CN117580745A - 用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法 - Google Patents

用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117580745A
CN117580745A CN202280046039.XA CN202280046039A CN117580745A CN 117580745 A CN117580745 A CN 117580745A CN 202280046039 A CN202280046039 A CN 202280046039A CN 117580745 A CN117580745 A CN 117580745A
Authority
CN
China
Prior art keywords
variable
vehicle
controller
trajectory
track
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280046039.XA
Other languages
English (en)
Inventor
C·拉特格贝尔
N·克里萨默
C·迪特里希
P·沃尔泽
M·哈伯迈耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of CN117580745A publication Critical patent/CN117580745A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18163—Lane change; Overtaking manoeuvres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0002—Automatic control, details of type of controller or control system architecture
    • B60W2050/0012—Feedforward or open loop systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0028—Mathematical models, e.g. for simulation
    • B60W2050/0031—Mathematical model of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/06—Improving the dynamic response of the control system, e.g. improving the speed of regulation or avoiding hunting or overshoot
    • B60W2050/065—Improving the dynamic response of the control system, e.g. improving the speed of regulation or avoiding hunting or overshoot by reducing the computational load on the digital processor of the control computer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2720/00—Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/10—Longitudinal speed
    • B60W2720/106—Longitudinal acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

本发明涉及用于控制车辆(FZG)的纵向和/或横向引导的装置，其中该装置包括：轨迹规划器(TPL)，其被配置为求取车辆(FZG)的轨迹的目标轨迹变量，其中目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态和第二轨迹状态，其中第二轨迹状态对应于第一轨迹状态的时间变化；和预控制器(VS)，其被配置为根据目标轨迹变量和车辆(FZG)的动态行为的模型来计算预控制变量，其中预控制变量和第一轨迹状态是相同类型的变量。在此，该装置被配置为根据预控制变量确定在所纵向和/或横向引导范畴内的受控对象的调节变量，其中调节变量和预控制变量是相同类型的变量。

Description

用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法。
背景技术
本发明特别是可以用于驾驶员辅助系统(FAS)的范畴中，其中以完成由FAS预设的驾驶任务的方式控制车辆的纵向和/或横向引导。在此，FAS至少可以实现部分自动驾驶，必要时包括全自动驾驶。
在本文件的范畴中，术语“自动驾驶”可以理解为具有自动纵向和/或横向引导的驾驶。自动驾驶例如可以涉及在高速公路上较长时间的驾驶或者涉及在泊车过程中时间有限的驾驶。术语“自动驾驶”包括具有任意自动化程度的自动驾驶。示例性的自动化程度有辅助驾驶、部分自动驾驶、高度自动驾驶、全自动驾驶和自主驾驶(分别具有提高的自动化程度)。上述五个自动化程度对应于SAE J3016标准(SAE-美国汽车工程师协会)的SAE级别1至5。在辅助驾驶(SAE 1级)中，系统在特定驾驶情况下执行纵向或横向引导。在部分自动驾驶(SAE 2级)中，系统在特定驾驶情况下接管纵向和横向引导，其中驾驶员必须如在辅助驾驶中一样持续监控系统。在高度自动驾驶(SAE 3级)中，系统在特定驾驶情况下接管纵向和横向引导，而无需驾驶员持续地监控系统；然而驾驶员必须能够在一定时间内应系统请求来接管车辆引导。在全自动驾驶(SAE 4级)中，即使驾驶员没有响应于干预请求，系统也会在特定驾驶情况下接管车辆引导，从而将驾驶员视为备用级别。在自主驾驶(SAE 5级)中，系统可以在任何行驶道路和环境条件下执行也由人类驾驶员主导的动态驾驶任务的所有方面。由此，SAE 5级对应于无人驾驶，其中系统可以在整个行驶期间如人类驾驶员一样自动处理所有情况；一般不再需要驾驶员。
自动驾驶功能需要性能强大的控制，以使得车辆遵循所规划的轨迹。为此经常使用基于模型的方法。该方法在控制器设计中直接考虑假设的系统动态性。这意味着，在控制车辆的纵向和/或横向引导时，使用以近似方式描述车辆行为的车辆模型。在此，纵向或横向引导的控制通常包括这种车辆模型的逆变，以确定必须对车辆制定哪些预设，以便实现车辆的期望行为(例如沿着期望轨迹行驶)。这可以在所谓的预控制的范畴中进行。
例如，德国专利文献DE 10 2014 215 243 B4说明了一种控制器，其被配置为基于用于车辆轨迹的一个或多个目标轨迹变量来确定用于车辆助力转向装置的转向预设作为控制器输出变量。控制器包括预控制器，其使用关于车辆动态行为的模型并且被配置为基于目标轨迹变量来确定相应的预控制变量。在此，目标轨迹变量和相应的预控制变量在时间上提前一定的时滞，其中时滞取决于在由助力转向装置实现转向预设时的时间延迟。
这种预控制器所基于的车辆动态模型通常可以拉普拉斯范围中的传递函数G(s)的形式给出(即取决于复频率变量s)。预控制器应尽可能以如下方式补偿车辆动态性，即实现与车辆动态性相反的传递系统，其在许多情况下可由逆传递函数G-1(s)表示。在此，相反的传递系统必须稳定才能可实现。关于传递函数G(s)可逆的陈述可以特别是理解为传递函数G(s)是稳定的(即G(s)的零点具有负实部)，因为其成为逆传递函数G-1(s)的极点或特征值。作为另一条件，可以附加地规定存在零极点盈余。这意味着，必须存在至少与极点一样多的零点，以便可以实现没有滤波器的传递函数。如果上述两个条件中的至少一个不满足，则传递系统在本说明书的意义上是不可逆的。
为了即使在假设车辆动态性不可逆的情况下也可以实现考虑到系统动态性的预控制，经常依赖于通过滤波器对传递系统的逆变。在此其缺点在于滤波器的设计往往不是普通的，并且滤波器通常会带来延迟时间。
一种基于仿真的替代性解决方案是基于闭环仿真，其借助于考虑到车辆动态性的虚拟控制回路(例如，参见C.Rathgeber的“用于辅助驾驶直至高度自动驾驶的轨迹规划和跟随控制”，柏林工业大学2016，第4.7章；可在线获取：http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5506)。这种方案的实施也相对较复杂。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法，其中控制应包括预控制，该预控制特别是即使在假定车辆动态性不可逆的情况下也能够以有效的方式实现。
该目的通过根据独立权利要求的装置和方法来实现。在从属权利要求中给出了有利的实施方式。
应指出的是，从属于独立权利要求的权利要求的附加特征在没有独立权利要求的特征或者仅在与独立权利要求的特征子集相组合的情况下可构成独立于独立权利要求的所有特征组合的单独发明，其可成为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这同样适用于说明书中所述的技术理论，其可形成独立于独立权利要求的特征的发明。
本发明的第一方面涉及一种用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置。
车辆特别是可以是机动车。在此，术语机动车可以特别是被理解为通过机械力移动而无需束缚在铁轨上的陆地车辆。在这个意义上的机动车可以例如被设计为汽车、摩托车或拖拉机。
车辆可以配备有驾驶员辅助系统(FAS)。FAS可以被配置为在机动车的至少部分自动驾驶的范畴内执行功能，例如ACC功能(即组合的速度和距离控制)、车道变换辅助功能(SWA)、泊车辅助功能等。
该装置包括轨迹规划器，其被配置为求取车辆轨迹的目标轨迹变量。在此，目标轨迹变量特别是可以根据例如由FAS预定的驾驶任务来确定。
目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态和第二轨迹状态，其中第二轨迹状态对应于第一轨迹状态的时间变化。
根据一些实施方式，目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态、第二轨迹状态和第三轨迹状态，其中第二轨迹状态对应于第一轨迹状态的时间变化，并且其中第三轨迹状态对应于第二轨迹状态的时间变化。
例如，作为用于控制车辆的横向引导的目标轨迹变量，用于控制车辆的横向引导的轨迹规划器可以确定目标曲率作为第一轨迹状态，确定目标曲率的第一时间导数作为第二轨迹状态，并且确定目标曲率的第二时间导数作为第三轨迹状态。替代地或附加地，用于控制纵向引导的轨迹规划器可以确定例如目标(纵向)加速度、目标加速度的一阶导数(即冲击)和目标加速度的二阶导数作为目标轨迹变量。
此外，该装置还包括预控制器，其被配置为根据并且优选地仅根据目标轨迹变量和车辆动态行为的模型来计算预控制变量。在此，预控制变量和第一轨迹状态是相同类型的变量。这特别是可以理解为，预控制变量和第一轨迹状态代表具有相同物理量纲的变量。例如，如果第一轨迹状态是曲率，则预控制变量也是曲率，如果第一轨迹状态是加速度，则预控制变量也是加速度。
模型可以是特定于车辆的动态传递模型，其例如近似地表明车辆对诸如纵向加速度或转向角(或转向角变化)的特定调节变量的响应，并且在此优选地还考虑到车辆的纵向或横向引导的次级执行器的时间特性。因此，根据一些实施方式，模型还可以考虑一个或多个次级控制的影响，例如执行器的控制或车辆跟随控制。
该装置被配置为根据预控制变量确定在纵向和/或横向引导范畴内的受控对象的调节变量，其中调节变量和预控制变量是相同类型的变量。在此，原则上还可行的是，预控制变量本身为调节变量。因此，该装置根据预控制变量来“确定”调节变量所依据的说明也包括如下情况，即预控制变量本身作为调节变量被进一步传递到受控对象。
如上文参考第一轨迹状态和预控制变量所述，也可以就预控制变量和调节变量而言，将这两个变量为相同类型变量的陈述特别是理解为其代表具有相同物理量纲的变量。这意味着，在第一轨迹状态为曲率的示例中，预控制变量以及受控对象的调节变量同样为曲率。
例如，除了用于纵向和/或横向引导的执行器之外，受控对象还可以包括一个或多个控制器，例如车辆引导控制器和/或一个或多个次级控制器，例如执行器的控制器。这将在下面的实施例中进一步解释。
根据一些实施方式，该装置可以包括受控对象。
根据一个优选实施方式，模型为线性传递模型，即线性传递系统的模型。然而，原则上也可以使用非线性传递模型。
在数学上，模型例如可以通过频域内的传递函数以众所周知的方式来描述。在横向引导控制的情况下，传递函数/>例如可以描述车辆对转向角的响应。
模型例如可以在状态空间中由微分方程组来表示。例如，就横向引导控制而言，在考虑相应的执行器(即转向装置)的情况下可利用二阶传递函数近似地对根据单轨模型的车辆的横向动态性进行建模。车辆的纵向动态性通常主要由执行器，即发动机和制动器的动态性来确定，并且同样可很好地利用二阶传递函数/>来描述。例如，传递模型可以是PDT2或PT2模型(但也可考虑例如PT1模型或PT4模型)。原则上，只要在应用中可以提供合适的状态(即例如在n阶传递函数的情况下特别是对应于第一轨迹状态的n阶导数的n阶轨迹状态)，则任何传递函数都是可能的。
模型特别是可以描述不可逆传递系统，或者在预控制的范畴中由(在上文所述意义上的)不可逆传递函数表示。
根据一个实施方式，预控制器被配置为近似地补偿车辆的对应于模型的动态行为(必要时包括执行器和一个或多个次级控制器的影响)。在此，预控制器可以基于模型来计算出必须对车辆的执行器做出哪种调节预设，以实现车辆的期望行为，从而实现根据目标轨迹变量的车辆轨迹。
在此，也在本发明范畴内，预控制器可以被配置为在不应用滤波器的情况下计算预控制变量。在此得到的优点是，可以降低复杂性，并且由于没有滤波器而不会引入额外的延迟时间，从而提高了控制的性能。
根据一个实施方式，在预控制器的范畴中可以通过以下形式的传递函数(在拉普拉斯域中)描述车辆的动态行为的模型：
在此s为复频率变量，m和n为自然数，a0,…,am、b0,…,bm为实参数。换言之，传递函数可以表达为n阶或m阶多项式的商。
例如，在一个实施方式中，在预控制器的范畴中可通过以下形式的传递函数描述车辆的动态行为的模型：
在这种情况下，如果w,为目标轨迹变量并且uVS为在预控制器的范畴中待确定的预控制变量，则可以由目标轨迹变量w,/>和传递函数的参数a0、a1将预控制变量uVS计算为：
在另一实施方式中，例如其可以涉及纵向引导控制，在预控制器的范畴中可通过如下形式的传递函数描述车辆的动态行为的模型：
在这种情况下，如果atraj为目标轨迹变量并且ad为在预控制器的范畴中待确定的预控制变量，则可以由目标轨迹变量/>atraj和传递函数的参数a0、a1、a2将预控制变量ad计算为：
例如，目标轨迹变量atraj可以是目标(纵向)加速度atraj及其第一或第二时间导数。然而，其也可以是不同于目标加速度和第一或第二时间导数的其他变量atraj。
根据另一实施方式，例如其可以涉及横向引导控制，在预控制器的范畴中可通过如下形式的传递函数描述车辆的动态行为的模型：
在这种情况下，如果ktraj为目标轨迹变量并且kd为在预控制器的范畴中待确定的预控制变量，则可以由目标轨迹变量/>κtraj和传递函数的参数a0、a1、a2、b0、b1、b2借助于如下等式(或变换等式或者等价等式)来计算预控制变量κd：
例如，在此可以借助于第二积分步骤来进行预控制变量κd的计算。
例如，目标轨迹变量κtraj可以是目标曲率ktraj及其第一或第二时间导数。然而，其也可以是不同于目标曲率和第一或第二时间导数的其他变量ktraj。
应注意的是，预控制器不一定必须直接确定用于车辆执行器的调节预设，例如用于横向引导的转向角预设或转向扭矩预设或者用于发动机或制动器的纵向加速度预设。而是由预控制器确定的预控制变量首先可在一个或多个下游控制器(例如轨迹跟随控制器、车辆引导控制器和/或次级转向或发动机控制器)中被进一步处理。换言之，预控制器可以将预控制变量确定为使得如果在控制器的范畴内对其进行进一步处理，则结果将促使受控对象实现目标轨迹变量并且车辆遵循所规划的轨迹。
根据一个实施方式，该装置包括轨迹跟随控制器，其被配置为根据预控制变量确定调节变量。在此，该装置可以被配置为借助于轨迹跟随控制器基于一个或多个参考变量和一个或多个反馈变量来求取一个或多个控制误差(例如作为参考变量和反馈变量之间的差)，基于一个或多个控制误差来校正预控制变量(例如通过将控制误差加到预控制变量上)，并且将调节变量确定为校正后的预控制变量或取决于校正后的预控制变量。例如，在此目标轨迹变量或从一个或多个目标轨迹变量导出的变量可以用作参考变量。例如，相应的实际轨迹变量或从一个或多个实际轨迹变量导出的变量可以用作反馈变量。
进一步在本发明的范畴内的是，受控对象可以包括车辆引导控制器(在轨迹跟随控制器(如果存在的话)的下游)，其被配置为根据调节变量来确定车辆的横向和/或纵向引导的执行器的调节预设。因此，车辆引导控制器例如在横向引导控制的范畴中可以将呈曲率预设形式的校正后的预控制变量换算为呈目标转向角形式的用于车辆转向的调节预设。
本发明的第二方面是一种用于控制车辆的纵向和/或横向引导的方法，其包括以下步骤：
–求取车辆轨迹的目标轨迹变量，其中目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态和第二轨迹状态，其中第二轨迹状态对应于第一轨迹状态的时间变化；
–借助于预控制器根据多个目标轨迹变量和车辆动态行为的模型来计算预控制变量，其中预控制变量和第一轨迹状态是相同类型的变量；并且
–根据预控制变量，在纵向和/或横向引导的范畴内确定用于受控对象的调节变量，其中调节变量和预控制变量是相同类型的变量。
根据本发明第二方面的方法可以通过根据本发明第一方面的装置来实施。因此，根据本发明的方法的实施方式可以对应于上文和下文所述的根据本发明的装置的有利实施方式，反之亦然。
本发明的第三方面是一种计算机程序，当其在计算装置上运行时使得计算装置执行根据本发明第二方面的方法。如在本文档中结合根据本发明第一方面的装置所述，特别是可以借助于计算机程序来实现具有预控制器的控制器。
根据一些实施方式，计算机程序可以包括多个部分，其可以分别在不同的、必要时彼此空间分离的计算装置(例如多个处理器)上运行。
例如，根据本发明第一方面的装置可以包括一个或多个计算装置，在计算装置上可以运行根据本发明第三方面的计算机程序。
本发明的第四方面是一种计算机可读(存储)介质，在介质上存储有根据本发明第三方面的计算机程序。
本发明的第五方面是一种具有根据本发明第一方面的装置的车辆。
附图说明
现在借助于实施例并参考附图更详细地解释本发明。在此，在说明书中上文或下文提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可在相应给出的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用，而不会脱离本发明的范围。
图1示出了用于控制车辆纵向和/或横向引导的方法的示意性流程图。
图2示例性且示意性地示出了用于车辆纵向和/或横向引导的控制器连同预控制器。
图3示意性地示出了可用于车辆纵向和/或横向引导的控制范畴中的预控制器。
图4在示意性信号流程图中示例性地示出了在预控制器范畴内预控制变量的计算。
图5示例性且示意性地示出了用于车辆纵向引导的控制器。
图6示例性且示意性地示出了用于车辆横向引导的控制器。
具体实施方式
在下文中将解释用于控制车辆FZG的纵向和/或横向引导的方法1的步骤11-13，如根据图1的方框图所示，其中同时参考图2所示的方案，其示出了相应的控制器。
首先，在方法1的步骤11中确定车辆FZG的轨迹的目标轨迹变量w、在该实施例中，目标轨迹变量包括第一轨迹状态w、第二轨迹状态/>和第三轨迹状态/>其中第二轨迹状态/>对应于第一轨迹状态w的时间变化，并且其中第三轨迹状态/>对应于第二轨迹状态/>的时间变化。然而也可以考虑没有这样的第三轨迹状态/>的实施方式，即其中仅使用第一轨迹状态w和第二轨迹状态/>作为目标轨迹变量，其中第二轨迹状态/>对应于第一轨迹状态w的时间变化。
目标轨迹变量w、的确定可以通过被称为轨迹规划器TPL的软件模块来执行，参见图2。在此，目标轨迹变量可以特别是根据例如由FAS预定的驾驶任务来确定。
在FAS的车道变换辅助功能(SWA)的范畴中，轨迹规划器TPL可以为车辆FZG的即将到来的车道变换确定合适的轨迹。轨迹可以例如通过指定其曲率κtraj(t)的时间曲线来描述。在这种情况下，可以将例如所规划的轨迹的曲率κtraj、曲率的第一时间导数和曲率的第二时间导数/>确定为用于控制车辆FZG的横向引导的目标轨迹变量w、/>下面将参考图6更详细地说明该示例。下文将参考图5更详细地解释用于控制纵向引导的目标轨迹变量w、/>其例如可以是(纵向)加速度atraj、加速度的一阶导数(即冲击)和加速度的二阶导数/>
在方法1的另一步骤12中，借助于预控制器VS根据目标轨迹变量和车辆FZG的动态行为模型来确定预控制变量uVS，其中预控制变量uVS和第一轨迹状态w是相同类型的变量(即，例如两个变量uVS、w均为加速度或者两个变量uVS、w均为曲率)。
在另一步骤13中，根据预控制变量uVS在纵向和/或横向引导的范畴内确定受控对象FFR、AKT、FZG的调节变量u，其中调节变量和预控制变量是相同类型的量，参见图2。
预控制器VS被设置为从目标轨迹变量w、和车辆FZG的动态行为的简化模型中计算预控制变量uVS。
预控制器VS被设置为近似地补偿车辆FZG的对应于模型的动态行为。在此，预控制器VS基于模型来确定必须对车辆的执行器AKT做出哪个调节预设，以实现车辆FZG的期望行为，从而实现根据目标轨迹变量w、(或者根据实施例例如仅w、/>)的车辆轨迹。
图3以简化图示出了预控制器VS的原理。由车辆FZG实现的实际轨迹变量y在该示例中作为传递函数和预控制变量uVS的乘积，该传递函数近似地描述了车辆FZG包括执行器AKT的动态行为(或者整个受控对象FFR、AKT、FZG，其除了执行器AKT之外还可以包括例如车辆引导控制器FFR和可能的其他次级控制器)：
理想情况下，作为预控制器VS的结果，实际轨迹变量y应等于目标轨迹变量w(即等于第一轨迹状态)，即应该有：y＝！w。因此，在该示例中，预控制器VS的目的是根据目标轨迹变量w和模型以满足如下等式的方式确定预控制变量uVS：
在此，预控制变量uVS在某些情况下可以仅根据目标轨迹变量w、(或仅w、/>)和传递模型/>(或其参数)来计算，其中预控制器VS优选地在不应用滤波器的情况下进行。下面将参考图5和图6借助于纵向引导控制和横向引导控制的具体实施例来详细解释该计算。
特别是关于横向引导控制的具体实施例(参见图6)，还将明确的是，预控制变量uVS的计算例如还包括多个积分。这如图4中的示意性信号流程图所示。在图4的示例中有三个目标轨迹变量，即w、(w的第一时间导数)、/>(w的第二时间导数)。在预控制器VS的范畴内，通过使用两个积分步骤从这些目标轨迹变量w、/>和传递模型/>的参数中计算预控制变量uVS。
通常，预控制器VS不一定必须直接确定用于车辆FZG的执行器AKT的调节预设，例如用于横向引导的转向角或转向力矩预设或用于纵向引导的纵向加速度预设。而是由预控制器VS确定的预控制变量uVS首先可以在一个或多个下游控制器(例如车辆引导控制器FFR和/或次级转向或发动机控制器)中被进一步处理，如图2所示。换言之，预控制器VS可以将预控制变量uVS确定为使得如果在纵向和/或横向引导的控制的范畴内对其进行进一步处理，则结果将促使受控对象FFR、AKT、FZG实现目标轨迹变量w、从而车辆FZG遵循所规划的轨迹。
在图2所示的实施例中，控制器包括轨迹跟随控制器TFR，其被配置为根据预控制变量uVS确定调节变量u。在此，借助于轨迹跟随控制器TFR基于一个或多个参考变量x*和一个或多个反馈变量x来求取一个或多个控制误差Δx(例如作为参考变量x*和反馈变量x之间的差)，并且基于一个或多个控制误差Δx来校正预控制变量uVS(例如通过将控制误差Δx与预控制变量uVS相加)，由此得到调节变量u。换言之，因此在该示例中调节变量u被确定为通过轨迹跟随控制TFR校正的预控制变量uVS。例如，在轨迹跟随控制TFR的范畴内，可以使用目标轨迹变量w或从一个或多个目标轨迹变量w中导出的变量作为参考变量x*。例如，可以使用实际轨迹变量y或从一个或多个实际轨迹变量y导出的变量作为反馈变量x。
此外，受控对象FFR、AKT、FZG包括在轨迹跟随控制器TFR下游的车辆引导控制器FFR，其被设置为根据调节变量u确定用于车辆FZG的横向和/或纵向引导的执行器AKT的调节预设(或控制变量)。例如，在下面将参考图6进一步解释的横向引导控制的范畴中，车辆引导控制器FFR可以将呈曲率预设κd形式的校正后的预控制变量u换算为呈目标转向角δ形式的用于转向的调节预设。
根据上述内容，在图1所示的方法1的范畴中，可以根据预控制变量uVS确定用于车辆FZG的纵向和/或横向引导的调节预设。调节预设特别是可以被生成为用于车辆FZG的横向和/或纵向引导的执行器AKT的调节预设。
图5示例性且示意性地示出了用于车辆FZG的纵向引导的控制器。在此，由轨迹规划器TPL(图5中未单独示出；参见图2)求取目标(纵向)加速度atraj、目标(纵向)加速度的第一时间导数和目标(纵向)加速度的第二时间导数/>作为目标轨迹变量，并且作为引导变量传递到具有预控制器VS的轨迹跟随控制器TFR。
在预控制器VS和轨迹跟随控制器TFR的范畴内，根据目标轨迹变量atraj将期望的(纵向)加速度ad确定为(已通过轨迹跟随控制TFR校正了控制误差的)预控制变量。
期望加速度ad作为调节变量被输出到受控对象FFR、AKT、FZG。在该示例中，车辆引导控制器FFR也算作受控对象。其基于期望加速度ad来计算执行器AKT的一个或多个调节预设，该执行器AKT在本纵向引导示例中包括车辆FZG的发动机和制动系统。在此，执行器AKT还可以包括一个或多个其他的次级控制器。执行器AKT例如实现驱动转矩T，该驱动转矩T在考虑干扰变量za(例如风或道路坡度)的影响的情况下产生车辆FZG的加速度a。测量实际加速度a，并将其作为反馈变量反馈给车辆引导控制器FFR。
在根据图5的实施例中，受控对象FFR、AKT、FZG总体上具有可能非常复杂的传递特性Gvehicle(s)。因此，预控制器VS可以基于简化的传递模型工作，其例如由如下形式的传递函数来描述：
然后，根据等式和描述预控制器VS的实际目标的需求a＝！atraj得到以下等式：
atraja2s2+atraja1s+atraja0＝ad。
在从频域逆变换到时域之后，预控制变量ad可以根据目标轨迹变量atraj和传递函数/>的参数a0、a1、a2被直接计算为：
应注意的是，在前述段落中，在预控制器VS本身的范畴中本身待确定的预控制变量(尚未通过轨迹跟随控制TFR来校正控制误差)被称为ad。然而，根据图5传递到车辆跟随控制FFR的期望加速度ad通常也可以是已通过轨迹跟随控制TFR校正了控制误差的预控制变量。
作为另一实施例，图6示意性地示出了用于车辆FZG的横向引导的控制器。控制器的基本结构可以被理解为类似于上面参考图5所述的纵向引导控制器。
在横向引导控制的情况下，轨迹规划器TPL(在图6中未示出；参见图2)求取例如与时间相关的目标曲率κtraj、目标曲率的第一时间导数和目标曲率的第二时间导数作为目标轨迹变量，并且将其作为引导变量传输到预控制器VS和轨迹跟随控制器TFR。
在预控制器VS和轨迹跟随控制TFR的范畴内，根据目标轨迹变量κtraj将期望曲率κd确定为(已通过轨迹跟随控制TFR校正了控制误差的)预控制变量。
期望曲率κd作为调节变量被输出到受控对象FFR、AKT、FZG。车辆引导控制器FFR基于期望曲率κd来计算用于执行器AKT的一个或多个调节预设，该执行器AKT在本横向引导示例中特别是包括车辆FZG的转向装置。在此，执行器AKT可以附加地包括一个或多个另外的次级控制器，其例如可以考虑由车辆FZG的驾驶员手动施加的转向扭矩Th的影响。执行器AKT例如设置转向角δ，该转向角δ在考虑干扰变量zκ(例如风或道路坡度)的影响的情况下产生车辆FZG的具有曲率κ的轨迹。测量实际曲率κ，并且将其作为反馈变量反馈给车辆引导控制器FFR。
在该实施例中，车辆FZG的动态行为的简化模型在预控制器VS的范畴中可以例如通过如下形式的传递函数来描述：
由等式和要求κ＝！κtraj得到如下等式：
κtraj a2s2+κtraja1s+κtraj a0＝κdb2s2+κd b1s+κdb0。
在从频域到时域的逆变换和等式的转换之后，预控制变量κd可以由目标轨迹变量κtraj和传递函数/>的参数a0、a1、a2、b0、b1、b2通过如下等式(或变换等式、等价等式)来计算：
在此，该计算例如可以包括两个积分步骤，如上面参考图4中的示意性信号流程图所述，其适用于根据图6的实施例中的预控制器VS。

Claims (16)

1.一种用于控制车辆(FZG)的纵向和/或横向引导的装置，其中所述装置包括：
–轨迹规划器(TPL)，被配置为求取所述车辆(FZG)的轨迹的目标轨迹变量，其中所述目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态和第二轨迹状态，其中所述第二轨迹状态对应于所述第一轨迹状态的时间变化；和
–预控制器(VS)，被配置为根据所述目标轨迹变量和所述车辆(FZG)的动态行为的模型来计算预控制变量，其中所述预控制变量和所述第一轨迹状态是相同类型的变量；
其中所述装置被配置为根据所述预控制变量确定在所述纵向和/或横向引导范畴内的受控对象的调节变量，其中所述调节变量和所述预控制变量是相同类型的变量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述目标轨迹变量还包括第三轨迹状态，所述第三轨迹状态对应于所述第二轨迹状态的时间变化。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述模型描述了不可逆传递系统。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述预控制器(VS)被配置为近似地补偿所述车辆(FZG)的对应于所述模型的动态行为。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述预控制器(VS)被配置为在不应用滤波器的情况下计算所述预控制变量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中在所述预控制器(VS)的范畴中通过以下形式的传递函数描述所述车辆(FZG)的动态行为的模型：
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中在所述预控制器(VS)的范畴中通过以下形式的传递函数描述所述车辆(FZG)的动态行为的模型：
8.根据权利要求7所述的装置，其中如果w,为所述目标轨迹变量并且uVS为在所述预控制器(VS)的范畴中待确定的所述预控制变量，则由所述目标轨迹变量w、/>和所述传递函数的参数a0、a1将所述预控制变量uVS计算为：
9.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中在所述预控制器(VS)的范畴中通过如下形式的传递函数描述所述车辆(FZG)的动态行为的模型：
10.根据权利要求9所述的装置，其中如果atraj为所述目标轨迹变量并且ad为在所述预控制器(VS)的范畴中待确定的所述预控制变量，则由所述目标轨迹变量atraj和所述传递函数的参数a0、a1、a2将所述预控制变量ad计算为：
11.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中在所述预控制器(VS)的范畴中通过如下形式的传递函数描述所述车辆(FZG)的动态行为的模型：
12.根据权利要求11所述的装置，其中如果ktraj为所述目标轨迹变量并且kd为在所述预控制器(VS)的范畴中待确定的所述预控制变量，则由所述目标轨迹变量ktraj和所述传递函数的参数a0、a1、a2、b0、b1、b2借助于如下等式来计算所述预控制变量kd：
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括轨迹跟随控制器(TFR)，被配置为根据所述预控制变量确定所述调节变量。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述装置被配置为：
–借助于所述轨迹跟随控制器(TFR)基于一个或多个参考变量和一个或多个反馈变量来求取一个或多个控制误差；
–基于所述一个或多个控制误差来校正所述预控制变量；并且
–将所述调节变量确定为校正后的预控制变量或取决于校正后的预控制变量。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述受控对象包括车辆引导控制器(FFR)，被配置为根据所述调节变量来确定用于所述车辆的横向和/或纵向引导的执行器的调节预设。
16.一种用于控制车辆(FZG)的纵向和/或横向引导的方法(1)，包括以下步骤：
–求取(11)所述车辆(FZG)的轨迹的目标轨迹变量，其中所述目标轨迹变量至少包括第一轨迹状态和第二轨迹状态，其中所述第二轨迹状态对应于所述第一轨迹状态的时间变化；并且
–借助于预控制器(VS)根据所述目标轨迹变量和所述车辆(FZG)的动态行为的模型来计算(12)预控制变量，其中所述预控制变量和所述第一轨迹状态是相同类型的变量；并且
–根据所述预控制变量确定(13)在所述纵向和/或横向引导范畴内的受控对象的调节变量，其中所述调节变量和所述预控制变量是相同类型的变量。
CN202280046039.XA 2021-06-30 2022-06-20 用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法 Pending CN117580745A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021116878.3 2021-06-30
DE102021116878.3A DE102021116878A1 (de) 2021-06-30 2021-06-30 Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs
PCT/EP2022/066709 WO2023274768A1 (de) 2021-06-30 2022-06-20 Vorrichtung und verfahren zur regelung der längs- und/oder querführung eines fahrzeugs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117580745A true CN117580745A (zh) 2024-02-20

Family

ID=82214241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280046039.XA Pending CN117580745A (zh) 2021-06-30 2022-06-20 用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117580745A (zh)
DE (1) DE102021116878A1 (zh)
WO (1) WO2023274768A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009056674B4 (de) * 2009-12-02 2023-11-30 Volkswagen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung der Querdynamik eines Kraftfahrzeugs
DE102014215243B4 (de) 2014-08-01 2020-05-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Robuste Totzeit- und Dynamikkompensation für Trajektorienfolgeregelung
DE102016201205A1 (de) 2016-01-27 2017-07-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zur Regelung der Längsdynamik
DE102016218464B3 (de) * 2016-09-26 2017-08-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung für ein Kraftfahrzeug
DE102018125250B4 (de) 2018-10-12 2020-10-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Steuereinheit zur Führung eines Fahrzeugs
DE102019217023A1 (de) 2019-05-21 2020-11-26 Continental Teves Ag & Co. Ohg Vorrichtung und Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021116878A1 (de) 2023-01-05
WO2023274768A1 (de) 2023-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ji et al. Shared steering torque control for lane change assistance: A stochastic game-theoretic approach
Xu et al. Preview path tracking control with delay compensation for autonomous vehicles
Wu et al. Active tracking control for steer-by-wire system with disturbance observer
Huang et al. Data-driven shared steering control of semi-autonomous vehicles
Dias et al. Longitudinal model identification and velocity control of an autonomous car
Kapania et al. Path tracking of highly dynamic autonomous vehicle trajectories via iterative learning control
Nam et al. Model predictive control for evasive steering of an autonomous vehicle
US11305815B2 (en) Disturbance feedforward control in cascade regulation
Yang et al. Quasi-linear optimal path controller applied to post impact vehicle dynamics
CN110267866B (zh) 用于控制车辆轨迹的装置
Rathgeber et al. Lateral trajectory tracking control for autonomous vehicles
Bayuwindra et al. Extended look-ahead tracking controller with orientation-error observer for vehicle platooning
Milani et al. Smart autodriver algorithm for real-time autonomous vehicle trajectory control
Rodic et al. Contribution to the integrated control synthesis of road vehicles
Chen et al. Car-like ground vehicle trajectory tracking by using trajectory linearization control
Filip Trajectory tracking for autonomous vehicles
Bai et al. A robust guiding torque control method for automatic steering using LMI algorithm
JP2009280097A (ja) ステアリングパラメータ最適化システム
Talj et al. Immersion and invariance control for lateral dynamics of autonomous vehicles, with experimental validation
CN117580745A (zh) 用于控制车辆的纵向和/或横向引导的装置和方法
Gottmann et al. Integrated trajectory and path tracking of under-actuated and over-actuated cars up to the handling limits
Tan et al. Speed control experiments with an automated heavy vehicle
CN114475590B (zh) 一种电动汽车力矩控制方法和系统以及可读存储介质
Monot et al. Design of a weighted multi-controller for lateral guidance of autonomous vehicles using steering control
US20240149941A1 (en) Control method for the automated control of a transverse deviation and/or a steering wheel angle of a motor vehicle, controller, and motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination