DE102021129296A1

DE102021129296A1 - Pro-aktive bahnverfolgungssteuerung für automatisiertes fahren bei höhenübergängen

Info

Publication number: DE102021129296A1
Application number: DE102021129296.4A
Authority: DE
Inventors: Reza Zarringhalam; Yongkyun Shin; Mohammadali Shahriari; Avshalom Suissa; Kevin A. O'Dea; Amir Takhmar; Mohammed Raju Hossain
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-09-01
Also published as: CN114954507A; US11794751B2; US20220274602A1

Abstract

In beispielhaften Ausführungsformen werden Verfahren, Systeme und Fahrzeuge bereitgestellt, die Folgendes umfassen: einen oder mehrere Sensoren, die an Bord eines Fahrzeugs angeordnet und so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von Sensordaten für das Fahrzeug zumindest ermöglichen; ein oder mehrere Ortungssysteme, die so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von Ortsdaten, die sich auf einen Ort des Fahrzeugs beziehen, zumindest ermöglichen; einen Computerspeicher, der so konfiguriert ist, dass er Kartendaten speichert, die sich auf einen Pfad beziehen, der dem Ort entspricht; und einen Prozessor, der an Bord des Fahrzeugs angeordnet und so konfiguriert ist, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: das Erzeugen eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und das Bereitstellen von Anweisungen zum Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des Höhenprofils.

Description

EINFÜHRUNG
Das technische Gebiet bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeuge und im Besonderen auf Verfahren und Systeme zur Steuerung von Fahrzeugen bei Höhenunterschieden auf der Straße.
Bestimmte Fahrzeuge verfügen heute über Systeme zur Steuerung des Fahrzeugs auf der Grundlage von Schätzungen der Straßenneigung und des Neigungswinkels einer Straße, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Diese bestehenden Fahrzeugsysteme enthalten jedoch im Allgemeinen eine Einzelpunktschätzung für das Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einer bestimmten Position, an der sich das Fahrzeug befindet, und diese bestehenden Fahrzeugsysteme liefern in bestimmten Situationen möglicherweise keine optimalen Schätzungen, was zu einer suboptimalen Steuerleistung führt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, verbesserte Verfahren und Systeme für die Steuerung von Fahrzeugen während der Übergänge zwischen den Straßenhöhen bereitzustellen.
BESCHREIBUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Erhalten von Sensordaten von einem oder mehreren Sensoren an Bord eines Fahrzeugs; Erhalten von Standortdaten, die sich auf einen Standort des Fahrzeugs beziehen; Erhalten von Kartendaten, die sich auf einen Pfad beziehen, der dem Standort entspricht; Erzeugen, unter Verwendung eines Prozessors, eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und proaktives Steuern des Fahrzeugs auf der Grundlage von Anweisungen, die von dem Prozessor bereitgestellt werden, unter Verwendung des vorhergesagten Höhenprofils.
Ebenfalls in einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Empfangen von Benutzereingaben bezüglich eines Reiseziels für das Fahrzeug; und Erzeugen einer geplanten Mission für die Fahrt zu dem Ziel entlang einer mit dem Pfad verbundenen Straße, basierend auf den Benutzereingaben und den Standortdaten; wobei der Schritt des Erzeugens des Höhenprofils das Erzeugen eines Straßenhöhenprofils über einen rückläufigen Vorhersagehorizont für die Straße in Übereinstimmung mit der geplanten Mission über den Prozessor unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten umfasst; und wobei der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs das Steuern des Fahrzeugs auf der Grundlage der von dem Prozessor bereitgestellten Anweisungen unter Verwendung des vorhersagenden Straßenhöhenprofils über den rückläufigen Vorhersagehorizont umfasst.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Höhenprofil der Straße auch ein Profil der Böschungswinkel und Steigungswinkel für die Straße zusammen mit dem rückläufigen Vorhersagehorizont.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das Höhenprofil der Straße vom Prozessor auf der Grundlage von Kameradaten und Fahrspurdaten für die Straße erstellt.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Durchführen einer Transformation des Höhenprofils von Straßenkoordinaten in Fahrzeugkoordinaten durch den Prozessor, wodurch ein transformiertes Höhenprofil erzeugt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt der Steuerung des Fahrzeugs auch die Steuerung der Querdynamik des Fahrzeugs über vom Prozessor bereitgestellte Anweisungen auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt der Steuerung des Fahrzeugs auch die Steuerung der Längsdynamik des Fahrzeugs über vom Prozessor bereitgestellte Anweisungen auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein System bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen oder mehrere Sensoren, die so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von dynamischen Messungen und Pfadinformationen für ein Fahrzeug zumindest ermöglichen; ein oder mehrere Ortungssysteme, die so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von zu einem Standort des Fahrzeugs gehörenden Standortdaten zumindest ermöglichen; einen Computerspeicher, der so konfiguriert ist, dass er Kartendaten speichert, die zu einem dem Standort entsprechenden Pfad gehören; und einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: das Erzeugen eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und das Bereitstellen von Anweisungen zum Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des Höhenprofils.
Ebenfalls in einer beispielhaften Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Sensoren so konfiguriert, dass sie zumindest das Empfangen von Benutzereingaben bezüglich eines Reiseziels für das Fahrzeug ermöglichen; und der Prozessor ist so konfiguriert, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: Erzeugen einer geplanten Mission für die Fahrt zum Ziel entlang einer mit dem Pfad verbundenen Straße auf der Grundlage der Benutzereingaben und der Standortdaten; Erzeugen eines Straßenhöhenprofils über einen rückläufigen Vorhersagehorizont für die Straße in Übereinstimmung mit der geplanten Mission unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und Bereitstellen von Anweisungen für die Steuerung des Fahrzeugs unter Verwendung des Straßenhöhenprofils über den rückläufigen Vorhersagehorizont.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Höhenprofil der Straße auch ein Profil der Böschungswinkel und Steigungswinkel für die Straße zusammen mit dem rückläufigen Vorhersagehorizont.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor auch so konfiguriert, dass er zumindest die Erstellung des Straßenhöhenprofils auf der Grundlage von Kameradaten sowie von Kartendaten auf Fahrspurebene für die Straße ermöglicht.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor so konfiguriert, dass er zumindest das Durchführen einer Transformation des Höhenprofils von Straßenkoordinaten in Fahrzeugkoordinaten ermöglicht und ein transformiertes Höhenprofil erzeugt.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor außerdem so konfiguriert, dass er zumindest die Steuerung der seitlichen Bewegung des Fahrzeugs auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils ermöglicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor außerdem so konfiguriert, dass er zumindest die Steuerung der Längsbewegung des Fahrzeugs auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils ermöglicht.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Karosserie; ein Antriebssystem, das so konfiguriert ist, dass es eine Bewegung der Karosserie erzeugt; einen oder mehrere Sensoren, die an Bord des Fahrzeugs angeordnet und so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von Sensordaten für das Fahrzeug zumindest ermöglichen; ein oder mehrere Ortungssysteme, die so konfiguriert sind, dass sie das Erhalten von Ortsdaten, die sich auf einen Ort des Fahrzeugs beziehen, zumindest ermöglichen; einen Computerspeicher, der so konfiguriert ist, dass er Kartendaten speichert, die sich auf einen Pfad beziehen, der dem Ort entspricht; und einen Prozessor, der an Bord des Fahrzeugs angeordnet und so konfiguriert ist, dass er Folgendes zumindest ermöglicht Erzeugen eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und Bereitstellen von Anweisungen zum Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des Höhenprofils.
Ebenfalls in einer beispielhaften Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Sensoren so konfiguriert, dass sie zumindest das Empfangen von Benutzereingaben bezüglich eines Reiseziels für das Fahrzeug ermöglichen; und der Prozessor ist so konfiguriert, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: Erzeugen einer geplanten Mission für die Fahrt zum Ziel entlang einer mit dem Pfad verbundenen Straße auf der Grundlage der Benutzereingaben und der Standortdaten; Erzeugen eines Straßenhöhenprofils über einen rückläufigen Vorhersagehorizont für die Straße in Übereinstimmung mit der geplanten Mission unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und Bereitstellen von Anweisungen für die Steuerung des Fahrzeugs unter Verwendung des Straßenhöhenprofils über den rückläufigen Vorhersagehorizont.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Höhenprofil der Straße auch ein Profil der Böschungswinkel und Steigungswinkel für die Straße zusammen mit dem rückläufigen Vorhersagehorizont.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor auch so konfiguriert, dass er zumindest die Erstellung des Straßenhöhenprofils auf der Grundlage von Kameradaten sowie von Kartendaten auf Fahrspurebene für die Straße ermöglicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor auch so konfiguriert, dass er zumindest das Durchführen einer Transformation des Höhenprofils von Straßenkoordinaten in Fahrzeugkoordinaten ermöglicht und ein transformiertes Höhenprofil erzeugt.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Prozessor außerdem so konfiguriert, dass er zumindest die Steuerung der Quer- und Längsbewegung des Fahrzeugs auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils ermöglicht.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Fahrzeugs, das ein Steuersystem zur Steuerung eines Fahrzeugs in Bezug auf Straßenübergänge gemäß beispielhaften Ausführungsformen enthält;
2 ist ein Blockdiagramm von Modulen des Steuersystems von 1, in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen;
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs in Bezug auf Straßenübergänge, das in Verbindung mit dem Fahrzeug von 1 und dem Steuersystem von 1 und 2 in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen implementiert werden kann, und
Die bis veranschaulichen bestimmte Ausführungsformen des Verfahrens von in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Offenbarung oder deren Anwendung und Verwendung nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch die im vorangegangenen Hintergrund oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellte Theorie gebunden zu sein.
1 zeigt ein Fahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, umfasst das Fahrzeug 100 ein Steuersystem 102 zur Steuerung des Fahrzeugs 100 in Bezug auf Straßenhöhenübergänge unter Verwendung einer proaktiven Modellsteuerung mit einem Vorhersagezeithorizont unter Verwendung von Sensor-, Standort- und Kartendaten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 100 ein Automobil. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich um eine beliebige Art von Automobilen handeln, wie z. B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sport Utility Vehicle (SUV), und es kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD) oder einen Allradantrieb (AWD) und/oder verschiedene andere Fahrzeugtypen in bestimmten Ausführungsformen aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 auch ein Motorrad oder ein anderes Fahrzeug, wie z. B. ein Flugzeug, ein Raumschiff, ein Wasserfahrzeug usw., und/oder eine oder mehrere andere Arten von mobilen Plattformen (z. B. einen Roboter und/oder eine andere mobile Plattform) umfassen.
Das Fahrzeug 100 umfasst eine Karosserie 104, die auf einem Fahrgestell 116 angeordnet ist. Die Karosserie 104 umschließt im Wesentlichen andere Komponenten des Fahrzeugs 100. Die Karosserie 104 und das Fahrgestell 116 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Das Fahrzeug 100 umfasst auch eine Vielzahl von Rädern 112. Die Räder 112 sind jeweils in der Nähe einer Ecke der Karosserie 104 drehbar mit dem Fahrgestell 116 verbunden, um die Bewegung des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 100 vier Räder 112, obwohl dies in anderen Ausführungsformen (z. B. für Lastwagen und bestimmte andere Fahrzeuge) variieren kann.
Auf dem Fahrgestell 116 ist ein Antriebssystem 110 montiert, das die Räder 112 antreibt, zum Beispiel über Achsen 114. Das Antriebssystem 110 umfasst vorzugsweise ein Antriebssystem. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Antriebssystem 110 einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor/Generator, der mit einem Getriebe gekoppelt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann das Antriebssystem 110 variieren, und/oder es können zwei oder mehr Antriebssysteme 112 verwendet werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 auch eine beliebige oder eine Kombination von verschiedenen Arten von Antriebssystemen aufweisen, wie z. B. einen mit Benzin oder Diesel betriebenen Verbrennungsmotor, einen „Flex-Fuel-Vehicle“-Motor (d. h. mit einer Mischung aus Benzin und Alkohol), einen mit einer gasförmigen Verbindung (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) betriebenen Motor, einen Verbrennungs-/Elektromotor-Hybridmotor und einen Elektromotor.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug in verschiedenen Ausführungsformen auch ein Bremssystem 106 und ein Lenksystem 108. In beispielhaften Ausführungsformen steuert das Bremssystem 106 das Bremsen des Fahrzeugs 100 mit Hilfe von Bremskomponenten, die über Eingaben eines Fahrers (z. B. über ein Bremspedal in bestimmten Ausführungsformen) und/oder automatisch über das Steuersystem 102 gesteuert werden. Ebenfalls in beispielhaften Ausführungsformen steuert das Lenksystem 108 die Lenkung des Fahrzeugs 100 über Lenkkomponenten (z. B. eine mit den Achsen 114 und/oder den Rädern 112 gekoppelte Lenksäule), die über Eingaben eines Fahrers (z. B. über ein Lenkrad in bestimmten Ausführungsformen) und/oder automatisch über das Steuersystem 102 gesteuert werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Steuersystem 102 mit dem Bremssystem 106, dem Lenksystem 108 und dem Antriebssystem 110 verbunden. Wie ebenfalls in 1 dargestellt, umfasst das Steuersystem 102 in verschiedenen Ausführungsformen eine Sensoranordnung 120, ein Ortungssystem 130 und ein Steuergerät 140.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Sensoranordnung 120 verschiedene Sensoren, die Sensordaten zur Verwendung bei der Verfolgung der Straßenhöhe und der Steuerung des Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Straßenhöhe erhalten. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung 120 Inertialmesssensoren 121, Eingabesensoren 122 (z. B. Bremspedalsensoren, die von einem Fahrer bereitgestellte Bremseingaben messen, und/oder Touchscreen-Sensoren und/oder andere Eingabesensoren, die so konfiguriert sind, dass sie Eingaben von einem Fahrer oder einem anderen Benutzer des Fahrzeugs 10 empfangen); Lenksensoren 123 (z. B., die mit einem Lenkrad und/oder Rädern des Fahrzeugs 10 gekoppelt und so konfiguriert sind, dass sie einen Lenkwinkel desselben messen), Drehmomentsensoren 124 (z. B. konfiguriert, um ein Drehmoment des Fahrzeugs zu messen), Geschwindigkeitssensoren 125 (z. B. Raddrehzahlsensoren und/oder andere Sensoren, die so konfiguriert sind, dass sie eine Geschwindigkeit und/oder Drehzahl des Fahrzeugs und/oder Daten, die zur Berechnung einer solchen Geschwindigkeit und/oder Drehzahl verwendet werden, messen), Kameras 126 (z. B. konfiguriert, um Kamerabilder einer Straße zu erhalten, auf der das Fahrzeug unterwegs ist).
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Ortungssystem 130 auch so konfiguriert, dass es Daten über eine Position und/oder einen Ort, an dem sich das Fahrzeug befindet und/oder fährt, erhält und/oder erzeugt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Ortungssystem 130 ein satellitengestütztes Netzwerk und/oder System, wie z. B. ein globales Positionierungssystem (GPS) und/oder ein anderes satellitengestütztes System, und/oder ist mit diesem gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Steuergerät 140 mit der Sensoranordnung 120 und dem Ortungssystem 130 verbunden. In verschiedenen Ausführungsformen besteht das Steuergerät 140 aus einem Computersystem (hier auch als Computersystem 14 bezeichnet) und umfasst einen Prozessor 142, einen Speicher 144, eine Schnittstelle 146, eine Speichereinrichtung 148 und einen Computerbus 150. In verschiedenen Ausführungsformen steuert das Steuergerät (oder Computersystem) 140 den Betrieb des Fahrzeugs auf der Grundlage der Straßenneigung und des Gefälles sowie bei Übergängen zwischen den Straßenhöhen. In verschiedenen Ausführungsformen bietet das Steuergerät 140 diese und andere Funktionen in Übereinstimmung mit den Schritten des Prozesses von 3 und den Implementierungen von 4-9.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Steuergerät 140 (und in bestimmten Ausführungsformen das Steuersystem 102 selbst) innerhalb der Karosserie 104 des Fahrzeugs 100 angeordnet. In einer Ausführungsform ist das Steuersystem 102 auf dem Fahrgestell 116 montiert. In bestimmten Ausführungsformen kann das Steuergerät 140 und/oder das Steuersystem 102 und/oder eine oder mehrere Komponenten davon außerhalb der Karosserie 104 angeordnet sein, zum Beispiel auf einem entfernten Server, in der Cloud oder einem anderen Gerät, auf dem die Bildverarbeitung aus der Ferne durchgeführt wird.
Es wird deutlich, dass sich das Steuergerät 140 von der in 1 dargestellten Ausführungsform unterscheiden kann. Zum Beispiel kann das Steuergerät 140 mit einem oder mehreren entfernten Computersystemen und/oder anderen Steuersystemen gekoppelt sein oder diese anderweitig nutzen, zum Beispiel als Teil eines oder mehrerer der oben genannten Geräte und Systeme des Fahrzeugs 100.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Computersystem des Steuergeräts 140 einen Prozessor 142, einen Speicher 144, eine Schnittstelle 146, eine Speichereinrichtung 148 und einen Bus 150. Der Prozessor 142 führt die Berechnungs- und Steuerfunktionen des Steuergeräts 140 aus und kann jede Art von Prozessor oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen wie einen Mikroprozessor oder eine beliebige Anzahl von integrierten Schaltkreisen und/oder Leiterplatten umfassen, die zusammenarbeiten, um die Funktionen einer Verarbeitungseinheit zu erfüllen. Während des Betriebs führt der Prozessor 142 ein oder mehrere Programme 152 aus, die im Speicher 144 enthalten sind, und steuert als solcher den allgemeinen Betrieb des Steuergeräts 140 und des Computersystems des Steuergeräts 140, im Allgemeinen bei der Ausführung der hierin beschriebenen Prozesse, wie z. B. des Prozesses 300, der weiter unten im Zusammenhang mit 3 und den Implementierungen der 4-9 erörtert wird.
Bei dem Speicher 144 kann es sich um jede Art von geeignetem Speicher handeln. Zum Beispiel kann der Speicher 144 verschiedene Arten von dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM) wie SDRAM, die verschiedenen Arten von statischem RAM (SRAM) und die verschiedenen Arten von nichtflüchtigem Speicher (PROM, EPROM und Flash) umfassen. In bestimmten Beispielen befindet sich der Speicher 144 auf demselben Computerchip wie der Prozessor 142 und/oder ist auf diesem angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform speichert der Speicher 144 das oben erwähnte Programm 152 zusammen mit Kartendaten 154 (z. B. von und/oder in Verbindung mit dem Ortungssystem 130) und einem oder mehreren gespeicherten Werten 156 (z. B. einschließlich, in verschiedenen Ausführungsformen, Straßenerhöhungsdaten von bevorstehenden Straßenabschnitten und/oder anderen Straßen und/oder Schwellenwerten für das Durchführen von Feststellungen und/oder die Ausübung der Fahrzeugsteuerung auf der Grundlage der Straßenneigung und/oder des Gefälles).
Der Bus 150 dient der Übertragung von Programmen, Daten, Status und anderen Informationen oder Signalen zwischen den verschiedenen Komponenten des Rechnersystems des Steuergeräts 140. Die Schnittstelle 146 ermöglicht die Kommunikation mit dem Computersystem des Steuergeräts 140, zum Beispiel von einem Systemtreiber und/oder einem anderen Computersystem, und kann mit jedem geeigneten Verfahren und Vorrichtung implementiert werden. In einer Ausführungsform erhält die Schnittstelle 146 die verschiedenen Daten von der Sensoranordnung 120 und/oder dem Ortungssystem 130. Die Schnittstelle 146 kann eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen enthalten, um mit anderen Systemen oder Komponenten zu kommunizieren. Die Schnittstelle 146 kann auch eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen für die Kommunikation mit Technikern und/oder eine oder mehrere Speicherschnittstellen für die Verbindung mit Speichergeräten, wie dem Speichergerät 148, enthalten.
Das Speichergerät 148 kann jede geeignete Art von Speichergerät sein, einschließlich verschiedener Arten von Direktzugriffsspeichern und/oder anderen Speichergeräten. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Speichergerät 148 ein Programmprodukt, von dem der Speicher 144 ein Programm 152 empfangen kann, das eine oder mehrere Ausführungsformen eines oder mehrerer Prozesse der vorliegenden Offenbarung ausführt, wie z. B. die Schritte des Prozesses 300, die weiter unten im Zusammenhang mit 3 und den Implementierungen der 4-9 erörtert werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Programmprodukt direkt in dem Speicher 144 und/oder einer Platte (z. B. Platte 157), wie nachstehend beschrieben, gespeichert und/oder anderweitig darauf zugegriffen werden.
Der Bus 150 kann jedes geeignete physikalische oder logische Mittel zur Verbindung von Computersystemen und -komponenten sein. Dazu gehören unter anderem direkte, fest verdrahtete Verbindungen, Glasfasertechnik, Infrarot und drahtlose Bustechnologien. Während des Betriebs wird das Programm 152 in dem Speicher 144 gespeichert und von dem Prozessor 142 ausgeführt.
Es wird deutlich, dass diese beispielhafte Ausführungsform zwar im Zusammenhang mit einem voll funktionsfähigen Computersystem beschrieben wird, dass aber Fachleute erkennen werden, dass die Mechanismen der vorliegenden Offenbarung als Programmprodukt mit einer oder mehreren Arten von nicht transitorischen, computerlesbaren, signaltragenden Medien verteilt werden können, die zum Speichern des Programms und seiner Anweisungen und zum Durchführen seiner Verteilung verwendet werden, wie z. B. ein nicht transitorisches, computerlesbares Medium, das das Programm trägt und darin gespeicherte Computeranweisungen enthält, um einen Computerprozessor (wie den Prozessor 142) zu veranlassen, das Programm durchzuführen und auszuführen. Ein solches Programmprodukt kann eine Vielzahl von Formen annehmen, und die vorliegende Offenbarung gilt gleichermaßen unabhängig von der besonderen Art des computerlesbaren signaltragenden Mediums, das zum Durchführen der Verteilung verwendet wird. Beispiele für signaltragende Medien sind: beschreibbare Medien wie Disketten, Festplatten, Speicherkarten und optische Platten sowie Übertragungsmedien wie digitale und analoge Kommunikationsverbindungen. In bestimmten Ausführungsformen können auch Cloud-basierte Speicher und/oder andere Techniken verwendet werden. Es wird ebenfalls anerkannt, dass sich das Computersystem des Steuergeräts 140 auch anderweitig von der in 1 dargestellten Ausführungsform unterscheiden kann, zum Beispiel dadurch, dass das Computersystem des Steuergeräts 140 mit einem oder mehreren entfernten Computersystemen und/oder anderen Steuersystemen gekoppelt sein oder diese anderweitig nutzen kann.
2 zeigt ein funktionales Blockdiagramm für Module des Steuersystems 102 von 1, in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Steuersystem 102 in verschiedenen Ausführungsformen das Ortungssystem 130 (z. B. GPS) von 1, Trägheitsmesssensoren 121 und Kameras 126 von 1 und Kartendaten 154 von 1 (z. B. gespeichert im Speicher 144 von 1).
Wie in 1 dargestellt, werden in verschiedenen Ausführungsformen die Daten des Ortungssystems 130 (z. B. GPS), der Trägheitsmesssensoren 121, der Kameras 126 und der Kartendaten 154 (und in verschiedenen Ausführungsformen zusätzliche Daten, z. B. von zusätzlichen Sensoren der Sensoranordnung 120 von 1) als Eingaben in einen Algorithmus 202 zur Vorhersage eines Manövers und eines Übergangs für das Fahrzeug zu verschiedenen Zeitpunkten (t_k, t_k+1, ..., t_k+p).
In verschiedenen Ausführungsformen verwendet der Algorithmus 202 auch einen Bayes'schen Filter, der der folgenden Gleichung entspricht: $p (x_{k} | z_{1 : k}) = \frac{p (z_{k} | x_{1}) p (x_{k} | z_{1 : k - 1})}{p (z_{k} | z_{1 : k - 1})}$
wobei p(x_k|z_1:k) die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zustandsaktualisierung auf der Grundlage des vorhergesagten Zustands und der auf der Grundlage des Bayes-Schätzers berechneten Messwahrscheinlichkeit ist. Auch andere Schätzalgorithmen können für diesen Zweck verwendet werden.
Auch in verschiedenen Ausführungsformen wird der Algorithmus 202 über den Prozessor 142 von 1 ausgeführt und erzeugt eine vorhergesagte Störung 208 zu den verschiedenen Zeitpunkten in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen: $\begin{array}{l} ϕ_{k} & ϕ_{k + 1} & ϕ_{k + 2} & \dots & ϕ_{k + p} \end{array}$
$\begin{array}{l} {\dot{ψ}}_{d e s_{k}} & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + 1}} & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + 2}} & \dots & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + p}} \end{array}$
$\begin{array}{l} θ_{k} & θ_{k + 1} & θ_{k + 2} & \dots & θ_{k + p} \end{array}$
und $\begin{array}{l} a_{x_{r e f_{k}}} & a_{x_{r e f_{k + 1}}} & a_{x_{r e f_{k + 2}}} & \dots & a_{x_{r e f_{k} + p}} \end{array}$
wobei Φ_k den Neigungswinkel der Straße darstellt, θ_k für den Neigungswinkel der Straße steht, ψ_k für die gewünschte Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs steht und a_{x refk} kdie gewünschte Längsbeschleunigung ist.
In verschiedenen Ausführungsformen wird auch ein Schleppfehler (e_k) 206 über den Prozessor 144 von 1 erzeugt. Der Spurfehler ist die Differenz zwischen der gewünschten Fahrzeugtrajektorie und der Fahrzeugtrajektorie.
Wie in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, werden die vorhergesagte Störung 208 und der Spurfehler 206 für die modellprädiktive Steuerung (MPC) zur Steuerung des Fahrzeugs 10 in einer Weise bereitgestellt, die die Straßenhebungsstörung über die Vorhersage kompensiert. In verschiedenen Ausführungsformen liefert der Prozessor 144 von 1 Anweisungen für die modellprädiktive Steuerung unter Verwendung der adaptiven proaktiven Steuerung 212 für das Fahrzeug (z. B. durch Bereitstellung von Anweisungen zum Anpassen der Beschleunigung, des Bremsens und/oder der Lenkung für das Fahrzeug 10) entlang des rückläufigen Horizonts zu verschiedenen Zeitpunkten (t_k, t_k+1, ..., t_k+p).
3 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 300 zur Steuerung eines Fahrzeugs in Bezug auf Straßenhöhenübergänge gemäß beispielhaften Ausführungsformen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 in Verbindung mit dem Fahrzeug 100 von 1 und dem Steuersystem 102 von 1 und 2 implementiert werden. Das Verfahren 300 von 3 wird weiter unten auch im Zusammenhang mit den 4-9 erörtert, die verschiedene Implementierungen des Verfahrens 300 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen zeigen.
Wie in 3 dargestellt, beginnt das Verfahren in Schritt 301. In einer Ausführungsform beginnt das Verfahren 300, wenn ein Fahr- oder Zündzyklus des Fahrzeugs beginnt, z. B. wenn ein Fahrer sich dem Fahrzeug 100 nähert oder einsteigt oder wenn der Fahrer das Fahrzeug und/oder eine Zündung dafür einschaltet (z. B. durch Drehen eines Schlüssels, Betätigen eines Schlüsselanhängers oder einer Starttaste usw.). In einer Ausführungsform werden die Schritte des Verfahrens 300 kontinuierlich während des Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt.
Benutzereingaben werden für das Fahrzeug generiert (Schritt 302). In verschiedenen Ausführungsformen werden die Benutzereingaben von einem Fahrer oder einem anderen Benutzer des Fahrzeugs 100 über die Eingabesensoren 122 von 1 erhalten. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Benutzereingaben ein Reiseziel für das Fahrzeug 100 für die aktuelle Fahrt. Darüber hinaus können die Benutzereingaben in bestimmten Ausführungsformen auch eine oder mehrere andere Benutzeranforderungen in Bezug auf die Fahrzeugfahrt enthalten, wie z. B. eine Präferenz hinsichtlich einer Route oder eines Routentyps für die Fahrzeugfahrt, eine Übersteuerung einer oder mehrerer automatisierter Funktionen des Fahrzeugs 100 usw. In bestimmten Ausführungsformen werden die Benutzereingaben vom Fahrer oder einem anderen Benutzer des Fahrzeugs 100 über eine oder mehrere Tasten, Schalter, Knöpfe, Touchscreens, Mikrofone und/oder andere Vorrichtungen des Fahrzeugs 100 eingegeben, beispielsweise als Teil des Ortungssystems 130 von 1 (z. B. in bestimmten Ausführungsformen als Teil eines Navigationssystems und/oder GPS-Systems oder dergleichen). In verschiedenen Ausführungsformen werden die Benutzereingaben von Schritt 302 dem Prozessor 142 von 1 zur Verarbeitung und zum Durchführen von Bestimmungen und zur Implementierung der verbleibenden Schritte des Prozesses 300 zur Verfügung gestellt, zum Beispiel wie unten beschrieben.
In bestimmten Ausführungsformen werden auch zusätzliche Sensordaten erfasst (Schritt 304). In verschiedenen Ausführungsformen werden Sensordaten in Bezug auf das Fahrzeug 100 und/oder eine Straße oder einen Pfad, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, über einen oder mehrere Trägheitsmesssensoren 121, Lenksensoren 123, Drehmomentsensoren 124, Geschwindigkeitssensoren 125, Kameras 126 und/oder andere Sensoren der Sensoranordnung 120 von 1 erhalten. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Sensordaten von Schritt 304 dem Prozessor 142 von 1 zur Verarbeitung und zum Durchführen von Bestimmungen und zur Implementierung der verbleibenden Schritte des Prozesses 300 zur Verfügung gestellt, zum Beispiel wie unten beschrieben.
Es werden Standortdaten für das Fahrzeug ermittelt (Schritt 306). In verschiedenen Ausführungsformen werden Standortdaten über das Ortungssystem 130 von 1 (z. B. ein GPS-System) bezogen, die sich auf den Standort des Fahrzeugs 100 beziehen. In bestimmten Ausführungsformen werden solche Standortinformationen unter Verwendung von Informationen von einem oder mehreren Satelliten erhalten und umfassen Längs- und Breitenkoordinaten für das Fahrzeug 100. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Standortdaten von Schritt 306 dem Prozessor 142 von 1 zur Verarbeitung und zum Durchführen von Bestimmungen und zur Implementierung der verbleibenden Schritte des Prozesses 300 zur Verfügung gestellt, zum Beispiel wie unten beschrieben.
Es werden auch Kartendaten für die Fahrt des Fahrzeugs ermittelt (Schritt 308). In verschiedenen Ausführungsformen werden Kartendaten auf Fahrspurebene für die Straße oder den Pfad, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, abgerufen. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Kartendaten von einem oder mehreren Kartendaten 154 abgerufen, die im Speicher 144 von 1 gespeichert sind und der Fahrspur und der Straße oder dem Pfad entsprechen, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, und zwar auf der Grundlage der Standortdaten von Schritt 306.
Es werden Kameradaten ermittelt (Schritt 310). In verschiedenen Ausführungsformen werden die Kameradaten für die Straße oder den Pfad, auf dem das Fahrzeug 100 fährt, ermittelt und enthalten Informationen über die Straßenneigung und den Neigungswinkel der Straße. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Kameradaten in Bezug auf eine aktuelle Fahrspur, auf der das Fahrzeug 100 fährt, ermittelt. In bestimmten Ausführungsformen werden die Kameradaten auch in Bezug auf benachbarte und/oder andere nahe gelegene Fahrspuren erfasst. In bestimmten Ausführungsformen werden die Kameradaten, einschließlich der Informationen über die Straßenneigung und die Böschungswinkel, aus den Kartendaten von Schritt 308 sowie aus Kamerabildern gewonnen, die aus den Sensordaten von Schritt 304 in aktuellen und früheren Iterationen des Prozesses 300 gewonnen wurden.
Es wird eine Mission für das Fahrzeug geplant (Schritt 312). In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Mission (oder einen Reisepfad) für das Fahrzeug 100 geplant, um das Ziel der aktuellen Fahrzeugfahrt in Übereinstimmung mit den Benutzereingaben von Schritt 302 zu erreichen. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Mission durch den Prozessor 142 von 1 bestimmt, um die Straße(en) und die Fahrspur(en) innerhalb der Straße(en) einzuschließen, um das vom Benutzer ausgewählte Ziel zu erreichen. In bestimmten Ausführungsformen werden die Standortdaten aus Schritt 306, die Kartendaten aus Schritt 308 und/oder die Kameradaten aus Schritt 310 ebenfalls vom Prozessor 142 bei der Auswahl der Mission verwendet.
Darüber hinaus wird in verschiedenen Ausführungsformen ein Böschungsprofil erstellt (Schritt 314). In verschiedenen Ausführungsformen wird das Böschungsprofil durch den Prozessor 142 von 1 in Bezug auf die Straßen- und Böschungswinkel der Straße oder des Pfades entlang eines rückläufigen Vorhersagehorizonts der Straße oder des Pfades, der mit der Mission von Schritt 312 verbunden ist, erzeugt. In verschiedenen Ausführungsformen wird das Böschungsprofil auf diese Weise unter Verwendung der Kartendaten von Schritt 308 und der Kameradaten von Schritt 310 erzeugt.
Die Erzeugung des Böschungsprofils von Schritt 314 wird im Folgenden im Zusammenhang mit den in den und dargestellten beispielhaften Implementierungen beschrieben.
In Bezug auf 4 ist das Fahrzeug 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen auf einer Straße 400 mit mehreren Fahrspuren abgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen fährt das Fahrzeug 100 entlang eines Pfades (oder einer Mission), der den in 4 mit einem Stern gekennzeichneten Punkten 402 entspricht, die sich über mehrere Fahrspuren der Straße 400 erstrecken.
Wie in 4 dargestellt, werden verschiedene Neigungs- und Steigungswinkeldatenpunkte auf verschiedenen Fahrspuren und Segmenten entlang der Straße 400 (z. B. aus den Kameradaten und den Kartendaten) ermittelt. In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Neigungs- und Steigungswinkeldatenpunkte insbesondere: (i) erste Neigungs- und Steigungswinkeldatenpunkte 410 entlang einer ersten Spur der Straße 400, auf der das Fahrzeug 100 gerade (oder ursprünglich) fährt; (ii) zweite Neigungs- und Steigungswinkeldatenpunkte 411, die einer zweiten Spur der Straße 400 entsprechen (z.B., (iii) dritte Neigungs- und Steigungswinkeldatenpunkte 412 entlang einer dritten Fahrspur der Straße 400 (z.B. einer Fahrspur, die zwei Fahrspuren von der Fahrspur entfernt ist, auf der sich das Fahrzeug 100 gerade befindet). In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform zeigt 4 eine beispielhafte Implementierung, bei der das Fahrzeug 100 ein Spurwechselmanöver über die drei Fahrspuren der Straße 400 ausführt (oder im Begriff ist, es auszuführen).
Mit Bezug auf 5 wird diese beispielhafte Implantation von 4 mit einer Nahaufnahme des Fahrzeugs 100, wie es auf der Straße 400 von 1 positioniert ist, in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Wie in 5 dargestellt, enthält jeder Fahrpunkt 402 des Fahrzeugs 100 einen zugehörigen Böschungswinkel Φx 502 für die Straße 400. Wie ebenfalls in 5 dargestellt, sind in verschiedenen Ausführungsformen: (i) jeder der ersten Datenpunkte 410 einen zugehörigen Böschungswinkel Φ⁰ x 510 für die erste Fahrspur der Straße 400 enthält; (ii) jeder der zweiten Datenpunkte 411 einen zugehörigen Böschungswinkel Φ¹ x 511 für die zweite Fahrspur der Straße 400 enthält; und (iii) jeder der dritten Datenpunkte 412 einen zugehörigen Böschungswinkel Φ² x 512 für die dritte Fahrspur der Straße 400 enthält.
Wie in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, werden die Neigungswinkelwerte in Bezug auf ein Koordinatensystem mit einer x-Achse 520, die der aktuellen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 entspricht, und einer dazu senkrecht stehenden y-Achse 530 bestimmt.
Darüber hinaus wird in verschiedenen Ausführungsformen der Böschungswinkel der Straße gemäß den folgenden Gleichungen bestimmt (gemäß nicht einschränkenden Modellbeispielen, die beispielhafte mathematische Funktionen veranschaulichen, die zur Umsetzung der in diesem Beitrag offenbarten Methodik verwendet werden können): $y (x) = d_{1} x + d_{2} x^{2} + d_{3} x^{3} + d_{4} x^{4} + d_{5} x^{5}$
$y_{i} (x) = c_{0} + c_{1} x + c_{2} x^{2} + c_{3} x^{3}$
$Φ_{i} (x) = [Φ_{0}^{i}, \dots, Φ_{j}^{i}, \dots, Φ_{p}^{i}]$
$F o r 0 \leq x_{k} \leq x_{p}$
$\underset{i}{argmin} (\sqrt{{(y (x_{k}) - y_{i} (x_{k}))}^{2} + {(y (x_{k}) - y_{i + 1} (x_{k}))}^{2}})$
und $Φ (x_{k}) = \frac{Φ_{i + 1} (x_{k}) - Φ_{i} (x_{k})}{y_{i + 1} (x_{k}) - y_{i} (x_{k})} (y (x_{k}) - y_{i} (x_{k})) + Φ_{i} (x_{k})$
wobei Φ den Neigungswinkel der Straße darstellt und y der seitliche Versatz des Fahrzeugs in Bezug auf die aktuelle Position bei vorausschauender Betrachtung x, c₀,..., c₃ Polynomkoeffizienten für die Mitte der Fahrspur für jede Fahrspur sind i , d₁, .. ,d₅ sind die Polynomkoeffizienten für die gewünschte Bahn oder das geplante Missionsprofil, die über mehrere Fahrspuren zu bestimmen sind.
Auch in verschiedenen Ausführungsformen, ähnlich dem Beispiel von 5, enthält jeder Fahrpunkt 402 für das Fahrzeug 100 ebenfalls einen zugehörigen Neigungswinkel θ(x) 502 für die Straße 400. Ebenfalls wie in 5 dargestellt, sind in verschiedenen Ausführungsformen: (i) enthält jeder der ersten Datenpunkte 410 auch einen zugehörigen Neigungswinkel θ₀ (x) für die erste Fahrspur der Straße 400; (ii) jeder der zweiten Datenpunkte 411 enthält einen zugehörigen Straßenneigungswinkel θ₁ (x) für die zweite Fahrspur der Straße 400; und (iii) jeder der dritten Datenpunkte 412 einen zugehörigen Straßenneigungswinkel θ₂(x) für die dritte Spur der Straße 400, die von dem Prozessor 142 von 1 in ähnlicher Weise bestimmt werden, wie oben in Verbindung mit den Gleichungen 6-11 für den Straßenneigungswinkel beschrieben Φ.
Zurück zu 3: In verschiedenen Ausführungsformen wird das Böschungsprofil transformiert (Schritt 316). Insbesondere transformiert der Prozessor 142 von 1 in verschiedenen Ausführungsformen das Straßenneigungs- und Winkelprofil von Schritt 314 von einem Straßenkoordinatensystem in ein Fahrzeugkoordinatensystem. Die Transformation von Schritt 316 wird im Folgenden gemäß einer beispielhaften Implementierung von 6 beschrieben.
In 6 ist das Fahrzeug 100 auf der Straße 400 dargestellt, die einen Fahrpfad 602 aufweist. Wie ebenfalls in 6 dargestellt, fährt das Fahrzeug 100 entlang eines gewünschten Pfades 604. In 6 ist auch ein gewünschter Gierwinkel e_2d 606 für den gewünschten Pfad 604 relativ zum Fahrpfad 602 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 6 umfasst die Transformation von Schritt 316 in verschiedenen Ausführungsformen eine Drehung von den Straßenkoordinaten (z. B. des Fahrpfads 602) zum gewünschten Pfad 604 gemäß den folgenden Gleichungen: $ϕ = sin (e_{2 d}) Θ + cos (e_{2 d}) Φ$
und $θ = cos (e_{2 d}) Θ - sin (e_{2 d}) Φ$
wobei Φ für den Böschungswinkel der Straße, Θ für den Neigungswinkel der Straße und e_2d für den gewünschten Gierwinkel 606 von 6 für den gewünschten Pfad 604 relativ zum Straßenpfad 602 steht.
Zurück zu 3: In verschiedenen Ausführungsformen wird das transformierte Böschungsprofil der Schritte 314 und 316 zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet, sowohl für die Quersteuerung (Schritt 318 und 320). In verschiedenen Ausführungsformen wird das transformierte Böschungsprofil vom Prozessor 142 von 1 verwendet, um Anpassungen und/oder Steueranweisungen für verschiedene Fahrzeugkomponenten wie das Bremssystem 106, das Lenksystem 108 und/oder das Antriebssystem 110 bereitzustellen, um die Quer- und Längssteuerung des Fahrzeugs 100 auf der Grundlage des projizierten Böschungswinkels und des Neigungswinkels über den rückläufigen Vorhersagehorizont der Straße einzustellen, um beispielsweise einen potenziell sanfteren Übergang zu bieten, wenn das Fahrzeug 100 verschiedene Abschnitte der Straße mit variablen Straßenböschungs- und/oder Straßenneigungswinkeln entlangfährt.
Zunächst wird in Schritt 318 in einer beispielhaften Ausführungsform die seitliche Steuerung des Fahrzeugs 100 unter Verwendung eines Modells zur Verfolgung der seitlichen Bahn in Verbindung mit den folgenden Gleichungen angepasst: $\dot{e} = A e + B_{1} δ + B_{2} {\dot{ψ}}_{d e s} + B_{3} sin (ϕ)$
$e = [y - y_{d}, \dot{y} - {\dot{y}}_{d}, ψ - ψ_{d}, \dot{ψ} - {\dot{ψ}}_{d}] = {[e_{1}, {\dot{e}}_{1}, e_{2}, {\dot{e}}_{2}]}^{T}$
$A = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & - \frac{2 C_{a f} + 2 C_{a r}}{m V_{x}} & \frac{2 C_{a f} + 2 C_{a r}}{m} & \frac{- 2 C_{a f} l_{f} + 2 C_{a r} l_{r}}{m V_{x}} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & - \frac{2 C_{a f} l_{f} - 2 C_{a r} l_{r}}{I_{z} V_{x}} & \frac{2 C_{a f} l_{f} - 2 C_{a r} l_{r}}{I_{z}} & - \frac{2 C_{a f} l^{f^{2}} + 2 C_{a r} l_{r}^{2}}{I_{z} V_{x}} \end{matrix}]$
$B_{1} = [\begin{matrix} 0 \\ \frac{2 C_{a f}}{m} \\ 0 \\ \frac{2 C_{a f} l_{f}}{I_{z}} \end{matrix}]$
$B_{2} = [\begin{matrix} 0 \\ - \frac{2 C_{a f} l_{f} - 2 C_{a r} l_{r}}{m V_{x}} - V_{x} \\ 0 \\ - \frac{2 C_{a f} l^{f^{2}} + 2 C_{a r} l_{r}^{2}}{I_{z} V_{x}} \end{matrix}]$
$B_{3} = [\begin{matrix} 0 \\ - g \\ 0 \\ 0 \end{matrix}]$
$\dot{e} = A e + B_{1} δ + [\begin{matrix} 0 \\ D 1 \\ 0 \\ D 2 \end{matrix}] = A e + B [\begin{matrix} D 1 \\ D 2 \\ δ \end{matrix}]$
$B = [\begin{matrix} 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & \frac{2 C_{a f}}{m} \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & \frac{2 C_{a f} l_{f}}{I_{z}} \end{matrix}]$
$D 1 = (- \frac{2 C_{a f} l_{f} - 2 C_{a r} l_{r}}{m V_{x}} - V_{x}) {\dot{ψ}}_{d e s} - gsin (ϕ)$
$D 2 = (- \frac{2 C_{a f} l^{f^{2}} + 2 C_{a r} l_{r}^{2}}{I_{z} V_{x}}) {\dot{ψ}}_{d e s}$
$ϕ (x_{k}) = [\begin{array}{l} ϕ_{k} & ϕ_{k + 1} & ϕ_{k + 2} & \dots & ϕ_{k + p} \end{array}]$
und ${\dot{ψ}}_{d e s_{h}} (x_{k}) = [\begin{matrix} {\dot{ψ}}_{d e s_{k}} & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + 1}} & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + 2}} & \dots & {\dot{ψ}}_{d e s_{k + p}} \end{matrix}]$
in denen: (i) e₁ den seitlichen Positionsfehler in Bezug auf die Straße darstellt; (ii) e₂ den Gierwinkelfehler in Bezug auf die Straße darstellt; (iii) δ für den Vorderradlenkwinkel steht; (iv) Ψ̇_k+i die gewünschte Gierratenpunktwolke über den Vorhersagehorizont unter Berücksichtigung der Krümmung (Ψ̇_k+1 = ρ_k+iV_x); und (v) Φ_x+i die Punktwolke des Straßenneigungswinkels über den Vorhersagehorizont darstellt, und in der (i) die Werte von Ψ in 7 dargestellt sind und (ii) die Werte von ϕ in 8 dargestellt sind (in Verbindung mit der x-Achse 520 und der y-Achse 530 von 5). C_af, C_ar sind die vorderen und hinteren Kurvenkoeffizienten, m ist die Fahrzeugmasse, I_z ist das Trägheitsmoment, l_f, l_r, der Abstand des Schwerpunkts zur Vorder- bzw. Hinterachse und δ ist der Radwinkel des Fahrzeugs.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf Schritt 318 basiert die seitliche Steuerung in verschiedenen Ausführungsformen auf einer Verarbeitung einer Reihe von Eingaben, einschließlich (i) die gewünschte Trajektorie Y(x) = f (x) aus dem Missions-/Pfadplaner; (ii) Fahrzeugbahnkrümmung (p); (iii) Fahrzeuggeschwindigkeit (v_x, v_y); (iv) Daten der Trägheitsmesseinheit (IMU) (a_x, a_y, ω_z)(v) vom Fahrer aufgebrachtes Drehmoment (τ_driver); (vi) Lenkwinkel (δ); (vii) Freigabe; (viii) Übersteuerung durch den Fahrer; (ix) sicherheitskritische Abbremsanforderung; (x) Horizontneigungswinkel ϕund (xi) gewünschte Horizontkrümmung ϕ. Auch in verschiedenen Ausführungsformen werden diese verschiedenen Eingaben (z.B. erhalten über die Sensoranordnung 120 von 1) von dem Prozessor 142 von 1 verwendet, um einen Lenkbefehl für die seitliche Steuerung des Fahrzeugs 100 zu erzeugen, der auf den folgenden Gleichungen basiert: $min_{δ_{0} \dots δ_{n}} \sum_{t \geq 0} g (e, δ_{t} (e))$
, so dass: $\dot{e} = A e + B_{1} δ_{t} + B_{2} {\dot{ψ}}_{d e s} + B_{3} sin (ϕ) + \tilde{e}$
und $α_{1} e + α_{2} δ \leq c, \forall \tilde{e}$
wobei: (i) Ae + B₁δ_t eine modellbasierte Kompensation der Fehlerdynamik ist; (ii) B₂ Ψ̇_des eine gewünschte Auswirkung der Krümmung auf die Fehlerdynamik ist; (iii) B₃ sin (φ) die Auswirkung des Neigungswinkels ist; (iv), ẽ Unsicherheiten in der (zu schätzenden und zu kompensierenden) Fehlerdynamik darstellt, und (v) α₁e + α₂δ ≤ c, ∀ẽ stellt eine Bedingung für die Realisierung von Unsicherheiten und robuster Steuerung sowie Leistungs-, Gefühls-, Komfort- und Sicherheitsbeschränkungen dar.
Darüber hinaus wird während des Schritts 320 in einer beispielhaften Ausführungsform die Längssteuerung des Fahrzeugs 100 unter Verwendung eines Modells zur Verfolgung der Längstrajektorie für die Längskompensation (über Anweisungen, die von dem Prozessor 142 von 1 bereitgestellt werden) auf der Grundlage von Sensordateneingaben, die von der Sensoranordnung 120 von 1 bereitgestellt werden, in Verbindung mit den folgenden Gleichungen angepasst: ${\dot{e}}_{x} = v_{x} - v_{x_{r e f}}$
${\dot{v}}_{x} = v_{y} \dot{ψ} + \frac{T_{B / E}}{m r} + g s i n (θ) cos (ϕ)$
$[\begin{matrix} {\dot{e}}_{x} \\ {\ddot{e}}_{x} \\ a_{x_{a c t u a l}^{\cdot}} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & - 2 π ƒ \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{x} \\ {\dot{e}}_{x} \\ a_{x_{a c t u a l}} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 2 π ƒ \end{matrix}] [a_{x_{c m n d}}] + [\begin{matrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{matrix}] [- a_{x_{r e f}} + g . c o s (ϕ) . θ]$
$\dot{x} = - M x + N_{1} a_{x_{c m n d}} + N_{2} (- a_{x_{r e f}} + g . C o s (ϕ) θ)$
$x = [\begin{matrix} {\dot{e}}_{x} \\ {\ddot{e}}_{x} \\ a_{x_{a c t u a l}^{\cdot}} \end{matrix}]$
$M = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & - 2 π ƒ \end{matrix}]$
$N_{1} = [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 2 π ƒ \end{matrix}]$
$N_{2} = [\begin{matrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{matrix}]$
$g θ (x_{k}) = g c o s (ϕ) [\begin{array}{l} θ_{k} & θ_{k + 1} & θ_{k + 2} & \dots & θ_{k + p} \end{array}]$
und $a_{x_{r e f}} (x_{k}) = [\begin{matrix} a_{x_{r e f_{k}}} & a_{x_{r e f_{k + 1}}} & a_{x_{r e f_{k + 2}}} & \dots & a_{x_{r e f_{k + p}}} \end{matrix}]$
In denen: (i) T_B/E für das Traktions-/Bremsmoment steht; (ii) a_x für die Längsbeschleunigung steht; (ii) v_x für die Längsgeschwindigkeit steht; (iii) v_xref- die gewünschte Längsgeschwindigkeit darstellt; (iv) a_xref repräsentiert die gewünschte Längsbeschleunigung; und (v) θ_k+i eine Punktwolke des Straßenneigungswinkels über den Vorhersagehorizont darstellt, wobei die Werte des Straßenneigungswinkels 0 in 9 dargestellt sind. In verschiedenen Ausführungsformen können Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle für die Längssteuerung des Fahrzeugs ähnlich wie in den Gleichungen 26, 27 und 28 erzeugt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird das Verfahren dann in Schritt 322 beendet.
Dementsprechend werden Verfahren, Systeme und Fahrzeuge für die Steuerung von Fahrzeugen während der Übergänge zwischen den Straßenhöhen bereitgestellt. In verschiedenen Ausführungsformen werden Kameradaten und Kartendaten verwendet, um ein Profil des Straßenneigungswinkels und des Straßenböschungswinkels entlang eines rückläufigen Vorhersagehorizonts entlang einer Straße, auf der das Fahrzeug fährt, zu erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine transformierte Version des Neigungswinkel- und Böschungswinkelprofils verwendet, um das Fahrzeug in Quer- und Längsrichtung zu steuern, z. B. um die Übergänge zwischen Straßenabschnitten mit unterschiedlichen Neigungs- und/oder Böschungswinkeln zu ermöglichen.
Es ist klar, dass die Systeme, Fahrzeuge und Verfahren von den in den Abbildungen dargestellten und hier beschriebenen abweichen können. Zum Beispiel können das Fahrzeug 100 von 1, das Steuersystem 102 von 1 und 2 und/oder deren Komponenten von 1 und 2 in verschiedenen Ausführungsformen variieren. Es wird ebenfalls anerkannt, dass die Schritte des Prozesses 300 sich von den in 3 dargestellten unterscheiden können und/oder dass verschiedene Schritte des Prozesses 300 gleichzeitig und/oder in einer anderen Reihenfolge als der in 3 dargestellten ablaufen können. In ähnlicher Weise kann man sich vorstellen, dass die verschiedenen Implementierungen der 4 bis 9 auch in verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich sein können.
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen praktischen Leitfaden für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren gesetzlichen Entsprechungen dargelegt ist, verlassen wird.

Claims

Ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Erhalten von Sensordaten von einem oder mehreren Sensoren an Bord eines Fahrzeugs; Erhalten von Standortdaten, die sich auf den Standort des Fahrzeugs beziehen; Erhalten von Kartendaten, die sich auf einen dem Standort entsprechenden Pfad beziehen; Erzeugen, unter Verwendung eines Prozessors, eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und proaktives Steuern des Fahrzeugs auf der Grundlage von Anweisungen, die vom Prozessor bereitgestellt werden, unter Verwendung des vorhergesagten Höhenprofils.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Empfangen von Benutzereingaben bezüglich eines Reiseziels für das Fahrzeug; und Erzeugen einer geplanten Mission für die Fahrt zum Reiseziel entlang einer mit dem Pfad verbundenen Straße, basierend auf den Benutzereingaben und den Standortdaten; wobei der Schritt des Erzeugens des Höhenprofils das Erzeugen, über den Prozessor, eines Straßenhöhenprofils über einen rückläufigen Vorhersagehorizont für die Straße in Übereinstimmung mit der geplanten Mission unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten umfasst; und wobei der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs das Steuern des Fahrzeugs auf der Grundlage der von dem Prozessor bereitgestellten Anweisungen unter Verwendung des prädiktiven Straßenhöhenprofils über den rückläufigen Vorhersagehorizont umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Straßenhöhenprofil ein Profil von Böschungswinkeln und Neigungswinkeln für die Straße entlang des zurückweichenden Vorhersagehorizonts umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Straßenhöhenprofil vom Prozessor auf der Grundlage von Kameradaten sowie von Fahrspurdaten für die Straße erzeugt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Durchführen, durch den Prozessor, einer Transformation des Höhenprofils von Straßenkoordinaten in Fahrzeugkoordinaten, wobei ein transformiertes Höhenprofil erzeugt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs umfasst: Steuern der Querdynamik des Fahrzeugs, über vom Prozessor bereitgestellte Befehle, auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Steuerns des Fahrzeugs umfasst: Steuerns der Längsdynamik des Fahrzeugs, über vom Prozessor bereitgestellte Befehle, auf der Grundlage des transformierten Höhenprofils.
Ein System, umfassend: einen oder mehrere Sensoren, die so konfiguriert sind, dass sie zumindest den Erhalt von dynamischen Messungen und Pfadinformationen für ein Fahrzeug ermöglichen; ein oder mehrere Ortungssysteme, die so konfiguriert sind, dass sie zumindest den Erhalt von Standortdaten in Bezug auf den Standort des Fahrzeugs ermöglichen; einen Computerspeicher, der so konfiguriert ist, dass er Kartendaten speichert, die sich auf einen dem Standort entsprechenden Pfad beziehen; und einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: Erzeugen eines Höhenprofils entlang des Pfades unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und Bereitstellen von Anweisungen zum Steuern des Fahrzeugs anhand des Höhenprofils.
Das System nach Anspruch 8, wobei: der eine oder die mehreren Sensoren so konfiguriert sind, dass sie zumindest den Empfang von Benutzereingaben bezüglich eines Reiseziels für das Fahrzeug ermöglichen; und der Prozessor ist so konfiguriert, dass er zumindest Folgendes ermöglicht: Erzeugen einer geplanten Mission für die Fahrt zum Reiseziel entlang einer mit dem Pfad verbundenen Straße, basierend auf den Benutzereingaben und den Standortdaten; Erzeugen eines Straßenhöhenprofils über einen rückläufigen Vorhersagehorizont für die Straße in Übereinstimmung mit der geplanten Mission unter Verwendung der Sensordaten und der Kartendaten; und Bereitstellen von Anweisungen für das Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des Straßenhöhenprofils über den rückläufigen Vorhersagehorizont.
Das System nach Anspruch 9, wobei das Straßenhöhenprofil ein Profil von Böschungswinkeln und Neigungswinkeln für die Straße zusammen mit dem rückläufigen Vorhersagehorizont umfasst.