WO2023274768A1 - Vorrichtung und verfahren zur regelung der längs- und/oder querführung eines fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur regelung der längs- und/oder querführung eines fahrzeugs Download PDF

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WO2023274768A1
WO2023274768A1 PCT/EP2022/066709 EP2022066709W WO2023274768A1 WO 2023274768 A1 WO2023274768 A1 WO 2023274768A1 EP 2022066709 W EP2022066709 W EP 2022066709W WO 2023274768 A1 WO2023274768 A1 WO 2023274768A1
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trajectory
variable
vehicle
control
variables
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PCT/EP2022/066709
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Christian Rathgeber
Niko Kirsamer
Christina Dietrich
Philip Wolze
Michael HABERMEIER
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B60W2720/10—Longitudinal speed
    • B60W2720/106—Longitudinal acceleration

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle.
  • the invention can be used in particular as part of a driver assistance system (FAS), the longitudinal and/or lateral guidance of the vehicle being controlled in such a way that a driving task specified by the ADAS is fulfilled.
  • the ADAS can enable at least partially automated driving, possibly up to fully automated driving, of the vehicle.
  • automated driving means driving with automated longitudinal and/or lateral guidance.
  • Automated driving can, for example, involve driving on the freeway for a longer period of time or driving for a limited period of time when parking.
  • automated driving includes automated driving with any degree of automation. Exemplary degrees of automation are assisted, partially automated, highly automated, fully automated and autonomous driving (with an increasing degree of automation in each case).
  • the five levels of automation mentioned above correspond to SAE levels 1 to 5 of the SAE J3016 standard (SAE - Society of Automotive Engineering). With assisted driving (SAE Level 1), the system performs longitudinal or lateral guidance in certain driving situations.
  • SAE Level 2 With semi-automated driving (SAE Level 2), the system takes over the longitudinal and Lateral guidance in certain driving situations, whereby the driver has to constantly monitor the system, as with assisted driving.
  • SAE Level 3 With highly automated driving (SAE Level 3), the system takes over longitudinal and lateral guidance in certain driving situations without the driver having to constantly monitor the system; however, the driver must be able to take control of the vehicle within a certain period of time when requested by the system.
  • SAE Level 4 With fully automated driving (SAE Level 4), the system takes over control of the vehicle in certain driving situations, even if the driver does not respond to a request to intervene, meaning that the driver is no longer a fallback option.
  • SAE Level 5 With autonomous driving (SAE Level 5), the system can carry out all aspects of the dynamic driving task under any road and environmental conditions, which can also be controlled by a human driver. SAE Level 5 thus corresponds to driverless driving, in which the system can automatically handle all situations like a human driver throughout the journey; a driver is generally no longer required.
  • Automated driving functions require powerful control that causes the vehicle to follow the planned trajectory.
  • Model-based approaches are often used for this purpose. These take into account assumed system dynamics directly in the controller design. This means that when controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle, vehicle models are used which approximately describe the behavior of the vehicle.
  • the regulation of the longitudinal or lateral guidance typically includes the inversion of such vehicle models in order to determine which specifications must be made to the vehicle in order to bring about a desired behavior of the vehicle (e.g. driving along a desired trajectory). This can be done as part of a so-called pilot control.
  • German patent DE 10 2014 215 243 B4 describes a controller that is set up to determine a steering specification for a power steering system of the vehicle as a controller output variable based on one or more target trajectory variables for the trajectory of a vehicle.
  • the regulator includes a precontrol that uses a model relating to the dynamic behavior of the vehicle and that is set up to determine corresponding precontrol variables on the basis of the setpoint trajectory variables.
  • the setpoint trajectory variables and the corresponding pilot control variables are brought forward in time by a dead time, with the dead time depending on a time delay in the implementation of the steering specification by the power steering.
  • a vehicle dynamics model on which such a pre-control is based can generally be in the form of a transfer function G(s) in the Laplace domain (i.e. in Dependence on a complex frequency variable s) can be specified.
  • the pilot control should compensate for the vehicle dynamics as far as possible in such a way that it implements an inverse transfer system to the vehicle dynamics, which in many cases can be represented by the inverse transfer function G ⁇ 1 (s).
  • the inverse transmission system must be stable so that it can be implemented.
  • a transfer function G(s) is invertible can be understood in particular as meaning that the transfer function G(s) is stable (ie that the zeros of G(s) have negative real parts, since these become poles or eigenvalues of the inverted transfer function G -1 (s).As a further condition, it can also be provided that there is an excess of poles and zeros.This means that there must be at least as many zeros as there are poles, so that the transfer function can be realized without a filter A transmission system is not invertible within the meaning of the present description if at least one of the two conditions mentioned above is not met.
  • the transmission system is often inverted by means of a filter.
  • the disadvantage here is that the design of the filter is often not trivial and that the filter generally entails delay times.
  • An alternative, simulation-based approach is based on a closed-loop simulation using a virtual control circuit that takes the vehicle dynamics into account (cf. e.g. C. Rathgeber, "Trajectory planning and following control for assisted to highly automated driving", TU Berlin 2016, Chapter 4.7; online available at: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5506).
  • Such approaches are also comparatively complex to implement.
  • a first aspect of the invention relates to a device for controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle.
  • the vehicle can in particular be a motor vehicle.
  • the term motor vehicle can in particular be understood to mean a land vehicle that is moved by machine power without being tied to railroad tracks.
  • a motor vehicle in this sense can, for example, be designed as a motor vehicle, motorcycle or tractor.
  • the vehicle may be equipped with a driver assistance system (DAS).
  • DAS driver assistance system
  • the ADAS can be set up to perform functions as part of at least partially automated driving of a motor vehicle, such as an ACC function (i.e. a combined speed and distance control), a lane change assistance function (SWA), a parking assistance function or the like.
  • ACC function i.e. a combined speed and distance control
  • SWA lane change assistance function
  • parking assistance function or the like.
  • the device includes a trajectory planner that is set up to determine target trajectory variables for a trajectory of the vehicle.
  • the target trajectory variables can be determined in particular as a function of a driving task, e.g. specified by an ADAS.
  • the setpoint trajectory variables include at least a first trajectory state and a second trajectory state, the second trajectory state corresponding to a change in the first trajectory state over time.
  • the target trajectory variables include at least a first trajectory state, a second trajectory state and a third trajectory state, the second trajectory state of a change over time of the corresponds to the first trajectory state, and wherein the third trajectory state corresponds to a change in the second trajectory state over time.
  • the trajectory planner for controlling the lateral guidance of the vehicle can use a target curvature as the first trajectory state, a first time derivative of the target curvature as the second trajectory state, and a second time derivative of the target curvature as the third trajectory state Determine target curvature of a planned trajectory as target trajectory variables for controlling the lateral guidance of the vehicle.
  • the trajectory planner can determine, for example, a target (longitudinal) acceleration, a first derivative of the target acceleration (i.e. a jolt) and a second derivative of the target acceleration as target trajectory variables for controlling the longitudinal guidance.
  • the device also includes a precontrol that is set up to calculate a precontrol variable from—and preferably solely from—the target trajectory variables and a model of the dynamic behavior of the vehicle.
  • the precontrol variable and the first trajectory state are variables of the same type This can in particular be understood to mean that the pilot control variable and the first trajectory state stand for variables with the same physical dimension. For example, if the first trajectory state is curvature, the feed forward quantity is also curvature, and if the first trajectory state is acceleration, the feed forward quantity is also acceleration.
  • the model can be a vehicle-specific dynamic transmission model, which, for example, approximately characterizes a response of the vehicle to a specific manipulated variable, such as a longitudinal acceleration or a steering angle (or a change in the steering angle), and preferably also a time behavior of a subordinate actuator system of the longitudinal or Lateral control of the vehicle taken into account.
  • a specific manipulated variable such as a longitudinal acceleration or a steering angle (or a change in the steering angle)
  • the model can also take into account the influences of one or more subordinate controls, such as controls of the actuator system or a vehicle follow-up control.
  • the device is set up to determine a manipulated variable for a controlled system as part of the longitudinal and/or transverse guidance as a function of the pilot control variable, the manipulated variable and the pilot control variable being variables of the same type.
  • the precontrol variable itself to be the manipulated variable.
  • the indication that the device the The manipulated variable is "determined" as a function of the pre-control variable, i.e. it also includes the case where the pre-control variable itself is passed on to the controlled system as a manipulated variable.
  • both the pilot control variable and the manipulated variable for the controlled system are also curvatures.
  • the controlled system can also include one or more controllers, such as a vehicle guidance controller and/or one or more subordinate controllers, such as actuator controllers. This is explained in more detail below using exemplary embodiments.
  • the device can include the controlled system.
  • the model is a linear transfer model, i.e. a model of a linear transfer system.
  • a non-linear transmission model can also be used.
  • the model can be used, for example, in a manner known per se by a transfer function be described in the frequency domain.
  • the transfer function can, for example, be the response of the Describe the vehicle on a steering angle.
  • the model can be represented in a state space by a system of differential equations.
  • lateral dynamics of the vehicle in connection with the lateral guidance control, can be modeled approximately with a second-order transfer function according to the single-track model, taking into account the corresponding actuator system (ie the steering).
  • the longitudinal dynamics of the vehicle typically essentially determined by the dynamics of the motor and brake actuators and can also be used well with a second-order transfer function to be discribed.
  • the transmission model can be a PDT2 or PT2 model (however, a PT1 model or a PT4 model is also conceivable, for example).
  • any transfer function can be considered, provided that the application has suitable states (ie, in the case of a transfer function of the nth order, in particular also a nth trajectory state corresponding to an nth derivative of a first trajectory state) can be provided.
  • the model can describe a non-invertible transfer system or be represented within the scope of the pre-control by a non-invertible transfer function (in the sense explained above).
  • the pilot control is set up to approximately compensate for a dynamic behavior of the vehicle that corresponds to the model (possibly including the influences of an actuator system and one or more subordinate regulations).
  • the pilot control can calculate on the basis of the model which adjustment specifications must be made to an actuator of the vehicle in order to bring about a desired behavior of the vehicle and thus to realize a vehicle trajectory according to the setpoint trajectory variables.
  • control can be set up to calculate the pilot control variable without using a filter. This has the advantage that the complexity can be reduced and that no additional delay time is introduced due to the absence of a filter, so that the performance of the regulation is increased.
  • the model of the dynamic behavior of the vehicle as part of the pre-control by a transfer function (in the Laplace domain) of the form to be discribed.
  • s is a complex frequency variable
  • m and n are natural numbers
  • a is 0 , ..., a m , b 0 , ..., b m are real parameters.
  • the transfer function can be represented as a quotient of polynomials of the nth or mth order.
  • the model of the dynamic behavior of the vehicle as part of the pre-control by a transfer function of the form to be discribed if are the target trajectory variables and u vs is a pilot variable to be determined as part of the pilot control, the pilot variable u vs from the target trajectory variables and the parameters a 0 , a 1 der Transfer function can be calculated as
  • the model of the dynamic behavior of the vehicle can be used as part of the pilot control by a transfer function of the form to be discribed.
  • the transfer function can be calculated as
  • the target trajectory variables can be a target (Longitudinal) acceleration a traj and a first or second time derivative thereof.
  • it can also be a variable other than a target acceleration and a first or second time derivative thereof.
  • the model of the dynamic behavior of the vehicle can be used as part of the pilot control by a transfer function of the form is described.
  • the pilot variable ⁇ d from the target trajectory variables and the parameters a 0 , a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , b 2 of the transfer function using the equation
  • the precontrol variable ⁇ d can be calculated by means of second integration steps.
  • the target trajectory variables can be a target Curvature ⁇ traj and a first or second time derivative thereof. However, it can also be a variable ⁇ traj other than a target curvature and a first or second time derivative thereof.
  • the pilot control does not necessarily have to directly determine a setting specification for an actuator system of the vehicle, such as a steering angle or steering torque specification for lateral control or a longitudinal acceleration specification for the engine or brake. Rather, the pre-control variable determined by the pre-control can first be further processed in one or more downstream controllers, such as a trajectory-following controller, vehicle guidance controller and/or a subordinate steering or engine controller. In other words, the pilot control can determine the pilot control variable in such a way that, if they are processed further within the framework of the controller, the result is that the controlled system implements the setpoint trajectory variable(s) and the vehicle follows the planned trajectory.
  • a setting specification for an actuator system of the vehicle such as a steering angle or steering torque specification for lateral control or a longitudinal acceleration specification for the engine or brake.
  • the pre-control variable determined by the pre-control can first be further processed in one or more downstream controllers, such as a trajectory-following controller, vehicle guidance controller and/or a subordinate steering or engine controller.
  • the pilot control can
  • the device includes a trajectory-following controller that is set up to determine the manipulated variable as a function of the pilot control variable.
  • the device can be set up to determine one or more control errors (e.g. as a difference between a reference and a feedback variable) using the trajectory-following controller on the basis of one or more reference variables and one or more feedback variables, the pilot control variable on the basis of one or to correct the plurality of control errors (for example by adding the control error to the precontrol variable) and to determine the manipulated variable as the corrected precontrol variable or as a function of the corrected precontrol variable.
  • a target trajectory variable or a variable derived from one or more target trajectory variables can be used as a reference variable.
  • a corresponding actual trajectory variable or a variable derived from one or more actual trajectory variables can be used as the feedback variable.
  • the controlled system can include a vehicle guidance controller (downstream of the trajectory following controller, if present), which is set up to provide a setting specification for an actuator system for the lateral and/or longitudinal guidance depending on the manipulated variable of the vehicle to be determined.
  • the vehicle guidance controller can convert a corrected precontrol variable in the form of a curvature specification into a setting specification for the steering of the vehicle in the form of a target steering angle as part of a lateral guidance control.
  • a second aspect of the invention is a method for controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle, with the steps:
  • target trajectory variables for a trajectory of the vehicle, the target trajectory variables comprising at least a first trajectory state and a second trajectory state, the second trajectory state corresponding to a change in the first trajectory state over time ;
  • the method according to the second aspect of the invention can be carried out by means of an apparatus according to the first aspect of the invention. Therefore, embodiments of the method according to the invention can correspond to the advantageous embodiments of the device according to the invention described above and below, and vice versa.
  • a third aspect of the invention is a computer program which when executed on a computing device causes the computing device to perform the method according to the second aspect of the invention.
  • the computer program can be used to implement a controller with a precontrol as is described in the present document in connection with the device according to the first aspect of the invention.
  • the computer program can comprise a number of parts, each of which can be executed on different computing devices (such as, for example, a number of processors) that may be spatially remote from one another.
  • a device can comprise one or more computing devices on which a computer program according to the third aspect of the invention can be executed.
  • a fourth aspect of the invention is a computer-readable (storage) medium storing a computer program according to the third aspect of the invention.
  • a fifth aspect of the invention is a vehicle with a device according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic flowchart of a method for controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle.
  • FIG. 2 illustrates, by way of example and diagrammatically, a controller together with pilot control for the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle.
  • FIG. 3 schematically illustrates a pilot control that can be used within the scope of regulating the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle.
  • FIG. 4 illustrates, by way of example, in a schematic signal flow diagram, the calculation of a precontrol variable as part of a precontrol.
  • FIG. 5 illustrates, by way of example and schematically, a controller for the longitudinal guidance of a vehicle.
  • Steps 11-13 of a method 1 for controlling the longitudinal and/or lateral guidance of a vehicle FZG, shown in the block diagram according to FIG. 1, are explained below, with reference at the same time to the diagram shown in FIG is taken.
  • the setpoint trajectory variables include a first trajectory state w, a second trajectory state and a third trajectory state, with the second trajectory state corresponds to a change over time in the first trajectory state w, and wherein the third trajectory state corresponds to a change over time in the second trajectory state is equivalent to.
  • embodiments are also conceivable which manage without such a third trajectory state, ie in which only setpoint trajectory variables are used a first trajectory state w and a second trajectory state are used, where the second trajectory state corresponds to a change in the first trajectory state over time State w corresponds.
  • the target trajectory values can be determined by means of a software module be executed, which is referred to as a trajectory planner TPL, see Fig. 2.
  • the target trajectory variables can be determined in particular as a function of a, for example, by a FAS specified driving task are determined.
  • trajectory planner TPL as part of a
  • Lane change assistance function (SWA) of an ADAS determine a suitable trajectory for an upcoming lane change of the vehicle FZG.
  • the trajectory can be described, for example, by specifying a time course of its curvature ⁇ traj (t).
  • the curvature, ⁇ traj the first time derivative of the curvature and the second time derivative of the curvature
  • the planned trajectory as target Trajectory sizes for controlling the lateral guidance of the vehicle FZG to be determined.
  • Target trajectory sizes for controlling the longitudinal guidance which is explained in more detail below with reference to FIG. 5, the (longitudinal) acceleration a traj , the first derivative of the acceleration (ie the jolt), and the second derivative of acceleration.
  • a pilot control VS is used to calculate the desired trajectory values and a model of the dynamic behavior of the Vehicle FZG determines a pre-control variable u vs , the pre-control variable u vs and the first trajectory state w being variables of the same type (ie that, for example, both variables u vs , w are accelerations or that both variables u vs , w are curvatures).
  • a manipulated variable u for a controlled system FFR, AKT, FZG is determined as a function of the pre-control variable u vs as part of the longitudinal and/or lateral guidance, the manipulated variable and the pre-control variable being variables of the same type, cf. Fig. 2.
  • the pilot control VS is set up, the pilot control variable u vs from the setpoint trajectory variables and to calculate a simplified model of the dynamic behavior of the vehicle FZG.
  • the control VS is set up to approximately compensate for a dynamic behavior of the vehicle FZG that corresponds to the model.
  • the pilot control VS determines which adjustment specification must be made to an actuator system AKT of the vehicle in order to bring about a desired behavior of the vehicle FZG and thus a vehicle trajectory according to the target trajectory size (or depending on For example, only to realize exemplary embodiment.
  • Fig. 3 illustrates the principle of a pilot control VS with a simplified scheme.
  • the actual trajectory variable y realized by the vehicle FZG results as a product of the transfer function which is approximately the dynamic Describes the behavior of the vehicle FZG including the actuator system FFR, AKT, FZG (or an entire controlled system FFR, AKT, FZG, which, in addition to the actuator system AKT, can also include a vehicle management controller FFR and possibly other subordinate controllers), and the pilot control variable u vs :
  • the aim of the pre-control VS is therefore in this example to determine the pre-control variable u vs as a function of the target trajectory variable or variables w and the model in such a way that the equation is satisfied.
  • the pre-control variable u vs can under certain circumstances solely be derived from the desired trajectory variable or variables and from the transmission model (or from its parameters) are calculated, with the pilot control VS preferably being able to do without the use of a filter. This calculation is explained in detail further below with reference to FIGS. 5 and 6 using specific exemplary embodiments for a longitudinal guidance control and a lateral guidance control.
  • FIG. 4 lateral guidance control (cf. FIG. 6) will also make it clear that the calculation of a precontrol variable u vs can also include several integrations, for example.
  • w i the first time derivative of w
  • w the second time derivative of w
  • these target trajectory values and the parameters of the transmission model are The pre-tax variable u vs is calculated using two integration steps.
  • pilot control VS does not necessarily have to directly determine a setting specification for the actuator system AKT of the vehicle FZG, such as a steering angle or steering torque specification for lateral guidance or a longitudinal acceleration specification for longitudinal guidance.
  • a setting specification for the actuator system AKT of the vehicle FZG such as a steering angle or steering torque specification for lateral guidance or a longitudinal acceleration specification for longitudinal guidance.
  • the precontrol variable u vs determined by the precontrol VS can initially be further processed in one or more downstream controllers, such as a vehicle management controller FFR and/or a subordinate steering or motor controller, as indicated in FIG.
  • the pilot control VS can determine the pilot variable u vs in such a way that, if they are further processed as part of the regulation of the longitudinal and/or lateral guidance, the result is that the controlled system FFR, AKT, FZG exceeds the setpoint Trajectory sizes realized, so that Vehicle FZG follows the planned trajectory.
  • the controller includes a trajectory-following controller TFR which is set up to determine the manipulated variable u as a function of the pilot control variable u vs .
  • a trajectory sequence controller TFR uses the trajectory sequence controller TFR to determine the manipulated variable u as a function of the pilot control variable u vs .
  • one or more control errors ⁇ x e.g. as a difference between a reference variable x* and a feedback variable x
  • the precontrol variable u vs is calculated Based on the one or more control errors ⁇ x corrected (for example by adding the control error ⁇ x to the pilot variable u vs ), which results in the manipulated variable u.
  • the manipulated variable u is determined as the pilot control variable u vs corrected by means of the trajectory following control TFR.
  • a target trajectory variable w or one of one or more target trajectory variables w derived variable can be used as reference variable x*.
  • an actual trajectory variable y or a variable derived from one or more actual trajectory variables y can be used as feedback variable x.
  • the controlled system FFR, AKT, FZG includes a vehicle guidance controller FFR, which is downstream of the trajectory-following controller TFR and which is set up, depending on the manipulated variable u, a setting specification (or a control variable) for the actuator system AKT of the lateral and/or longitudinal guidance of the vehicle FZG to be determined.
  • the vehicle guidance controller FFR can convert a corrected precontrol variable u in the form of a curvature specification ⁇ d into a setting specification for the steering in the form of a setpoint steering angle ⁇ as part of a lateral guidance control, which is explained in more detail below with reference to FIG.
  • a setting specification for the longitudinal and/or lateral guidance of the vehicle FZG can be determined as a function of the pilot control variables u vs .
  • the setting specification can be generated as a setting specification for an actuator system AKT of the lateral and/or longitudinal guidance of the vehicle FZG.
  • FIG. 5 illustrates, by way of example and schematically, a controller for the longitudinal guidance of a vehicle FZG.
  • a target (longitudinal) acceleration a traj , a first time derivative of the target (longitudinal) acceleration and a second time derivative are calculated by a trajectory planner TPL (not shown separately in FIG. 5; cf. FIG. 2).
  • the target (longitudinal )Acceleration determined as target trajectory values and as command values handed over a trajectory following controller TFR with a pre-control VS.
  • a desired (longitudinal) ) Acceleration a a determined as a pilot variable (already corrected by a control error by means of the trajectory follow-up control TFR).
  • the desired acceleration a d is output as a manipulated variable to a controlled system FFR, AKT, FZG.
  • a vehicle management controller FFR is also assigned to the controlled system.
  • this calculates one or more adjustment specifications for an actuator system AKT, which in the present example of the longitudinal guide includes the engine and the brake system of the vehicle FZG.
  • the actuator system AKT can also include one or more other subordinate controllers.
  • the Actuators AKT causes, for example, a drive torque T which, taking into account the influence of disturbance variables z a (eg wind or an incline in the roadway), leads to an acceleration a of the vehicle FZG.
  • the actual acceleration a is measured and fed back to the vehicle guidance controller FFR as a feedback variable.
  • the pilot control variable a d is derived directly from the target trajectory sizes and the Parameters a 0 , a 1 , a 2 of the transfer function can be calculated as
  • a d the precontrol variable (not yet corrected by a control error by means of a trajectory following control TFR) to be determined as part of the precontrol VS was referred to as a d .
  • the desired acceleration a d which according to FIG. 5 is transferred to the vehicle following control FFR, can generally also be a pilot control variable that has already been corrected by a control error by means of a trajectory following control TFR.
  • FIG. 6 schematically illustrates a controller for the lateral guidance of a vehicle FZG.
  • the basic structure of the controller can be understood analogously to the longitudinal control controller explained above with reference to FIG. 5 .
  • the trajectory planner TPL determines, for example, a time-dependent desired curvature, ⁇ traj , a first time-related one Derivation of the target curvature and a second time derivation of the target curvature, as target trajectory values and transfers them as reference values to the Pre-control VS and the trajectory follow-up controller TFR.
  • a desired curvature is achieved as a function of the target trajectory variables ⁇ d is determined as a pre-control variable (already corrected by a control error in the course of the trajectory-following control TFR).
  • the desired curvature ⁇ d is output as a manipulated variable to a controlled system FFR, AKT, FZG.
  • the vehicle guidance controller FFR calculates one or more adjustment specifications for an actuator system AKT, which in the present example of lateral guidance includes in particular the steering of the vehicle FZG.
  • the actuator system AKT can also include one or more other subordinate controllers, which can, for example, take into account the influence of a steering torque T h exerted manually by a driver of the vehicle FZG.
  • the actuator system AKT sets a steering angle ⁇ , for example, which, taking into account the influence of disturbance variables z ⁇ (eg wind or an incline in the roadway), leads to a trajectory of the vehicle FZG that has a curvature ⁇ .
  • the actual curvature ⁇ is measured and fed back to the vehicle guidance controller FFR as a feedback variable.
  • the simplified model of the dynamic behavior of the vehicle FZG can be used as part of the pilot control VS, for example by a transfer function of the form to be discribed. From the equation and the requirement follows the equation
  • the precontrol variable ⁇ d from the target trajectory variables vand en parameters a 0 , a 1 a 2 , b 0 , b 1 b 2 of the transfer function using the equation
  • the calculation can include two integration steps, for example, as explained above with reference to the schematic signal flow diagram in FIG. 4, which can be applied to the pilot control VS in the exemplary embodiment according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (FZG), wobei die Vorrichtung umfasst: Einen Trajektorienplaner (TPL), der eingerichtet ist, Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs (FZG) zu ermitteln, wobei die Soll-Trajektorien-Größen wenigstens einen ersten Trajektorien-Zustand und einen zweiten Trajektorien-Zustand umfassen, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht; und eine Vorsteuerung (VS), die eingerichtet ist, aus den Soll-Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) eine Vorsteuergröße zu berechnen, wobei die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand Größen gleicher Art sind. Dabei ist die Vorrichtung eingerichtet, in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße eine Stellgröße für eine Regelstrecke im Rahmen der Längs- und/oder Querführung zu bestimmen, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs.
Die Erfindung kann insbesondere im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems (FAS) eingesetzt werden, wobei die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs in der Weise geregelt wird, dass eine durch das FAS vorgegebene Fahraufgabe erfüllt wird. Dabei kann das FAS ein wenigstens teilweise automatisiertes Fahren, ggf. bis hin zum vollautomatisierten Fahren, des Fahrzeugs ermöglichen.
Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ wird im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- und/oder Querführung verstanden. Beim automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes, vollautomatisiertes und autonomes Fahren (mit jeweils zunehmendem Automatisierungsgrad). Die vorstehend genannten fünf Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 5 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beim assistierten Fahren (SAE-Level 1) führt das System die Längs- oder Querführung in bestimmten Fahrsituationen durch. Beim teilautomatisierten Fahren (SAE-Level 2) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (SAE- Level 3) übernimmt das System die Längs- und Querführung in bestimmten Fahrsituationen, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung auf Anforderung durch das System zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (SAE-Level 4) übernimmt das System die Fahrzeugführung in bestimmten Fahrsituationen, selbst wenn der Fahrer auf eine Anforderung zum Eingreifen nicht reagiert, so dass der Fahrer als Rückfallebene entfällt. Beim autonomen Fahren (SAE-Level 5) können vom System alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter jeder Fahrbahn- und Umgebungsbedingung durchgeführt werden, welche auch von einem menschlichen Fahrer beherrscht werden. Der SAE-Level 5 entspricht somit einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
Automatisierte Fahrfunktionen benötigen eine leistungsfähige Regelung, die bewirkt, dass das Fahrzeug der geplanten Trajektorie folgt. Dazu wird häufig auf modellbasierte Ansätze zurückgegriffen. Diese berücksichtigen eine angenommen Systemdynamik direkt im Reglerentwurf. Das bedeutet, dass bei der Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs Fahrzeugmodelle verwendet werden, durch die ein Verhalten des Fahrzeugs in approximativer Weise beschrieben wird. Die Regelung der Längs- bzw. Querführung umfasst dabei typischerweise das Invertieren derartiger Fahrzeugmodelle, um zu ermitteln, welche Vorgaben an das Fahrzeug gemacht werden müssen, um ein gewünschtes Verhalten des Fahrzeugs (z.B. eine Fahrt entlang einer gewünschten Trajektorie) zu bewirken. Dies kann im Rahmen einer sogenannten Vorsteuerung erfolgen.
Beispielsweise beschreibt die deutsche Patentschrift DE 10 2014 215 243 B4 einen Regler, der eingerichtet ist, auf Basis einer oder mehrerer Soll-Trajektorien-Größen für die Trajektorie eines Fahrzeugs eine Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs als Reglerausgangsgröße zu bestimmen. Der Regler umfasst eine Vorsteuerung, die ein Modell bzgl. des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs verwendet und die eingerichtet ist, auf Basis der Soll-Trajektorien-Größen entsprechende Vorsteuergrößen zu ermitteln. Dabei sind die Soll-Trajektorien-Größen und die entsprechenden Vorsteuergrößen um eine Totzeit zeitlich vorverlegt, wobei die Totzeit von einer zeitlichen Verzögerung bei der Umsetzung der Lenkvorgabe durch die Hilfskraftlenkung abhängt.
Ein fahrzeugdynamisches Modell, welches einer derartigen Vorsteuerung zu Grunde liegt, kann im Allgemeinen in Form einer Übertragungsfunktion G(s) im Laplace-Bereich (d.h. in Abhängigkeit von einer komplexen Frequenzvariable s) angegeben werden. Die Vorsteuerung soll die Fahrzeugdynamik möglichst in der Weise kompensieren, dass sie ein zu der Fahrzeugdynamik inverses Übertragungssystem realisiert, welches in vielen Fällen durch die inverse Übertragungsfunktion G-1(s) repräsentiert werden kann. Dabei muss das inverse Übertragungssystem stabil sein, damit es realisierbar ist. Unter der Angabe, dass eine Übertragungsfunktion G(s) invertierbar ist, kann insbesondere verstanden werden, dass die Übertragungsfunktion G(s) stabil ist (d.h., dass die Nullstellen von G(s) negative Realteile aufweisen, da diese zu Polen bzw. Eigenwerten der invertierten Übertragungsfunktion G-1(s) werden. Als weitere Bedingung kann zusätzlich vorgesehen sein, dass es einen Pol- Nullstellen-Überschuss gibt. Das bedeutet, dass mindestens so viele Nullstellen vorhanden sein müssen wie Pole, damit die Übertragungsfunktion ohne einen Filter realisiert werden kann. Ein Übertragungssystem ist im Sinne der vorliegenden Beschreibung nicht invertierbar, wenn wenigstens eine der beiden vorstehend genannten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Um auch bei Annahme einer nicht invertierbaren Fahrzeugdynamik eine Vorsteuerung, die die Systemdynamik berücksichtigt, zu ermöglichen, wird häufig auf eine Invertierung des Übertragungssystems mittels eines Filters gesetzt. Nachteilig ist dabei, dass die Auslegung des Filters häufig nicht trivial ist und dass der Filter im Allgemeinen Verzugszeiten mit sich bringt.
Ein alternativer, simulationsbasierter Lösungsansatz beruht auf einer Closed-Loop-Simulation mittels eines virtuellen Regelkreises, der die Fahrzeugdynamik berücksichtigt (vgl. z.B. C. Rathgeber, „Trajektorienplanung und -folgeregelung für assistiertes bis hochautomatisiertes Fahren“, TU Berlin 2016, Kapitel 4.7; online abrufbar unter: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5506). Auch derartige Ansätze sind in der Umsetzung vergleichsweise komplex.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs anzugeben, wobei die Regelung eine Vorsteuerung umfassen soll, die insbesondere auch unter der Annahme einer nicht invertierbaren Fahrzeugdynamik in effizienter Weise umgesetzt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Patentanspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung erläuterte technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs.
Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln. Unter dem Begriff Kraftfahrzeug kann dabei insbesondere ein Landfahrzeug, das durch Maschinenkraft bewegt wird, ohne an Bahngleise gebunden zu sein, verstanden werden. Ein Kraftfahrzeug in diesem Sinne kann z.B. als Kraftwagen, Kraftrad oder Zugmaschine ausgebildet sein.
Das Fahrzeug kann mit einem Fahrerassistenzsystem (FAS) ausgestattet sein. Das FAS kann eingerichtet sein, Funktionen im Rahmen eines wenigstens teilweise automatisierten Fahrens eines Kraftfahrzeugs auszuführen, wie z.B. eine ACC-Funktion (d.h. eine kombinierte Geschwindigkeits- und Abstandsregelung), eine Spurwechselassistenzfunktion (SWA), eine Parkassistenzfunktion oder dergleichen.
Die Vorrichtung umfasst einen Trajektorienplaner, der eingerichtet ist, Soll-Trajektorien- Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs zu ermitteln. Dabei können die Soll-Trajektorien- Größen insbesondere in Abhängigkeit von einer, z.B. durch ein FAS vorgegebenen, Fahraufgabe bestimmt werden.
Die Soll-Trajektorien-Größen umfassen wenigstens einen ersten Trajektorien-Zustand und einen zweiten Trajektorien-Zustand, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfassen die Soll-Trajektorien-Größen wenigstens einen ersten Trajektorien-Zustand, einen zweiten Trajektorien-Zustand und einen dritten Trajektorien-Zustand, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht, und wobei der dritte Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des zweiten Trajektorien-Zustands entspricht.
Beispielsweise kann der Trajektorienplaner für eine Regelung der Querführung des Fahrzeugs als ersten Trajektorien-Zustand als ersten Trajektorien-Zustand eine Soll-Krümmung, als zweiten Trajektorien-Zustand eine erste zeitliche Ableitung der Soll-Krümmung und als dritten Trajektorien-Zustand eine zweite zeitliche Ableitung der Soll-Krümmung einer geplanten Trajektorie als Soll-Trajektorien-Größen für eine Regelung der Querführung des Fahrzeugs ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann der Trajektorienplaner für eine Regelung der Längsführung z.B. eine Soll-(Längs-)Beschleunigung, eine erste Ableitung der Soll- Beschleunigung (d.h. einen Ruck) und eine zweite Ableitung der Soll-Beschleunigung als Soll- Trajektorien-Größen ermitteln.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vorsteuerung, die eingerichtet ist, aus - und vorzugsweise allein aus -den Soll-Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs eine Vorsteuergrößen zu berechnen, Dabei sind die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand Größen gleicher Art. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand für Größen mit derselben physikalischen Dimension stehen. Beispielsweise ist, wenn der erste Trajektorien-Zustand eine Krümmung ist, die Vorsteuergröße ebenfalls eine Krümmung, und wenn der erste Trajektorien-Zustand eine Beschleunigung ist, ist die Vorsteuergröße ebenfalls eine Beschleunigung.
Das Modell kann ein fahrzeugspezifisches dynamisches Übertragungsmodell sein, welches z.B. eine Antwort des Fahrzeugs auf eine bestimmte Stellgröße, wie z.B. eine Längsbeschleunigung oder einen Lenkwinkel (bzw. eine Lenkwinkeländerung), näherungsweise kennzeichnet und dabei vorzugsweise auch ein Zeitverhalten einer unterlagerten Aktuatorik der Längs- bzw. Querführung des Fahrzeugs berücksichtigt. Das Modell kann gemäß einigen Ausführungsformen also auch Einflüsse von einer oder mehreren unterlagerten Regelungen, wie z.B. Regelungen der Aktuatorik oder einer Fahrzeugfolgeregelung, berücksichtigen.
Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße eine Stellgröße für eine Regelstrecke im Rahmen der Längs- und/oder Querführung zu bestimmen, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind. Dabei ist prinzipiell auch möglich, dass die Vorsteuergröße selbst die Stellgröße ist. Die Angabe, wonach die Vorrichtung die Stellgröße in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße „bestimmt“, schließt also auch den Fall ein, dass die Vorsteuergröße selbst als Stellgröße weiter an die Regelstrecke weiter gegeben wird.
Wie weiter oben mit Bezug auf den ersten Trajektorien-Zustand und die Vorsteuergröße erläutert, kann auch in Bezug auf die Vorsteuergröße und die Stellgröße unter der Angabe, dass jene beiden Größen Größen gleicher Art sind, insbesondere verstanden werden, dass sie für Größen mit derselben physikalischen Dimension stehen. Das heißt, dass in dem Beispiel, in welchem der erste Trajektorien-Zustand eine Krümmung ist, sowohl die Vorsteuergröße als auch die Stellgröße für die Regelstrecke ebenfalls Krümmungen sind.
Die Regelstrecke kann z.B. zusätzlich zu einer Aktuatorik für die Längs- und/oder Querführung auch einen oder mehrere Regler, wie z.B. einen Fahrzeugführungsregler und/oder einen oder mehrere unterlagerte Regler, wie z.B. Regler der Aktuatorik, umfassen. Die wird weiter unten an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung die Regelstrecke umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Modell um ein lineares Übertragungsmodell, d.h. um ein Modell eines linearen Übertragungssystems. Grundsätzlich kann aber auch ein nichtlineares Übertragungsmodell verwendet werden.
Mathematisch kann das Modell z.B. in an sich bekannter Weise durch eine Übertragungsfunktion
Figure imgf000008_0001
im Frequenzbereich beschrieben werden. Im Fall einer Querführungsregelung kann die Übertragungsfunktion z.B. die Antwort des
Figure imgf000008_0002
Fahrzeugs auf einen Lenkeinschlag beschreiben.
Das Modell kann z.B. in einem Zustandsraum durch ein System von Differentialgleichungen dargestellt werden. Beispielsweise kann im Zusammenhang mit der Querführungsregelung eine Querdynamik des Fahrzeugs gemäß dem Einspurmodell unter Berücksichtigung der entsprechenden Aktuatorik (d.h. der Lenkung) annähernd mit einer Übertragungsfunktion zweiter Ordnung modelliert werden. Die Längsdynamik des Fahrzeugs wird
Figure imgf000008_0004
typischerweise im Wesentlichen durch die Dynamik der Aktuatoren Motor und Bremse bestimmt und kann ebenfalls gut mit einer Übertragungsfunktion zweiter Ordnung
Figure imgf000008_0003
beschrieben werden. Beispielsweise kann das Übertragungsmodell ein PDT2- oder PT2- Modell sein (denkbar ist aber z.B. auch ein PT1-Modell oder ein PT4-Modell). Grundsätzlich kommt jede beliebige Übertragungsfunktion in Frage, sofern in der Anwendung geeignete Zustände (d.h. z.B. im Fall einer Übertragungsfunktion n-ter Ordnung insbesondere auch ein n-ter Trajektorien-Zustand, die einer n-ten Ableitung eines ersten Trajektorien-Zustands entspricht) bereitgestellt werden können.
Insbesondere kann das Modell ein nicht invertierbares Übertragungssystem beschreiben bzw. im Rahmen der Vorsteuerung durch eine (in dem weiter oben erläuterten Sinn) nicht invertierbare Übertragungsfunktion repräsentiert werden.
Figure imgf000009_0004
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorsteuerung eingerichtet, ein dem Modell entsprechendes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs (ggf. einschließlich der Einflüsse einer Aktuatorik und einer oder mehrerer unterlagerter Regelungen) näherungsweise zu kompensieren. Dabei kann die Vorsteuerung auf der Grundlage des Modells berechnen, welche Stellvorgabe an eine Aktuatorik des Fahrzeugs gemacht werden müssen, um ein gewünschtes Verhalten des Fahrzeugs zu bewirken und somit eine Fahrzeugtrajektorie gemäß den Soll-Trajektorien-Größen zu realisieren.
Es liegt dabei auch im Rahmen der Erfindung, dass die Versteuerung eingerichtet sein kann, die Vorsteuergröße ohne Anwendung eines Filters zu berechnen. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die Komplexität reduziert werden kann und dass durch die Abwesenheit eines Filters keine zusätzliche Verzugszeit eingeführt wird, sodass die Leistungsfähigkeit der Regelung erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs im Rahmen der Vorsteuerung durch eine Übertragungsfunktion (im Laplace-Bereich) der Form
Figure imgf000009_0001
beschrieben werden. Dabei ist s eine komplexen Frequenzvariable, m und n sind natürliche Zahlen und a0
Figure imgf000009_0003
, ..., am, b0, ..., bm sind reelle Parameter. Mit anderen Worten kann die Übertragungsfunktion als ein Quotient aus Polynomen n-ter bzw. m-ter Ordnung dargestellt werden.
Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs im Rahmen der Vorsteuerung durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000009_0002
beschrieben werden. In diesem Fall kann, wenn
Figure imgf000010_0010
die Soll-Trajektorien-Größen sind und uvs eine im Rahmen der Vorsteuerung zu bestimmende Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße uvs aus den Soll-Trajektorien-Größen und den Parametern a0, a1 der
Figure imgf000010_0009
Übertragungsfunktion berechnet werden als
Figure imgf000010_0001
Bei einer weiteren Ausführungsform, die sich z.B. auf eine Längsführungsregelung beziehen kann, kann das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs im Rahmen der Vorsteuerung durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000010_0002
beschrieben werden. In diesem Fall kann, wenn die Soll-Trajektorien-Größen
Figure imgf000010_0006
sind und ad eine im Rahmen der Vorsteuerung zu bestimmende Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße ad aus den Soll-Trajektorien-Größen und den Paramete
Figure imgf000010_0007
a0, a1, a2, der Übertragungsfunktion berechnet werden als
Figure imgf000010_0003
Beispielsweise kann es sich bei den Soll-Trajektorien-Größen um eine Soll-
Figure imgf000010_0008
(Längs-)Beschleunigung atraj und um eine erste bzw zweite zeitliche Ableitung davon handeln. Es kann sich aber auch um eine andere Größe als eine Soll-Beschleunigung und um eine erste bzw. zweite zeitliche Ableitung davon handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die sich z.B. auf eine Querführungsregelung beziehen kann, kann das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs im Rahmen der Vorsteuerung durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000010_0004
beschrieben wird. In diesem Fall kann, wenn die Soll-Trajektorien-
Figure imgf000010_0005
Größen sind und κd eine im Rahmen der Vorsteuerung zu bestimmende Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße κd aus den Soll-Trajektorien-Größen und den Parametern
Figure imgf000011_0003
a0, a1, a2, b0, b1, b2 der Übertragungsfunktion mittels der Gleichung
Figure imgf000011_0001
(oder einer umgestellten bzw. äquivalenten Gleichung) berechnet wird. Beispielsweise kann dabei die Berechnung der Vorsteuergröße κd mittels zweiter Integrationsschritte erfolgen.
Beispielsweise kann es sich bei den Soll-Trajektorien-Größen um eine Soll-
Figure imgf000011_0002
Krümmung κtraj und um eine erste bzw. zweite zeitliche Ableitung davon handeln. Es kann sich aber auch um eine andere Größe κtraj als eine Soll-Krümmung und um eine erste bzw. zweite zeitliche Ableitung davon handeln.
Es sollte beachtet werden, dass die Vorsteuerung nicht notwendigerweise unmittelbar eine Stellvorgabe für eine Aktuatorik des Fahrzeugs, wie z.B. eine Lenkwinkel- oder Lenkmomentvorgabe für die Querführung bzw. eine Längsbeschleunigungsvorgabe für die Motor bzw. Bremse, bestimmen muss. Vielmehr kann die durch die Vorsteuerung bestimmte Vorsteuergröße zunächst in einem oder mehreren nachgelagerten Reglern, wie z.B. einem Trajektorien-Folge-Regler, Fahrzeugführungsregler und/oder einer unterlagerten Lenk- bzw. Motorregelung, weiter verarbeitet werden. Mit anderen Worten kann die Vorsteuerung die Vorsteuergröße so bestimmen, dass sie, wenn sie im Rahmen des Reglers weiter verarbeitet werden, im Ergebnis dazu führen, dass die Regelstrecke die Soll-Trajektorien-Größe(n) realisiert und das Fahrzeug der geplanten Trajektorie folgt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Trajektorien-Folge-Regler, der eingerichtet ist, die Stellgröße in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße zu bestimmen. Dabei kann die Vorrichtung eingerichtet sein, mittels des Trajektorien-Folge-Reglers auf Basis einer oder mehrerer Referenzgrößen und einer oder mehrerer Rückführgrößen einen oder mehrere Regelfehler (z.B. als Differenz zwischen einer Referenz- und einer Rückführgröße) zu ermitteln, die Vorsteuergröße auf Basis des einen oder der mehreren Regelfehler zu korrigieren (z.B. durch Addition des Regelfehlers auf die Vorsteuergröße) und die Stellgröße als die korrigierte Vorsteuergröße oder in Abhängigkeit von der korrigierten Vorsteuergröße zu bestimmen. Beispielsweise kann dabei eine Soll-Trajektorien-Größe oder eine aus einer oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen abgeleitete Größe als Referenzgröße verwendet werden. Als Rückführgröße kann z.B. eine entsprechende Ist-Trajektorien-Größe oder eine von einer oder mehreren Ist-Trajektorien-Größen abgeleitete Größe verwendet werden. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass die Regelstrecke einen (dem Trajektorien- Folge-Regler, falls vorhanden, nachgelagerten) Fahrzeugführungsregler umfassen kann, welcher eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Stellgröße eine Stellvorgabe für eine Aktuatorik der Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs zu bestimmen. So kann der Fahrzeugführungsregler z.B. im Rahmen einer Querführungsregelung eine korrigierte Vorsteuergröße in Form einer Krümmungsvorgabe in eine Stellvorgabe für die Lenkung des Fahrzeugs in Form eines Soll-Lenkwinkels umrechnen.
Ein zweiter Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs, mit den Schritten:
- Ermitteln von Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs, wobei die Soll- Trajektorien-Größen wenigstens einen ersten Trajektorien-Zustand und einen zweiten Trajektorien-Zustand umfassen, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht;
- Berechnen, mittels einer Vorsteuerung, einer Vorsteuergröße aus den mehreren Soll- Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs, wobei die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand Größen gleicher Art sind; und
Bestimmen, in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße, einer Stellgröße für eine Regelstrecke im Rahmen der Längs- und/oder Querführung, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt kann mittels einer Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ausgeführt werden. Daher können Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens den vorstehend und nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen und umgekehrt.
Ein dritter Erfindungsaspekt ist ein Computerprogramm, welches, wenn es auf einer Rechenvorrichtung ausgeführt wird, bewirkt, dass die Rechenvorrichtung das Verfahren gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt ausführt. Insbesondere kann mittels des Computerprogramms ein Regler mit einer Vorsteuerung wie er in dem vorliegenden Dokument im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt beschrieben wird, realisiert werden. Das Computerprogramm kann gemäß einigen Ausführungsformen mehrere Teile umfassen, die jeweils auf verschiedenen, ggf. räumlich voneinander entfernten Rechenvorrichtungen (wie z.B. mehreren Prozessoren) ausgeführt werden können.
Beispielsweise kann eine Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eine oder mehrere Rechenvorrichtungen umfassen, auf denen ein Computerprogramm gemäß dem dritten Erfindungsaspekt ausführbar ist.
Ein vierter Erfindungsaspekt ist ein computerlesbares (Speicher-)Medium, auf dem ein Computerprogramm gemäß dem dritten Erfindungsaspekt gespeichert ist.
Ein fünfter Erfindungsaspekt ist ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind die vorstehend oder nachfolgend in der Beschreibung genannten und/oder in den Zeichnungen alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs.
Fig. 2 veranschaulicht beispielhaft uunndd schematisch einen Regler mitsamt Vorsteuerung für die Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine Vorsteuerung, die im Rahmen einer Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs verwendet werden kann.
Fig. 4 veranschaulicht beispielhaft in einem schematischen Signalflussdiagramm die Berechnung einer Vorsteuergröße im Rahmen einer Vorsteuerung.
Fig. 5 veranschaulicht beispielhaft und schematisch einen Regler für die Längsführung eines Fahrzeugs.
Fig. 6 veranschaulicht beispielhaft und schematisch einen Regler für die Querführung eines Fahrzeugs. Nachfolgend werden die in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 1 gezeigten Schritte 11-13 eines Verfahrens 1 zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs FZG erläutert, wobei zugleich auf das in Fig. 2 dargestellte Schema, das einen entsprechenden Regler veranschaulicht, Bezug genommen wird.
Zunächst werden in einem Schritt 11 der Verfahrens 1 Soll-Trajektorien-Größen für
Figure imgf000014_0001
eine Trajektorie des Fahrzeugs FZG ermittelt. Die Soll-Trajektorien-Größen umfassen bei diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Trajektorien-Zustand w, einen zweiten Trajektorien- Zustand und einen dritten Trajektorien-Zustand wobei der zweite Trajektorien-Zustand
Figure imgf000014_0016
Figure imgf000014_0005
einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands w entspricht, und wobei der dritte Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des zweiten Trajektorien-Zustands
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0004
entspricht. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, die ohne einen derartigen dritten Trajektorien-Zustand auskommen, d.h. bei welchen als Soll-Trajektorien-Größen lediglich
Figure imgf000014_0003
ein erster Trajektorien-Zustand w und ein zweiter Trajektorien-Zustand verwendet werden,
Figure imgf000014_0017
wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-
Figure imgf000014_0013
Zustands w entspricht.
Das Ermitteln der Soll-Trajektorien-Größen kann mittels eines Softwaremoduls
Figure imgf000014_0014
ausgeführt werden, das als Trajektorienplaner TPL bezeichnet wird, vgl. Fig. 2. Dabei können die Soll-Trajektorien-Größen insbesondere in Abhängigkeit von einer z.B. durch ein
Figure imgf000014_0015
FAS vorgegebenen Fahraufgabe bestimmt werden.
Biespielsweise Trajektorienplaner TPL im Rahmen einer
Spurwechselassistenzfunktion (SWA) eines FAS eine geeignete Trajektorie für einen bevorstehenden Spurwechsel des Fahrzeugs FZG ermitteln. Die Trajektorie kann z.B. durch die Angabe eines zeitlichen Verlaufs ihrer Krümmung κtraj (t) beschrieben werden. In diesem Fall können z.B. die Krümmung, κtraj , die erste zeitliche Ableitung der Krümmung und
Figure imgf000014_0008
die zweite zeitliche Ableitung der Krümmung, der geplanten Trajektorie als Soll-
Figure imgf000014_0007
Trajektorien-Größen für eine Regelung der Querführung des Fahrzeugs FZG
Figure imgf000014_0006
bestimmt werden. Dieses Beispiel wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 6 in größerem Detail beschrieben. Soll-T rajektorien-Größen
Figure imgf000014_0012
für eine Regelung der Längsführung, die weiter unten mit Bezug auf Fig. 5 genauer erläutert wird, können z.B. die (Längs-)Beschleunigung, atraj , die erste Ableitung der Beschleunigung (d.h. der Ruck), und die zweite Ableitung
Figure imgf000014_0009
der Beschleunigung, sein.
Figure imgf000014_0010
In einem weiteren Schritt 12 des Verfahrens 1 wird mittels einer Vorsteuerung VS aus den Soll-Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des
Figure imgf000014_0011
Fahrzeugs FZG eine Vorsteuergröße uvs bestimmt, wobei die Vorsteuergröße uvs und der erste Trajektorien-Zustand w Größen gleicher Art sind (d.h., dass z.B. beide Größen uvs, w Beschleunigungen sind oder dass beide Größen uvs, w Krümmungen sind).
In einem weiteren Schritt 13 wird in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße uvs eine Stellgröße u für eine Regelstrecke FFR, AKT, FZG im Rahmen der Längs- und/oder Querführung bestimmt, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind, vgl. Fig. 2.
Die Vorsteuerung VS ist eingerichtet, die Vorsteuergröße uvs aus den Soll-Trajektorien- Größen
Figure imgf000015_0001
und einem vereinfachten Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs FZG zu berechnen.
Die Versteuerung VS ist eingerichtet, ein dem Modell entsprechendes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs FZG näherungsweise zu kompensieren. Dabei ermittelt die Vorsteuerung VS auf der Grundlage des Modells, welche Stellvorgabe an eine Aktuatorik AKT des Fahrzeugs gemacht werden muss, um ein gewünschtes Verhalten des Fahrzeugs FZG zu bewirken und somit eine Fahrzeugtrajektorie gemäß den Soll-Trajektorien-Größe (oder je nach
Figure imgf000015_0002
Ausführungsbeispiel z.B. auch nur ) zu realisieren.
Figure imgf000015_0006
Fig. 3 veranschaulicht das Prinzip einer Vorsteuerung VS mit einem vereinfachten Schema. Die durch das Fahrzeug FZG realisierte Ist-Trajektorien-Größe y ergibt sich bei diesem Beispiel als Produkt aus der Übertragungsfunktion die annähernd das dynamische
Figure imgf000015_0007
Verhalten des Fahrzeugs FZG einschließlich der Aktuatorik AKT (bzw. einer gesamten Regelstrecke FFR, AKT, FZG, die neben der Aktuatorik AKT z.B. auch einen Fahrzeugführungsregler FFR und ggf. weitere unterlagerte Regler umfassen kann) beschreibt, und der Vorsteuergröße uvs:
Figure imgf000015_0003
Idealerweise sollte als Ergebnis der Vorsteuerung VS die Ist-Trajektorien-Größe y gleich der Soll-Trajektorien-Größe w (d.h. gleich dem ersten Trajektorien-Zustand) sein, d.h. es soll gelten: y = ! w. Das Ziel der Vorsteuerung VS ist es daher bei diesem Beispiel, die Vorsteuergröße uvs in Abhängigkeit von der oder den Soll-Trajektorien-Größen w und dem Modell in der Weise zu bestimmen, dass die Gleichung
Figure imgf000015_0008
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erfüllt ist. Dabei kann die Vorsteuergröße uvs unter Umständen allein aus der oder den Soll- Trajektorien-Größen und aus dem Übertragungsmodell
Figure imgf000015_0005
(bzw. aus dessen Parametern) berechnet werden, wobei die Vorsteuerung VS vorzugsweise ohne Anwendung eines Filters auskommt. Diese Berechnung wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 5 und 6 anhand konkreter Ausführungsbeispiele für eine Längsführungsregelung und eine Querführungsregelung im Detail erläutert.
Insbesondere im Zusammenhang mit ddeemm konkreten Ausführungsbeispiel der
Querführungsregelung (vgl. Fig. 6) wird auch deutlich werden, dass die Berechnung einer Vorsteuergröße uvs z.B. auch mehrere Integrationen beinhalten kann. Dies ist in Fig. 4 in einem schematischen Signalflussdiagramm veranschaulicht. In dem Beispiel aus Fig. 4 gibt es drei Soll-Trajektorien-Größen, nämlich w, (die erste zeitliche Ableitung von w) und
Figure imgf000016_0004
(die
Figure imgf000016_0005
zweite zeitliche Ableitung von w). Im Rahmen der Vorsteuerung VS wird aus diesen Soll- Trajektorien-Größen und den Parametern des Übertragungsmodells unter
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0001
Verwendung zweier Integrationsschritte die Vorsteuergröße uvs berechnet.
Allgemein muss Vorsteuerung VS nicht notwendigerweise unmittelbar eine Stellvorgabe für die Aktuatorik AKT des Fahrzeugs FZG, wie z.B. eine Lenkwinkel- oder Lenkmomentvorgabe für die Querführung oder eine Längsbeschleunigungsvorgabe für die Längsführung, bestimmen. Vielmehr kann die durch die Vorsteuerung VS bestimmte Vorsteuergröße uvs zunächst in einem oder mehreren nachgelagerten Reglern, wie z.B. einem Fahrzeugführungsregler FFR und/oder einer unterlagerten Lenk- bzw. Motorregelung, weiter verarbeitet werden, wie in Fig. 2 angedeutet. Mit anderen Worten kann die Vorsteuerung VS die Vorsteuergröße uvs so bestimmen, dass sie, wenn sie im Rahmen der Regelung der Längs- und/oder Querführung weiter verarbeitet werden, im Ergebnis dazu führen, dass die Regelstrecke FFR, AKT, FZG die Soll-Trajektorien-Größen realisiert, sodass das
Figure imgf000016_0003
Fahrzeug FZG der geplanten Trajektorie folgt.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Regler einen Trajektorien-Folge- Regler TFR der eingerichtet ist, die Stellgröße u in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße uvs zu bestimmen. Mittels des Trajektorien-Folge-Reglers TFR werden dabei auf Basis einer oder mehrerer Referenzgrößen Δx und einer oder mehrerer Rückführgrößen x ein oder mehrere Regelfehler Δx (z.B. als Differenz zwischen einer Referenzgröße x* und einer Rückführgröße x) ermittelt und die Vorsteuergröße uvs wird auf Basis des einen oder der mehreren Regelfehler Δx korrigiert (z.B. durch Addition des Regelfehlers Δx auf die Vorsteuergröße uvs), woraus die Stellgröße u resultiert. Mit anderen Worten wird bei diesem Beispiel also die Stellgröße u als die mittels der Trajektorien-Folge-Regelung TFR korrigierte Vorsteuergröße uvs bestimmt. Beispielsweise kann im Rahmen der Trajektorien-Folge-Regelung TFR eine Soll-Trajektorien-Größe w oder einer aus einer oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen w abgeleitete Größe als Referenzgröße x* verwendet werden. Als Rückführgröße x kann z.B. eine Ist-Trajektorien-Größe y oder eine von einer oder mehreren Ist-Trajektorien-Größen y abgeleitete Größe verwendet werden.
Darüber hinaus umfasst die Regelstrecke FFR, AKT, FZG einen dem Trajektorien-Folge- Regler TFR nachgelagerten Fahrzeugführungsregler FFR, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Stellgröße u eine Stellvorgabe (oder eine Steuergröße) für die Aktuatorik AKT der Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs FZG zu bestimmen. Beispielsweise kann der Fahrzeugführungsregler FFR im Rahmen einer Querführungsregelung, die weiter unten mit Bezug auf Fig. 6 genauer erläutert wird, eine korrigierte Vorsteuergröße u in Form einer Krümmungsvorgabe κd in eine Stellvorgabe für die Lenkung in Form eines Soll-Lenkwinkels δ umrechnen.
Im Einklang mit dem Vorstehenden kann im Rahmen des in Fig. 1 veranschaulichten Verfahrens 1 in Abhängigkeit von der Vorsteuergrößen uvs eine Stellvorgabe für die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs FZG bestimmt werden. Insbesondere kann die Stellvorgabe als eine Stellvorgabe für eine Aktuatorik AKT der Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs FZG erzeugt werden.
Fig. 5 veranschaulicht beispielhaft und schematisch einen Regler für die Längsführung eines Fahrzeugs FZG. Dabei werden von einem (in Fig. 5 nicht gesondert dargestellten; vgl. Fig. 2) Trajektorienplaner TPL eine Soll-(Längs-)Beschleunigung, atraj, eine erste zeitliche Ableitung der Soll-(Längs-)Beschleunigung und eine zweite zeitliche Ableitung der Soll-(Längs-
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)Beschleunigung, als Soll-Trajektorien-Größen ermittelt und als Führungsgrößen an
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einen Trajektorien-Folge-Regler TFR mit einer Vorsteuerung VS übergeben.
Im Rahmen der Vorsteuerung VS und der Trajektorien-Folge-Regelung TFR wird in Abhängigkeit von den Soll-Trajektorien-Größen eine gewünschte (Längs-
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)Beschleunigung aa als eine (bereits mittels der Trajektorien-Folge-Regelung TFR um einen Regelfehler korrigierte) Vorsteuergröße bestimmt.
Die gewünschte Beschleunigung ad wird als Stellgröße an eine Regelstrecke FFR, AKT, FZG ausgegeben. Bei diesem Beispiel wird der Regelstrecke auch ein Fahrzeugführungsregler FFR zugerechnet. Dieser berechnet auf der Grundlage der gewünschten Beschleunigung ad eine oder mehrere Stellvorgaben für eine Aktuatorik AKT, die bei dem vorliegenden Beispiel der Längsführung den Motor und die Bremsanlage des Fahrzeugs FZG umfasst. Dabei kann die Aktuatorik AKT auch einen oder mehrere weitere unterlagerte Regler umfassen. Die Aktuatorik AKT bewirkt z.B. ein Antriebsdrehmoment T, welches unter Berücksichtigung des Einflusses von Störgrößen za (z.B. Wind oder eine Fahrbahnsteigung) zu einer Beschleunigung a des Fahrzeugs FZG führt. Die tatsächliche Beschleunigung a wird gemessen und als Rückführgröße an den Fahrzeugführungsregler FFR zurückgespeist.
Die Regelstrecke FFR, AKT, FZG weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 insgesamt ein Übertragungsverhalten Gvehicle(s) auf, das sehr komplex sein kann. Daher kann die Vorsteuerung VS auf der Grundlage eines vereinfachten Übertragungsmodells arbeiten, welches z.B. durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000018_0001
beschrieben wird. Aus der Gleichung und der Forderung a =
Figure imgf000018_0006
! atraj , die das eigentliche Ziel der Vorsteuerung VS beschreibt, folgt dann die Gleichung
Figure imgf000018_0002
Nach Rücktransformation aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich ergibt sich, dass die Vorsteuergröße ad unmittelbar aus den Soll-Trajektorien-Größen und den
Figure imgf000018_0005
Parametern a0, a1, a2 der Übertragungsfunktion berechnet werden kann als
Figure imgf000018_0004
Figure imgf000018_0003
Es sollte beachtet werden, dass im vorstehenden Absatz die (noch nicht um den mittels einer Trajektorien-Folge-Regelung TFR um einen Regelfehler korrigierte) im Rahmen der Vorsteuerung VS an sich zu bestimmende Vorsteuergröße als ad bezeichnet wurde. Die gewünschte Beschleunigung ad, die gemäß der Fig. 5 an die Fahrzeugfolgeregelung FFR übergeben wird, kann aber im Allgemeinen auch eine bereits um einen mittels einer Trajektorien-Folge-Regelung TFR um einen Regelfehler korrigierte Vorsteuergröße sein.
Fig. 6 veranschaulicht als ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch einen Regler für die Querführung eines Fahrzeugs FZG. Der grundlegende Aufbau des Reglers kann analog zu dem vorstehend mit Bezug auf Fig. 5 erläuterten Längsführungsregler verstanden werden.
Im Fall der Querführungsregelung ermittelt der (in Fig. 6 nicht dargestellte; vgl. Fig. 2) Trajektorienplaner TPL z.B. eine zeitabgängige Soll-Krümmung, κtraj, eine erste zeitliche Ableitung der Soll-Krümmung und eine zweite zeitliche Ableitung der Soll-Krümmung,
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als Soll-Trajektorien-Größen und übergibt diese als Führungsgrößen an die
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Vorsteuerung VS und den Trajektorien-Folge-Regler TFR.
Im Rahmen der Versteuerung VS und der Trajektorien-Folge-Regelung TFR wird in Abhängigkeit von den Soll-Trajektorien-Größen eine gewünschte Krümmung
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κd als eine (bereits im Wege der Trajektorien-Folge-Regelung TFR um einen Regelfehler korrigierte) Vorsteuergröße bestimmt.
Die gewünschte Krümmung κd wird als Stellgröße an eine Regelstrecke FFR, AKT, FZG ausgegeben. Der Fahrzeugführungsregler FFR berechnet auf der Grundlage der gewünschten Krümmung κd eine oder mehrere Stellvorgaben für eine Aktuatorik AKT, die bei dem vorliegenden Beispiel der Querführung insbesondere die Lenkung des Fahrzeugs FZG umfasst. Dabei kann die Aktuatorik AKT zusätzlich einen oder mehrere weitere unterlagerte Regler umfassen, die z.B. einen Einfluss eines manuell durch einen Fahrer des Fahrzeugs FZG ausgeübten Lenkmoments Th berücksichtigen können. Die Aktuatorik AKT stellt z.B. einen Lenkwinkel δ ein, welcher unter Berücksichtigung der Einflüsse von Störgrößen zκ (z.B. Wind oder eine Fahrbahnsteigung) zu einer Trajektorie des Fahrzeug FZG führt, die eine Krümmung κ aufweist. Die tatsächliche Krümmung κ wird gemessen und als Rückführgröße an den Fahrzeugführungsregler FFR zurückgespeist.
Das vereinfachte Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs FZG kann im Rahmen der Vorsteuerung VS bei diesem Ausführungsbeispiel z.B. durch eine Übertragungsfunktion der Form
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beschrieben werden. Aus der Gleichung und der Forderung folgt
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0004
die Gleichung
Figure imgf000019_0002
Nach Rücktransformation aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich und Umstellen der Gleichung ergibt sich, dass die Vorsteuergröße κd aus den Soll-Trajektorien-Größen vund en Parametern a0, a1 a2, b0, b1 b2 der Übertragungsfunktion
Figure imgf000019_0005
mittels der Gleichung
Figure imgf000019_0009
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(oder einer umgestellten, äquivalenten Gleichung) berechnet werden kann. Dabei kann die Berechnung z.B. zwei Integrationsschritte umfassen, wie weiter oben mit Bezug auf das schematische Signalflussdiagramm in Fig. 4, welches auf die Vorsteuerung VS in Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 anwendbar ist, erläutert wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (FZG), wobei die Vorrichtung umfasst:
- Einen Trajektorienplaner (TPL), der eingerichtet ist, Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs (FZG) zu ermitteln, wobei die Soll-Trajektorien- Größen wenigstens einen ersten Trajektorien-Zustand und einen zweiten Trajektorien-Zustand umfassen, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht; und
- eine Vorsteuerung (VS), die eingerichtet ist, aus den Soll-Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) eine Vorsteuergröße zu berechnen, wobei die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand Größen gleicher Art sind; wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße eine Stellgröße für eine Regelstrecke im Rahmen der Längs- und/oder Querführung zu bestimmen, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Soll-Trajektorien-Größen ferner einen dritten Trajektorien-Zustand umfassen, der einer zeitlichen Änderung des zweiten T rajektorien-Zustands entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Modell ein nicht invertierbares Übertragungssystem beschreibt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsteuerung (VS) eingerichtet ist, ein dem Modell entsprechendes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs (FZG) näherungsweise zu kompensieren.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsteuerung (VS) eingerichtet ist, die Vorsteuergröße ohne Anwendung eines Filters zu berechnen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) im Rahmen der Vorsteuerung (VS) durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000021_0001
beschrieben wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) im Rahmen der Vorsteuerung (VS) durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000022_0001
beschrieben wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei, wenn
Figure imgf000022_0009
die Soll-T rajektorien-Größen sind und uvs die im Rahmen der Vorsteuerung (VS) zu bestimmende Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße uvs aus den Soll-T rajektorien-Größen und den Parametern
Figure imgf000022_0008
a0, a1 der Übertragungsfunktion berechnet wird als
Figure imgf000022_0007
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) im Rahmen der Vorsteuerung (VS) durch eine Übertragungsfunktion der Form beschrieben wird.
Figure imgf000022_0002
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn die Soll-Trajektorien-
Figure imgf000022_0006
Größen sind und ad die im Rahmen der Vorsteuerung (VS) zu bestimmende Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße ad aus den Soll-Trajektorien-Größen und den Parametern a0, a1, a2 der Übertragungsfunktion berechnet
Figure imgf000022_0005
wird als
Figure imgf000022_0003
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG) im Rahmen der Vorsteuerung (VS) durch eine Übertragungsfunktion der Form
Figure imgf000022_0004
beschrieben wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei, wenn die Soll-Trajektorien-
Figure imgf000023_0003
Größen sind und κd die im Rahmen der Vorsteuerung (VS) zu bestimmende
Vorsteuergröße ist, die Vorsteuergröße κd aus den Soll-Trajektorien-Größen und den Parametern a0, a1 a2, b0, b1 b2 der Übertragungsfunktion
Figure imgf000023_0002
mittels der Gleichung
Figure imgf000023_0001
berechnet wird.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung einen Trajektorien-Folge-Regler (TFR) umfasst, der eingerichtet ist, die Stellgröße in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße zu bestimmen.
14. Vorrichtung Anspruch 13, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist,
- mittels des Trajektorien-Folge-Reglers (TFR) auf Basis einer oder mehrerer Referenzgrößen und einer oder mehrerer Rückführgrößen einen oder mehrere Regelfehler zu ermitteln;
- die Vorsteuergröße auf Basis des einen oder der mehreren Regelfehler zu korrigieren; und
- die Stellgröße als die korrigierte Vorsteuergröße oder in Abhängigkeit von der korrigierten Vorsteuergröße zu bestimmen.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelstrecke einen Fahrzeugführungsregler (FFR) umfasst, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Stellgröße eine Stellvorgabe für eine Aktuatorik der Quer- und/oder Längsführung des Fahrzeugs zu bestimmen.
16. Verfahren (1) zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (FZG), umfassend die Schritte:
Ermitteln (11) von Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs (FZG), wobei die Soll-Trajektorien-Größen wenigstens einen ersten Trajektorien- Zustand und einen zweiten Trajektorien-Zustand umfassen, wobei der zweite Trajektorien-Zustand einer zeitlichen Änderung des ersten Trajektorien-Zustands entspricht;
Berechnen (12), mittels einer Vorsteuerung (VS), einer Vorsteuergröße aus den Soll-Trajektorien-Größen und einem Modell des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (FZG), wobei die Vorsteuergröße und der erste Trajektorien-Zustand Größen gleicher Art sind; und
Bestimmen (13), in Abhängigkeit von der Vorsteuergröße, einer Stellgröße für eine Regelstrecke im Rahmen der Längs- und/oder Querführung, wobei die Stellgröße und die Vorsteuergröße Größen gleicher Art sind.
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