 autonom oder teilautonom gefahren wird.
Das EPS-System 208 kann nur ein Lenkmoment als Befehl akzeptieren, z. B. einen gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl τ_D (201), abgeleitet vom Fahrer 210, der ein Lenkrad (z. B. Lenkrad 25) dreht, und/oder einen Steuerdrehmomentbefehl τ_C (207), der aus dem Fahrzeuglenkwinkel θ_d (203). Ein Lenkungsregler 212 ist ebenfalls in dem Lenksystem 204 enthalten, um den Fahrzeuglenkwinkel θ_d (203) von der Trajektoriensteuerung 206 in einen Lenkdrehmomentbefehl τ_C (207) zur Ansteuerung des EPS-Systems 208.
Das Beispiel-Lenksystem 204 enthält außerdem einen Impedanzregler 214 zum Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls t_d (201) in den Steuerdrehmomentbefehl τ_C (207) zu mischen, der von einer Trajektoriensteuerung 206 abgeleitet ist, wie z.B. ein Steuerdrehmomentbefehl τ_C (207), der von einem durch die Trajektoriensteuerung implementierten Querregelungssystem abgeleitet wird. Die beispielhaften Impedanzregler 214 umfasst eine Steuerung (z.B. Steuergerät 34), die durch Programmieranweisungen auf nicht-übertragbaren computerlesbaren Medien konfiguriert ist, um einen impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_r (209) basierend auf einem Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_d (203), der von der Trajektoriensteuerung 206 erzeugt wurde, um einen Trajektorienfehler e (211) zu kompensieren, und einem gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl τ_D (201), der in Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs 202 durch den Fahrer 210 unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde. Der Beispiel-Impedanzregler 214 ermöglicht es dem EPS-System 208, einen Lenkbefehl zu erzeugen, der auf dem gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl τ_D (201) und dem impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl θ_r (209) einen Lenkbefehl zu erzeugen, um die Drehung der Fahrzeugräder zu steuern.
Der Beispiel-Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf der Gleichung erzeugt: $M ({\ddot{θ}}_{r} - {\ddot{θ}}_{d}) + B ({\dot{θ}}_{r} - {\dot{θ}}_{d}) + K (θ_{r} - θ_{d}) = τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeuglenkwinkel-Sollwert ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer s-Domänen-Darstellung kann der beispielhafte Impedanzregler 214 so konfiguriert sein, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl auf der Grundlage der s-Domänen-Gleichung erzeugt: $θ_{r} = θ_{d} + \frac{1}{M s^{2} + B s + K} τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
In einer zeitdiskreten Darstellung kann der beispielhafte Impedanzregler 214 so konfiguriert sein, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf den zeitdiskreten Implementierungsgleichungen erzeugt: $\begin{array}{l} {\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\ddot{θ}}_{d}^{k + 1} + \frac{1}{M} (τ_{d}^{k + 1} - B ({\dot{θ}}_{r}^{k} - {\dot{θ}}_{d}^{k}) - K (θ_{r}^{k} - θ_{d}^{k})); \\ {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\dot{θ}}_{r}^{k} + {\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t; und \\ θ_{r}^{k + 1} = θ_{r}^{k} + {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t, \end{array}$
wobei M, B, K abstimmbare Regelparameter sind, t die Zeit ist, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
Im Beispiel-Lenksystem 204 ist das Beispiel-Lenkungssteuerung 212 so konfiguriert, dass es einen ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl τ_C (207) zu erzeugen, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird. In diesem Modus ist das Beispiel-Lenkungssteuerung 212 so konfiguriert, dass es den ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl τ_C (207) basierend auf einer Differenz e_θ (213) zwischen dem ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_d (203) und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_m (215).
In dem Beispiel-Lenksystem 204 ist das Beispiel-Lenkungssteuerung 212 auch so konfiguriert, dass es einen impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl erzeugt, der auf einer Differenz e_θ (213) zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_r (209) und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_m (215). Das Beispiel-Lenksystem 204 kann so konfiguriert sein, dass es den impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl basierend auf der s-Domänen-Gleichung erzeugt: $τ_{C} = (K_{p} + \frac{K_{i}}{s} + K_{d} s),$
wobei K_p, K_i, K_d bekannte Steuerparameter sind, und τ_C der impedanzangepasste Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl ist. Das Beispiel-Servolenkungssystem (z. B. EPS-System 208) ist so konfiguriert, dass es einen Lenkbefehl auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls erzeugt.
Im Beispiel-Lenksystem 204 ist die Trajektoriensteuerung 206 so konfiguriert, dass er den ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_d (203) auf der Grundlage des Trajektorfehlers e (211) zu erzeugen. Die Trajektoriensteuerung 206 kann so konfiguriert sein, dass er den Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl θ_d (203) auf der Grundlage der s-Domänen-Gleichung zu erzeugen: $θ_{d} = (K_{p t} + \frac{K_{i}}{s} + K_{d t} s) e,$
θ_d wobei K_pt, K_it, K_dt bekannte Steuerparameter sind, e der Trajektorfehler ist und θ_d der erste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
Der Beispiel-Impedanzregler 214 kann es einem Lenksystem ermöglichen, ein gemessenes Fahrer-Lenkdrehmoment mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems zu mischen. Dies kann viele erweiterte Funktionen für ein Lenksystem in Bezug auf die Querführung ermöglichen.
Der beispielhafte Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er eine variable Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers bereitstellt, damit ein Lenksystem die variable Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers und dessen Auswirkung auf den berechneten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl variieren kann. Um eine variable Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers zu verwenden, ist der Impedanzregler 214 so konfiguriert, dass er eindeutige Werte für die abstimmbaren Steuerparameter (M, B, K) auf der Grundlage der Art des Fahrzeugmanövers auszuwählen. Zum Beispiel kann ein Satz abstimmbarer Steuerparameter verwendet werden, während das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, und ein anderer Satz abstimmbarer Steuerparameter mit anderen Werten kann verwendet werden, während das Fahrzeug auf einer geraden Strecke fährt.
Der beispielhafte Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er es einem Lenksystem 204 ermöglicht, das Lenkgefühl einzustellen, wenn die Seitensteuerungsfunktionen aktiv sind. Um das Lenkgefühl einzustellen, wenn die Quersteuerungsfunktionen aktiv sind, ist der Impedanzregler 214 so konfiguriert, dass er den berechneten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl anpasst, indem er eindeutige Werte für die abstimmbaren Steuerparameter (M, B, K) basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers. Beispielsweise können die abstimmbaren Steuerparameter so ausgewählt werden, dass sie das Fahrgefühl bei verschiedenen Manövern beeinflussen.
Der beispielhafte Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er es einem Fahrer ermöglicht, einen beabsichtigten Offset von einem von einem teilautonomen Fahrsystem verfolgten Steuerpfad zu halten, ohne das teilautonome Fahrsystem auszuschalten. Um einem Fahrer zu ermöglichen, einen beabsichtigten Offset von einem Steuerpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem zu deaktivieren, ist der Impedanzregler 214 so konfiguriert, dass er Werte für die abstimmbaren Steuerparameter (M, B, K) zu wählen, um den beabsichtigten Versatz von der Steuerbahn zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein anderer Satz von abstimmbaren Steuerparametern verwendet werden, wenn das Fahrzeug erkennt, dass der Fahrer versucht, einen beabsichtigten Offset von der Steuerbahn zu halten, um es dem Fahrer zu erleichtern, den Offset zu halten.
Der Beispiel-Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er den Betrag des Steuerungsdrehmoments reduziert, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver des Fahrers entgegenwirkt. Um den Betrag des Steuerungsdrehmoments zu reduzieren, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, ist der Impedanzregler 214 so konfiguriert, dass er Werte für die abstimmbaren Steuerungsparameter (M, B, K) auszuwählen, die den Betrag des Steuerungsdrehmoments reduzieren, der dem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht. Beispielsweise kann ein anderer Satz abstimmbarer Steuerparameter verwendet werden, wenn das Fahrzeug erkennt, dass der Fahrer ein Übersteuerungsmanöver versucht, um es dem Fahrer zu erleichtern, das Übersteuerungsmanöver durchzuführen.
Der Beispiel-Impedanzregler 214 ist so konfiguriert, dass er die abstimmbaren Regelparameter (M, B, K) anzupassen, um Hardware-Unterschiede, Fahrpräferenzen und Straßenbedingungen zu berücksichtigen. Beispielsweise kann ein Satz von abstimmbaren Steuerparametern basierend auf der Hardwarekonfiguration des Fahrzeugs ausgewählt oder angepasst werden, ein Satz von abstimmbaren Steuerparametern kann basierend auf den Fahrpräferenzen eines bestimmten Fahrers ausgewählt oder angepasst werden, und ein Satz von abstimmbaren Steuerparametern kann basierend auf den Straßenbedingungen ausgewählt oder angepasst werden.
3 ist ein Prozessablaufdiagramm, das einen Beispielprozess 300 zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs darstellt. Die Reihenfolge des Vorgangs innerhalb des Prozesses 300 ist nicht auf die in 3 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen ausgeführt werden, wie es anwendbar ist und mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt.
Der Beispielprozess 300 umfasst das Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch ein Lenkungssteuerung im Fahrzeug, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird (Vorgang 302). Das Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls kann das Erzeugen des ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch das Lenkungssteuerung basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl umfassen.
Der Beispielprozess 300 umfasst das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der als Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde (Vorgang 304). Das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls kann das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der Gleichung umfassen: M(θ̈̈_r - θ̈̈_d) + B(θ̇̇_r - θ̇̇_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist. Das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls kann das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der s-Domänen-Gleichung umfassen: $θ_{r} = θ_{d} + \frac{1}{M s^{2} + B s + K} τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist. Das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls kann das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf den folgenden zeitdiskreten Implementierungsgleichungen beinhalten: ${\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\ddot{θ}}_{d}^{k + 1} + \frac{1}{M} (τ_{d}^{k + 1} - B ({\dot{θ}}_{r}^{k} - {\dot{θ}}_{d}^{k}) - K (θ_{r}^{k} - θ_{d}^{k})); {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} = {\dot{θ}}_{r}^{k} + {\ddot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t;$
und $θ_{r}^{k + 1} = θ_{r}^{k} + {\dot{θ}}_{r}^{k + 1} Δ t,$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, t die Zeit ist, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
Der Beispielprozess 300 umfasst das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch die Lenkungssteuerung im Fahrzeug basierend auf einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl (Operation 306). Das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls umfasst das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls basierend auf der s-Domänen-Gleichung: $τ_{C} = (K_{p} + \frac{K_{i}}{s} + K_{d} s),$
wobei K_p, K_i, K_d bekannte Steuerparameter sind, und τ_C der impedanzangepasste Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl ist.
Der Beispielprozess 300 umfasst das Erzeugen eines Lenkbefehls durch eine Servolenkung (z. B. EPS) im Fahrzeug auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls (Vorgang 308). Der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl kann basierend auf der s-Domänen-Gleichung erzeugt werden: θ_d = $θ_{d} = (K_{p t} + \frac{K_{i t}}{s} + K_{d t} s) e,$
wobei K_pt, K_it, K_dt bekannte Steuerparameter sind, e der Trajektorfehler ist, und θ_d der erste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
Der Beispielprozess 300 umfasst den Betrieb des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl (Vorgang 310). Das Erzeugen eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs kann das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querführungssystems umfassen.
Das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems kann die Verwendung einer variablen Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers beinhalten, um den berechneten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl anzupassen. Die Verwendung einer variablen Impedanz basierend auf dem Typ des Fahrzeugmanövers kann die Auswahl eindeutiger Werte für die abstimmbaren Steuerparameter basierend auf dem Typ des Fahrzeugmanövers beinhalten.
Das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems kann das Anpassen des Lenkgefühls beinhalten, wenn die Querregelungsfunktionen aktiv sind. Das Einstellen des Lenkgefühls bei aktiven Querregelungsfunktionen kann die Auswahl von Werten für die abstimmbaren Regelparameter zur Verbesserung des Lenkgefühls umfassen.
Das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems kann beinhalten, dass dem Fahrer ermöglicht wird, einen beabsichtigten Offset von einem Steuerpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem auszuschalten. Das Zulassen eines beabsichtigten Offsets von einem Steuerpfad, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem zu deaktivieren, kann das Auswählen von Werten für die abstimmbaren Steuerparameter beinhalten, um den beabsichtigten Offset von dem Steuerpfad zu ermöglichen.
Das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Drehmoment eines Querregelungssystems kann die Verringerung des Steuerdrehmoments beinhalten, das einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht. Das Reduzieren des Steuerungsdrehmoments, das einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, kann das Auswählen von Werten für die abstimmbaren Steuerungsparameter beinhalten, die das Steuerungsdrehmoment reduzieren, das dem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht.
Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, um die manuelle Lenkung mit einer fahrerunterstützenden oder halbautonomen Fahrfunktion wie Super Cruise, Ultra Cruise, Spurhalteassistent (LKA), Spurverlassenswarnung (LDW), Spurzentrierungskontrolle (LCC), Spurhalteunterstützung (LKS) und anderen zu kombinieren, ohne die fahrerunterstützende oder halbautonome Fahrfunktion zu deaktivieren. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die es ermöglichen, den Lenkbefehl eines Fahrers mit einem Steuerbefehl von einem Bahnsteuerungssystem, wie z. B. einem Querführungssystem, zu kombinieren, ohne dass präzise EPS-Modelle oder rauschfreie Messungen erforderlich sind. Der beschriebene Gegenstand offenbart Geräte, Systeme, Techniken und Artikel, die das Mischen verschiedener Arten von Fahrer-/Steuerungsbefehlen ermöglichen, ohne dass der Typ der Servolenkung (z. B. EPS) oder das Kommunikationsprotokoll geändert werden muss. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die es ermöglichen, dem Fahrer bei Bedarf (z. B. wenn der Fahrerassistent und/oder andere teilautonome Fahrfunktionen aktiviert sind) eine angemessene Lenkautorität und ein verbessertes Lenkgefühl zu gewähren. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die einen Impedanzregelungsalgorithmus bereitstellen, um das gemessene Lenkmoment des Fahrers mit dem Drehmoment des Querregelungssystems zu mischen. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die das gemessene Lenkmoment des Fahrers in das Drehmoment des Querregelungssystems einfließen lassen. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die eine variable Impedanz in Abhängigkeit von dem Manöver verwenden können. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die das Lenkgefühl verbessern können, wenn Seitensteuerungsfunktionen aktiv sind. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die es dem Fahrer ermöglichen können, einen beabsichtigten Versatz von der Fahrspurmitte zu halten, ohne eine Fahrspurzentrierungsfunktion zu deaktivieren. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die es ermöglichen, den Betrag des Steuerungsdrehmoments, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, zu reduzieren, ohne eine Fahrerassistenzfunktion außer Kraft zu setzen. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die auf die vorgenannten Arten arbeiten können, auch wenn das gemessene Fahrerlenkmoment nicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann. Der beschriebene Gegenstand offenbart Vorrichtungen, Systeme, Techniken und Artikel, die einen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf der Gleichung erzeugen können: M(θ̈_r- θ̈_d) + B(θ̇_r - θ̈_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind. Die abstimmbaren Steuerparameter können selektiv ausgewählt werden, um eine Mischung des Lenkbefehls eines Fahrers mit einem Steuerbefehl von einem Bahnsteuerungssystem zu ermöglichen, das Lenkgefühl zu verbessern, eine variable Impedanz in Abhängigkeit von dem Manöver zu verwenden, es einem Fahrer zu ermöglichen, einen beabsichtigten Versatz von einer Fahrspurmitte zu halten, ohne eine Fahrspurzentrierungsfunktion zu deaktivieren, es zu ermöglichen, den Betrag des Steuerdrehmoments zu reduzieren, der einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegenwirkt, ohne eine Fahrerassistenzfunktion zu deaktivieren, und/oder es zu ermöglichen, die oben genannten Merkmale zu erreichen, wenn das gemessene Fahrerlenkmoment nicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann.
Das Vorstehende umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, damit der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage für die Entwicklung oder Modifizierung anderer Verfahren und Strukturen verwenden kann, um die gleichen Zwecke zu erfüllen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Die Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hierin vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch eine Lenkungssteuerung im Fahrzeug, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der in Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde; Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls durch die Lenkungssteuerung im Fahrzeug basierend auf einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl; Erzeugen eines Lenkbefehls durch eine Servolenkung im Fahrzeug auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls; und Bedienung des Fahrzeugs entsprechend dem Lenkbefehl.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen eines impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf folgender Gleichung umfasst: $M ({\ddot{θ}}_{r} - {\ddot{θ}}_{d}) + B ({\dot{θ}}_{r} - {\dot{θ}}_{d}) + K (θ_{r} - θ_{d}) = τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls das Bestimmen des impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls basierend auf der s-Domänen-Gleichung umfasst: $θ_{r} = θ_{d} + \frac{1}{M s^{2} + B s + K} τ_{D},$
wobei M, B, K abstimmbare Steuerungsparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeuglenkwinkelsollwert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen eines Lenkbefehls zum Steuern eines Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments mit dem Lenkmoment eines Seitensteuerungssystems umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Lenkdrehmoment eines Querregelungssystems die Verwendung einer variablen Impedanz basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers umfasst, um den Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl durch Auswahl eindeutiger Werte für die abstimmbaren Regelparameter basierend auf der Art des Fahrzeugmanövers anzupassen.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Drehmoment eines Querregelungssystems das Einstellen des Lenkgefühls umfasst, wenn Querregelungsmerkmale aktiv sind, indem Werte für die abstimmbaren Regelparameter ausgewählt werden, um das Lenkgefühl zu verbessern.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Lenkmoment eines Seitensteuerungssystems umfasst, dass ein Fahrer in die Lage versetzt wird, einen beabsichtigten Versatz von einem Steuerpfad zu halten, dem ein halbautonomes Fahrsystem folgt, ohne das halbautonome Fahrsystem auszuschalten, indem Werte für die abstimmbaren Steuerparameter ausgewählt werden, die den beabsichtigten Versatz vom Steuerpfad ermöglichen.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischen eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmoments in das Lenkdrehmoment eines Querregelungssystems das Reduzieren eines Betrags des Steuerungs-Drehmoments umfasst, das einem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht, indem Werte für die abstimmbaren Regelparameter ausgewählt werden, die den Betrag des Steuerungs-Drehmoments reduzieren, der dem beabsichtigten Übersteuerungsmanöver entgegensteht.
Ein System in einem Fahrzeug zur Erzeugung eines Lenkbefehls zur Steuerung des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs, wobei das System umfasst: einen Impedanzregler, der so konfiguriert ist, dass er einen impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl auf der Grundlage eines ersten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehls, der erzeugt wurde, um einen Trajektorfehler zu kompensieren, und eines gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls, der in Reaktion auf die Navigation des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeuglenkrads erzeugt wurde, erzeugt; eine Lenkungssteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl erzeugt, während das Fahrzeug in einem teilautonomen Modus gefahren wird, und die so konfiguriert ist, dass sie einen impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehl basierend auf einer Differenz zwischen dem impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl und einem gemessenen Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl erzeugt; und ein Servolenkungssystem, das so konfiguriert ist, dass es den Lenkbefehl auf der Grundlage des gemessenen Fahrer-Lenkdrehmomentbefehls und des impedanzangepassten Fahrzeuglenkungssteuerungs-Drehmomentbefehls erzeugt; wobei das Fahrzeug so konfiguriert ist, dass es in Übereinstimmung mit dem Lenkbefehl betrieben wird.
Das System nach Anspruch 9, wobei der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er den impedanzangepassten Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl basierend auf der Gleichung erzeugt: M(θ̈_r- θ̈_d) + B(θ̇_r - θ̇_d) + K(θ_r - θ_d) = τ_D, wobei M, B, K abstimmbare Steuerparameter sind, τ_D der gemessene Fahrer-Lenkdrehmomentbefehl ist, θ_d der Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist, und θ_r der impedanzangepasste Fahrzeug-Lenkwinkelbefehl ist; und wobei der Impedanzregler so konfiguriert ist, dass er die abstimmbaren Steuerparameter so anpasst, dass sie Hardwareunterschiede, Fahrpräferenzen und/oder Straßenbedingungen berücksichtigt.