DE102012207548A1

DE102012207548A1 - Ausfallsichere Fahrspurzentriersteuerung unter Verwendung von Differentialbremsen

Info

Publication number: DE102012207548A1
Application number: DE102012207548A
Authority: DE
Inventors: Jin-woo Lee; Nikolai K. Moshchuk; Shih-Ken Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US20120283907A1; CN102765386A; CN102765386B; US8670903B2

Abstract

Ein Verfahren, ein System und ein nicht temporäres computerlesbares Medium für eine ausfallsichere Funktion eines Fahrspurzentriersystems. Ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) eines Fahrzeugs wird auf einen Ausfall überwacht und der Betrieb des Fahrspurzentriersystems wird beim Feststellen, dass ein Ausfall des EPS-Systems aufgetreten ist, auf einen Differentialbremscontroller umgeschaltet, um Differentialbremsbefehle an ein Differentialbremssystem auszugeben, wobei die ausgegebenen Bremsbefehle das Differentialbremssystem anweisen, eine Kraft auf eine Bremse für ein Rad des Fahrzeugs aufzubringen, so dass durch die aufgebrachte Bremskraft das Fahrzeug einem für einen Fahrspurzentriervorgang bestimmten gewünschten Weg folgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet von autonomen und halbautonomen Fahrsteuersystemen und insbesondere auf die Gebiete von Fahrspurzentriersteuersystemen und ausfallsicheren Steuerungen für Fahrspurzentriersteuersysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge werden zunehmend mit autonomen und/oder halbautonomen Fahrmechanismen ausgestattet, die automatisierte Fahrsteuerungen vorsehen, wobei weniger Fahrereingriff erforderlich ist. Obwohl nur einige Fahrzeuge heute so erstellt worden sein können, dass sie vollständig autonom sind (d. h. in der Lage, vom Punkt A zum Punkt B ohne irgendeinen Fahrereingriff zu fahren), können viele kommerziell erhältlichen Fahrzeuge heute autonome und halbautonome Merkmale verwenden.
Tempomatsysteme waren beispielsweise lang verfügbar, wobei ein Fahrer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs festlegt und das Fahrzeug die Drosselklappe automatisch steuert. Adaptive Tempomatsysteme wurden auch entwickelt, wobei das System eine festgelegte Geschwindigkeit beibehält und auch das Fahrzeug automatisch verlangsamt, wenn das System erfasst, dass sich das Fahrzeug einem langsamer fahrenden Fahrzeug nähert. Kommerziell erhältliche autonome Parksysteme können automatisch Lenksteuerungen zum Einparken eines Fahrzeugs vorsehen. Ferner greifen halbautonome oder ”Fahrerunterstützungs”-Merkmale wie z. B. Lenkdrehmomentunterstützung oder Lenkwinkelunterstützung automatisch ein, wenn der Fahrer ein raues Lenkmanöver durchführt, das sich auf die Fahrzeugstabilität auswirken könnte.
In autonomen und halbautonomen Steuersystemen kann ein automatisiertes Fahrspurzentriersystem (LC-System) eine automatische Lenksteuerung für ein Fahrzeug vorsehen, beispielsweise um ein Fahrzeug in einer Fahrspur zu zentrieren, wenn das Fahrzeug auf einer gekrümmten Straße fährt. Ein LC-Steuersystem kann einem Fahrer ermöglichen, dass er abgelenkt wird, oder sogar das Lenkrad nicht hält, während ein LC-System eingeschaltet ist. Ein LC-System kann in ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) in einem Fahrzeug integriert oder in Verbindung mit diesem verwendet werden. In einer solchen Konfiguration kann das LC-System elektronische Lenksteuerungen verwenden, um die Fahrzeugräder zu drehen (z. B. unter Verwendung eines Motors zum Bewegen der Lenksäule des Fahrzeugs und dadurch Drehen der Fahrzeugräder). Durch seine Verwendung des EPS-Systems kann ein LC-System die Position des Fahrzeugs beispielsweise in der Mitte der fraglichen Fahrspur halten. Ein LC-System kann auch in Anwendungen wie z. B. Fahrspurwechsel verwendet werden.
Die US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/143,439 mit dem Titel ”PATH GENERATION ALGORITHM FOR AUTOMATED LANE CENTERING AND LANE CHANGING CONTROL SYSTEM” und die US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/399,317 mit dem Titel ”MODEL BASED PREDICTIVE CONTROL FOR AUTOMATED LANE CENTERING/CHANGING CONTROL SYSTEMS”, die beide auf den Rechtsnachfolger dieser Anmeldung übertragen sind und beide durch hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind, offenbaren Systeme und Verfahren zum Schaffen einer Wegerzeugung für die Fahrspurzentrierung und den Fahrspurwechsel in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeug.
Wenn das LC-System ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) für seine automatische Lenksteuerung verwendet, ist es möglich, dass das EPS-System ausfallen könnte (beispielsweise durch einen Kommunikationssystemausfall, einen Steuerprozessorabsturz, ein mechanisches Problem im Lenksystem usw.). In einer solchen Situation könnte ein LC-System beim Ausfall keine automatische Lenksteuerung bereitstellen, da die Fähigkeit des Systems, die Lenkung des Fahrzeugs zu steuern, unterbrochen wäre. Unter einigen Umständen kann ein Ausfall eines EPS-Systems verursachen, dass die Vorderräder des Systems in ihrer gegenwärtigen Lenkwinkelposition blockieren, was ein weiteres Risiko für einen Fahrzeugunfall verursacht.
Folglich wird eine Herausforderung für die Sicherheit in einem LC-System im Fall eines Ausfalls wie z. B. eines EPS-Systemausfalls dargestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein ausfallsicheres System für eine Fahrspurzentriersteuerung (LC-Steuerung) schaffen, die beispielsweise in einem Fahrzeug wie z. B. einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann. In einer solchen beispielhaften Ausführungsform können ein Differentialbremssystem und -verfahren als ausfallsicher für das (LC) Steuersystem angewendet werden.
In einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein redundanter Mechanismus, der Differentialbremsen anwendet, ausgelöst werden, wenn das elektrische Servolenksystem (EPS-System) eines Fahrzeugs ausfällt. In einem solchen Beispiel kann die Differentialbremssteuerung für das LC-System nur dann aktiviert werden, wenn das EPS-System ausgesetzt hat zu arbeiten.
Ein Verfahren zur ausfallsicheren Fahrspurzentrierung kann die Überwachung eines EPS-Systems eines Fahrzeugs auf einen Ausfall, und beim Feststellen, dass ein Ausfall des EPS-Systems aufgetreten ist, das Umschalten des Steuerablaufs für das Fahrspurzentriersystem von einem Lenkcontroller des Fahrspurzentriersystems auf einen Differentialbremscontroller umfassen, wobei der Differentialbremscontroller Differentialbremsbefehle an ein Differentialbremssystem ausgeben kann, um z. B. Bremskräfte für die Räder des Fahrzeugs aufzubringen – somit folgt das Fahrzeug einem für die Fahrspurzentrierung bestimmten gewünschten Weg.
Ein System für die ausfallsichere Funktion eines Fahrspurzentriersystems kann einen Differentialbremscontroller, der mit einem Differentialbremssystem gekoppelt ist, und ein Überwachungselement, das mit dem Differentialbremscontroller gekoppelt ist, umfassen, wobei das Überwachungselement dazu konfiguriert ist, ein EPS-System eines Fahrzeugs auf einen Ausfall zu überwachen, und bei der Feststellung, dass ein Ausfall aufgetreten ist, einen Ausgang des Fahrspurzentriersystems auf einen Ausgang des Differentialbremscontrollers umzuschalten, wobei der Ausgang des Differentialbremscontrollers einen Bremsbefehl zum Differentialbremssystem für ein Aufbringen einer Bremskraft auf ein Rad des Fahrzeugs liefert und wobei durch das Aufbringen der Bremskraft das Fahrzeug einem für einen Fahrspurzentriervorgang bestimmten gewünschten Weg folgt.
Ein nicht temporäres computerlesbares Medium kann Befehle aufweisen, die auf dem Medium gespeichert sind, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, bewirken können, dass der Prozessor hier beschriebene Verfahren durchführt.
Ein Verfahren, ein System und ein nicht temporäres computerlesbares Medium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können ein Giermoment bestimmen, das für das LC-Steuersystem erforderlich ist. Das Giermoment (Δτ) für ein Fahrzeug stellt eine Menge an Kraft gegen den Schwerpunkt des Fahrzeugs dar, die auf ein Fahrzeug aufgebracht werden kann, um das Fahrzeug zu wenden oder zu schwenken und seine Fahrtrichtungsorientierung zu ändern. Auf der Basis dieses bestimmten Giermoments kann das Verfahren eine Sequenz von Differentialbremskräften berechnen, die auf die Räder des Fahrzeugs aufgebracht werden sollen. Das System und das Verfahren können die Fahrzeugbewegung gemäß der Sequenz von Differentialbremskräften für eine Zeitdauer, beispielsweise die nächsten delta (Δ) t Sekunden (z. B. die nächsten 3 Sekunden, abstimmbar), aufrechterhalten, was ermöglicht, dass der Fahrer die Lenksteuerung innerhalb der Zeitdauer wieder erlangt.
In einem Verfahren, einem System und einem nicht temporären computerlesbaren Medium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Fahrspurzentriersystem Elemente erzeugen und das ausfallsichere System kann diese verwenden, die einen gewünschten Weg und einen vorhergesagten Weg für ein fahrendes Fahrzeug bestimmen können. Ein Fahrspurmarkierungs-Detektionssystem eines Fahrspurzentriersystems kann beispielsweise Fahrspurmarkierungen auf einer Straße erkennen, die die Straße in Fahrspuren unterteilen. Ein Modul zur Erzeugung eines gewünschten Weges eines Fahrspurzentriersystems kann einen glatten gewünschten Weg für eine Fahrspurzentrierung gemäß der Fahrzeugdynamik (wie z. B. Fahrzeugmasse, -trägheit, -abmessungen usw.) und den detektierten Fahrspurmarkierungen erzeugen (wie z. B. Erzeugen eines glatten Weges von der gegenwärtigen Fahrzeugposition zur Mitte der Fahrspur als Beispiel). Ein System zur Vorhersage eines vorhergesagten Weges eines Fahrspurzentriersystems kann ferner den vorhergesagten zukünftigen Weg des Fahrzeugs auf der Basis der gegenwärtigen Fahrzeugdynamik wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und Lenkwinkel (das Ausmaß, um das die Vorderräder des Fahrzeugs in Bezug auf parallel zu den Seiten des Fahrzeugs gedreht sind) erzeugen.
In einem Fahrspurzentriersystem kann ein Fahrspurzentrierlenkcontroller den Lenkwinkel des Fahrzeugs über Befehle an ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) steuern, um ein Fahrzeug zu einem bestimmten Fahrspurzentrum zu bewegen (und beispielsweise das Fahrzeug in der Fahrspur zu zentrieren, wenn es sich bewegt). Im Fall, dass das EPS-System ausfällt, kann jedoch das LC-System plötzlich keine Fähigkeit haben, den Lenkwinkel zu ändern.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann jedoch vorsehen, dass im Fall, dass ein Lenksystemausfall detektiert wird, eine Überwachungsfunktion auf einen ausfallsicheren Bremscontroller umschalten kann, der beispielsweise Differentialbremsen verwenden kann, um das Fahrzeug zu steuern und beispielsweise das Fahrzeug in der Fahrspur zu halten.
Beim Anwenden einer Differentialbremssteuerung, um die Fahrspursteuerung aufrechtzuerhalten, kann das ausfallsichere System die verfügbaren Informationen des gewünschten Weges und des vorhergesagten Weges verwenden (z. B. von Elementen des Fahrspurcontrollersystems oder von Quellen des ausfallsicheren Systems erzeugt), um eine Sequenz von Bremsbefehlen für die verfügbaren Räder des Fahrzeugs zu finden. Das ausfallsichere System kann beispielsweise eine Bremsbefehlssequenz, wie z. B. F_{linkes Vorderrad} (t), F_{rechtes Vorderrad} (t), F_{linkes Hinterrad} (t), F_{rechtes Hinterrad} (t), in einem Zeitintervall (wie z. B. [0, Δt]), finden, die die Differenz des gewünschten Weges und des vorhergesagten Weges des Fahrzeugs minimiert.
Ein ausfallsicherer Differentialbremscontroller gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise Bremsbefehle für jedes Rad erzeugen, um Orientierungs- und Versatzfehler (z. B. Differenzen der Fahrzeugfahrtrichtung und der Querversatzposition) zwischen dem gewünschten Weg des Fahrzeugs und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs zu minimieren.
Um solche Orientierungs- und Versatzfehler zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs zu minimieren, kann der ausfallsichere Differentialbremscontroller gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Kostenfunktion verwenden, wobei die Orientierungs- und Versatzfehler zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs gemäß einem Giermomentwert für das Fahrzeug minimiert werden.
Wie angegeben, stellt das Giermoment (Δτ) für ein Fahrzeug eine Menge an Kraft gegen den Schwerpunkt des Fahrzeugs dar, die auf ein Fahrzeug aufgebracht werden kann, um das Fahrzeug zu wenden oder zu schwenken und seine Gierung oder Fahrtrichtung zu ändern. Wenn ein Giermoment (Δτ) gemäß einer Kostenfunktion bestimmt werden kann, die die Differenz zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert, kann die Kraft des Giermoments (Δτ), wenn sie aufgebracht wird, das Fahrzeug auf einen Weg bewegen oder darauf halten, der die Differenz zwischen dem gewünschten und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert. Durch Erzeugen von Kräften, um das gewünschte Giermoment (Δτ) zu erzeugen, bewegt sich folglich das Fahrzeug auf den gewünschten Weg oder bleibt auf diesem.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass Differentialbremskräfte, die durch den ausfallsicheren Differentialbremsmechanismus aufgebracht werden können, eine Kraft ausüben, die durch das Giermoment (Δτ) angegeben wird.
Sobald das Giermoment (Δτ) bestimmt ist, kann der ausfallsichere Differentialbremscontroller gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Giermoments (Δτ) einen Gesamtbetrag von vorderen und hinteren Bremskräften (F_Gesamt) berechnen, die beim Differentialbremsen aufgebracht werden sollen. Diese gesamte vordere und hintere Bremskraft kann für die Räder entweder der rechten Seite des Fahrzeugs (F_{Gesamt RHS}) oder der linken Seite des Fahrzeugs (F_{Gesamt LHS}) berechnet werden.
Hier wird angemerkt, dass das Giermoment (Δτ) das Fahrzeug so führen kann, dass es entweder in einer Richtung im Uhrzeigersinn (CW) oder gegen den Uhrzeigersinn (CCW) gewendet wird, oder das Giermoment (Δτ) kann bestimmen, dass das Fahrzeug überhaupt nicht gewendet wird.
Ein Giermoment (Δτ), das negativ ist, kann beispielsweise angeben, dass das Fahrzeug in einer Richtung im Uhrzeigersinn gewendet werden sollte, um die gewünschte Fahrspurzentrierung aufrechtzuerhalten oder es auf diese hin zu bewegen. Um das Fahrzeug in einer Richtung im Uhrzeigersinn (CW) zu wenden, kann das ausfallsichere System nur eine Differentialbremskraft auf die Räder auf der rechten Seite des Fahrzeugs aufbringen, und in einem solchen Fall kann sehr wenig oder keine Bremskraft auf die Räder auf der linken Seite des Fahrzeugs aufgebracht werden.
Entsprechend kann ein Giermoment (Δτ), das positiv ist, angeben, dass das Fahrzeug in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) gewendet werden sollte, um die gewünschte Fahrspurzentrierung aufrechtzuerhalten oder es auf diese hin zu bewegen. Um das Fahrzeug in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu wenden, kann das ausfallsichere System nur eine Differentialbremskraft auf die Räder der linken Seite des Fahrzeugs aufbringen und in einem solchen Fall kann sehr wenig oder keine Bremskraft auf die Räder auf der rechten Seite des Fahrzeugs aufgebracht werden.
Unter Verwendung eines Beispiels eines Fahrzeugs mit vier Rädern wie z. B. eines Kraftfahrzeugs, kann folglich die aus dem Giermoment (Δτ) berechnete Gesamtkraft für ein Vorder- und ein Hinterrad des Fahrzeugs mit vier Rädern bestimmt werden (d. h. das Vorder- und das Hinterrad entweder der rechten Fahrzeugseite (z. B. für eine CW-Wendebewegung) oder der linken Fahrzeugseite (für eine CCW-Wendebewegung).
Unter Verwendung der endgültigen Gesamtkraft, die aus dem Giermoment (Δτ) bestimmt wird, kann der ausfallsichere Differentialbremscontroller dann einen Verteilungsverhältniswert (α) bestimmen, um die Gesamtbremskraft beispielsweise zwischen den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs zu verteilen, wobei der Verteilungsverhältniswert auf der Basis von Erwägungen wie z. B. der Beladung und der Querbeschleunigung bestimmt werden kann. Ein Beispielverhältnis kann die Produktionsverhältniseinrichtung für Gleichtaktbremsen eines Fahrzeugs sein. Das Proportionieren der Gesamtbremskraft unter Verwendung eines Verteilungsverhältnisses kann die Bremsdrehmomentausgabe an den Vorder- und Hinterrädern gemäß einer Spitzentraktionskraft einstellen (z. B. um die maximale Längskraft zu erreichen, die von den Traktions-/Bremssteuersystemen erhältlich ist). Die korrekte Proportionierung kann danach streben, beide Achsen (Vorder- und Hinterräder) gleichzeitig bis zu einem Verriegelungspunkt (Punkt, an dem die Achsen und ihre Räder sich nicht drehen) zu bringen.
Der ausfallsichere Differentialbremscontroller kann dann feststellen, ob die kombinierten Brems- und Lenkkräfte innerhalb der ”Reibungsellipsen” für die Räder des Fahrzeugs liegen (unter Verwendung von Reibungskoeffizienten für die Reifen usw.). Falls erforderlich, kann der Differentialbremscontroller das Verteilungsverhältnis der Gesamtkraft modifizieren (oder falls erforderlich das Giermoment (Δτ) und den Gesamtkraftwert erneut berechnen), um die aufgebrachten Kräfte innerhalb die Parameter für die Fahrzeugstabilität einzufügen.
Mit der bestimmten Kraftverteilung kann der ausfallsichere Differentialbremscontroller auf ein Differentialbremssystem zugreifen, damit die Kräfte auf die Bremsen aufgebracht werden. Der ausfallsichere Differentialbremscontroller kann beispielsweise eine Sequenz von Bremsbefehlen für die verfügbaren Räder des Fahrzeugs in einem Intervall (beispielsweise Δt Sekunden, z. B. 3 Sekunden, ein Wert, der abgestimmt oder geändert werden kann) erzeugen, um Zeit zu schaffen, damit der Fahrer des Fahrzeugs die Lenksteuerung wieder erlangt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der als Erfindung betrachtete Gegenstand wird im abschließenden Abschnitt der Patentbeschreibung besonders betont und deutlich beansprucht. Die Erfindung kann jedoch sowohl hinsichtlich der Gestaltung als auch des Betriebsverfahrens zusammen mit Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon am besten durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:
1 in schematischer Form ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer ausfallsicheren Differentialbremssteuerung für ein Fahrspurzentriersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 in Blockdiagrammform Elemente einer ausfallsicheren Differentialbremssteuerung für ein Fahrspurzentriersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 in Blockdiagrammform eine ausfallsichere Differentialbremssteuerung, die in ein Fahrspurzentriersystem integriert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein Fahrzeug, das auf einer Fahrbahn fährt, die einen gewünschten Weg und einen vorhergesagten Weg zum Bestimmen eines Giermoments zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 einen Prozessablauf für eine ausfallsichere Differentialbremssteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 die Seitendynamik einer Fahrzeugposition in Bezug auf ein Fahrspurzentrum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
7A–7B Differentialbremsen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn auf der Basis eines Giermomentwerts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Es ist zu erkennen, dass der Einfachheit und Deutlichkeit der Darstellung halber die in den Figuren gezeigten Elemente nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet wurden. Die Abmessungen von einigen der Elemente können beispielsweise relativ zu anderen Elementen der Deutlichkeit halber übertrieben sein. Wenn es als geeignet betrachtet wird, können Bezugszeichen ferner zwischen den Figuren wiederholt sein, um entsprechende oder analoge Elemente anzugeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um für ein gründliches Verständnis der Erfindung zu sorgen. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es jedoch verständlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren und Komponenten nicht im Einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unklar zu machen.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die Elemente eines Fahrspurzentriersystems (LC-Systems) mit ausfallsicherem Differentialbremsen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 stellt ein Fahrzeug 100, das ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug sein kann, mit einer Vorderseite 162, einer Rückseite 164, einer rechten Seite 166 und einer linken Seite 168 (z. B. mit Blick auf das Fahrzeug von oben) dar. Das Fahrzeug 100 ist mit Rädern gezeigt, z. B. mit einem linken Hinterrad 102, einem rechten Hinterrad 104, einem linken Vorderrad 106, einem rechten Vorderrad 108. In anderen Beispielen können Fahrzeuge mit weniger Rädern, z. B. 3, oder mehr Rädern, z. B. 6, 8, 16, auch gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. In dem Beispiel von 1 können Hinterräder 102, 104 mit einem Achssystem 112 gekoppelt sein und sich gemäß diesem drehen. Vorderräder 106, 108 können mit einem Achssystem 114 verbunden sein und sich gemäß diesem drehen. Vorderräder 106, 108 können sich auch drehen oder in der Lage sein, abgewinkelt zu werden (wie durch Lenkwinkel 122, 124 gezeigt), beispielsweise durch Drehen der Lenksäule 126, die mit dem Achssystem 114 gekoppelt ist. Ein Fahrer kann die Vorderräder 106, 108 durch Bewegen des Lenkrades 128, das mit der Lenksäule 126 gekoppelt ist, drehen. Die Bewegungen der Lenksäule 126 können in Winkelbewegungen (122, 124) der Vorderräder 106, 108 umgesetzt werden. (Das Drehen der Lenksäule kann die Räder 106, 108 in einem gleichen Winkelgrad drehen, so dass die Lenkwinkel 122, 124 gleich sind).
Das Fahrzeug 100 kann auch Steuersysteme für autonome oder halbautonome Fahrfunktionen umfassen. Das Steuersystem kann ein Fahrspurzentriersystem (LC-System) 130 umfassen. Das LC-System 130 kann einen Lenkcontroller für die Fahrspurzentrierung (LC-Lenkcontroller) 132 umfassen. Als ausfallsichere Sicherung kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Differentialbremscontroller für die Fahrspurzentrierung (LC-Differentialbremscontroller) 134 umfassen.
Der LC-Lenkcontroller 132 kann in Verbindung mit einem elektronischen Servolenksystem (EPS-System) 140 arbeiten, um Fahrspurzentrierfunktionen (Halten einer Fahrspur, Wechseln der Fahrspur usw.) durchzuführen. Das EPS-System 140 kann beispielsweise einen Aktuatormotor umfassen, der die Lenksäule 126 gemäß Eingangsbefehlen dreht. Das Lenkcontrollersystem 132 kann beispielsweise einen Strom von Befehlen zum Festlegen des Lenkwinkels der Räder 106, 108 ausgeben. Das EPS-System 140 kann die Räder beim Durchführen einer Fahrspurzentrierfunktion auf diese Winkel einstellen.
Ein Überwachungsmodul 136 kann in Verbindung mit dem LC-Lenkcontroller 132 arbeiten, um den Zustand des EPS-Systems 140 zu überwachen. Bei einem Ausfall des EPS-Systems 140 wie z. B. einem Leistungsausfall, einem Sensorausfall, einem Ausfall des autonomen/halbautonomen Systems oder einem anderen Ausfall (z. B. EPS-System-Kommunikationsausfall, EPS-System-Stromleitungsausfall, EPS-System-Steuerprozessorausfall, EPS-System-Motorausfall, einem mechanischen Problem in der EPS-System-Säule oder -zahnstange, einer Reifenpanne, einem EPS-Lenkdrehmomentungleichgewicht usw.) kann das Überwachungsmodul 136 die Steuerung für das Fahrspurzentriersystem 130 an den LC-Differentialbremscontroller 134 übergeben.
Der LC-Differentialbremscontroller 134 kann in Verbindung mit einem elektronischen Differentialbremssystem 150 arbeiten, das dazu konfiguriert sein kann, Bremsen 152, 154, 156, 158 an den Rädern 102, 104, 106, 108 elektronisch anzuwenden. Das elektronische Differentialbremssystem 150 kann beispielsweise verschiedene Bremskräfte auf die verschiedenen Räder 102, 104, 106, 108 unter Verwendung der Bremsen 152, 154, 156, 158, die beispielsweise durch Bremsaktuatoren gesteuert werden, aufbringen.
Der LC-Differentialbremscontroller 134 kann einen redundanten Mechanismus für die Sicherheit bereitstellen, wenn das EPS-System 140 ausfällt und der Fahrer nicht bereit ist oder nicht in der Lage ist, die Steuerung des Lenkrades 128 zu übernehmen. Der LC-Differentialbremscontroller 134 kann einen Giermomentwert bestimmen und dann eine Bremskraft für die Räder 102–108 bestimmen, um das Giermoment nachzubilden. Der LC-Differentialbremscontroller 134 kann dann Befehle zum Differentialbremssystem 150 übertragen, um die auf die Bremsen 152, 154, 156, 158 der Räder 102, 104, 106, 108 jeweils aufgebrachte Bremskraft zu steuern, um die Bewegung des Fahrzeugs so zu führen, dass es einem gewünschten Weg folgt, der durch das Fahrspurzentriersystem 130 bestimmt wird. Die Bewegung kann gemäß dem gewünschten Weg für eine Zeitdauer wie z. B. die nächsten Δt Sekunden aufrechterhalten werden, um dem Fahrer zu ermöglichen, die Steuerung der Lenkung im Fahrzeug 100 zu erlangen.
Nun wird auf 2 Bezug genommen, die in Blockdiagrammform Elemente einer ausfallsicheren Differentialbremssteuerung für ein Fahrspurzentriersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt eine Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 220 innerhalb des Fahrspurzentriersystems 130 (mit dem LC-Lenkcontroller 132, dem LC-Differentialbremscontroller 134 und der Überwachungsfunktion 136). Das EPS-System 140 und das Differentialbremssystem 150 von 1 sind auch gezeigt, plus zusätzliche Elemente. In 2 sind das EPS-System 140 und das Differentialbremssystem 150 in Fahrzeugdynamiksystemen 202 (z. B. als Teil eines allgemeineren autonomen oder halbautonomen Fahrzeugsteuersystems) enthalten.
In einem Beispiel kann das Fahrspurzentriersystem 130 Elemente umfassen, die einen gewünschten Weg und einen vorhergesagten Weg für ein fahrendes Fahrzeug bestimmen können. Eine Einheit 204 zum Erzeugen des gewünschten Weges kann einen glatten gewünschten Weg für eine Fahrspurzentrierfunktion gemäß der Fahrzeugdynamik (z. B. Fahrzeugmasse, -trägheit, -abmessungen usw.) und den detektierten Fahrspurmarkierungen (wobei Fahrspurmarkierungsinformationen von der Fahrspurmarkierungs-Detektionseinheit 206 geliefert werden können) erzeugen. Eine Einheit 208 zum Erzeugen des vorhergesagten Weges kann ferner den vorhergesagten zukünftigen Weg des Fahrzeugs auf der Basis der gegenwärtigen Fahrzeugdynamik (z. B. durch die Fahrzeugzustands-Abschätzeinheit 210 geliefert), wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und Lenkwinkel (das Ausmaß, um das die Vorderräder des Fahrzeugs in Bezug auf parallel zu den Seiten des Fahrzeugs gedreht sind), erzeugen.
Im Fahrspurzentriersystem 130 kann der LC-Controller 212 Eingaben des gewünschten Weges und vorhergesagten Weges empfangen, um Giermomente zu erzeugen, die von der Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 220 empfangen werden können und entweder vom LC-Controller 132 oder vom LC-Differentialbremscontroller 134 in Abhängigkeit davon, ob die Überwachungsfunktion 136 einen Ausfall des EPS-Systems 140 detektiert hat oder nicht, verwendet werden können.
Systeme und Verfahren zum Bestimmen und Erzeugen von gewünschten und vorhergesagten Wegen und Daten des gewünschten und vorhergesagten Weges sind in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/143,439 mit dem Titel ”PATH GENERATION ALGORITHM FOR AUTOMATED LANE CENTERING AND LANE CHANGING CONTROL SYSTEM” und in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/399,317 mit dem Titel ”MODEL BASED PREDICTIVE CONTROL FOR AUTOMATED LANE CENTERING/CHANGING CONTROL SYSTEMS”, zu finden, die jeweils auf den Rechtsnachfolger dieser Anmeldung übertragen sind und die hier jeweils durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
In 2 kann die Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 220 Giermomente empfangen und die Überwachungsfunktion 136 kann den Zustand des EPS-Systems 140 (z. B. über die Fahrzeugdynamik 202) überwachen. Wenn der Betrieb des EPS-Systems 140 normal ist, können die empfangenen Giermomente zum LC-Lenkcontroller 132 weitergeleitet werden. Der LC-Lenkcontroller 132 kann die empfangenen Giermomente in ein Lenkdrehmoment umsetzen und Befehle für einen Lenkwinkel (δ) erzeugen, die an das EPS-System 140 weitergeleitet werden können. Falls ein Ausfall des EPS-Systems 140 detektiert wird, kann die Überwachungsfunktion 136 die Steuerung auf den LC-Differentialbremscontroller 134 umschalten. Unter solchen Umständen kann der LC-Differentialbremscontroller 134 anstelle des LC-Lenkcontrollers 132 dann Giermomente empfangen. Unter Verwendung der empfangenen Giermomente kann der LC-Differentialbremscontroller 134 beispielsweise Differentialbremskräfte erzeugen und Befehle für die Bremskräfte zum Differentialbremssystem 150 senden, um das Fahrzeug zu steuern und beispielsweise den gewünschten Weg des Fahrspurzentriersystems 130 aufrechtzuerhalten (z. B. beim Durchführen eines Fahrspurwechsels oder Aufrechterhalten der Zentrierung in einer Fahrspur).
Beim Anwenden der Differentialbremssteuerung, um eine Fahrspurzentrierfunktion aufrechtzuerhalten, kann der LC-Differentialbremscontroller 134 (das ausfallsichere System) die Giermomente (z. B. Giermomentwerte die aus den Informationen des gewünschten Weges und des vorhergesagten Weges erzeugt werden) verwenden, um eine Sequenz von Bremsbefehlen für die verfügbaren Räder des Fahrzeugs in einem Zeitintervall zu finden. Der LC-Controller 212 kann die Giermomente beispielsweise unter Verwendung einer Kostenminimierungsfunktion erzeugen, die die Differenz zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert.
Wie in 2 gezeigt, kann, wenn die Überwachungsfunktion 136 die Steuerung (bei einem Ausfall des EPS-Systems 140) vom LC-Lenkcontroller 132 auf den LC-Differentialbremscontroller 134 umschaltet, die Eingangsschaltfunktion 216 (z. B. eine Darstellung einer logischen Funktion der Überwachungsfunktion 136) Giermomentdaten (z. B. durch den LC-Controller 212 erzeugt) zum LC-Differentialbremscontroller 134 leiten (wie durch den durchgezogenen Pfeil in 2 gezeigt). Außerdem kann die Ausgangsschaltfunktion 218 (z. B. eine Darstellung einer logischen Funktion der Überwachungsfunktion 136) die Ausgabe des LC-Differentialbremscontrollers 134 zur Fahrzeugdynamik 202 zur Verarbeitung durch das Differentialbremssystem 150 senden. Wenn kein Ausfall des EPS-Systems 140 besteht, ist die Funktion der Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 220 durch die gestrichelten Pfeile an den Schaltfunktionen 216 und 218 zu sehen, wobei Giermomentdaten zum LC-Lenkcontroller 132 geleitet werden, der das Lenkdrehmoment (z. B. Befehle für das Lenkdrehmoment) bestimmt, die zum EPS-System 140 geleitet werden können.
Der LC-Differentialbremscontroller 134 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise Bremsbefehle für jedes Rad erzeugen, um Orientierungs- und Versatzfehler (z. B. Differenzen der Fahrzeugfahrtrichtung und der Querversatzposition) zwischen dem gewünschten Weg des Fahrzeugs und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs auf der Basis der empfangenen Giermomentwerte zu minimieren. Die Überwachungsfunktion 136 kann unter Verwendung der logischen Funktion des Ausgangsschalters 218 die Befehle zur Ausführung durch das Differentialbremssystem 150 übertragen.
Nun wird auf 3 Bezug genommen, die ferner ein Beispiel einer ausfallsicheren Differentialbremssteuerung, die in ein Fahrspurzentriersystem integriert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 zeigt Elemente von 1–2, wie z. B. das Fahrspurzentriersystem 130 mit dem LC-Controller 212 und der Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 212 (mit dem LC-Lenkcontrollersystem 132, dem LC-Differentialbremscontroller 134 und der Überwachungsfunktion 136). 3 zeigt auch das EPS-System 140, das Differentialbremssystem 150, die Einheit 204 zum Abschätzen des gewünschten Weges und die Einheit 208 zum Abschätzen des vorhergesagten Weges von 2 plus zusätzliche Elemente.
In 3 kann der Fahrspurdetektionssensor 302 Fahrspurerfassungsinformationen (z. B. Polynomgleichungen, die Fahrspurmarkierungen in Bezug auf das Fahrzeugzentrum darstellen) zur Sensorfusionseinheit 304 übertragen. Die US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/143,439 mit dem Titel ”PATH GENERATION ALGORITHM FOR AUTOMATED LANE CENTERING AND LANE CHANGING CONTROL SYSTEM” und die US-Patentanmeldung lfd. Nr. 12/399,317 mit dem Titel ”MODEL BASED PREDICTIVE CONTROL FOR AUTOMATED LANE CENTERING/CHANGING CONTROL SYSTEMS”, die beide auf den Rechtsnachfolger dieser Anmeldung übertragen sind und beide hier jeweils durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind, offenbaren Systeme und Verfahren zum Erzeugen und Vorsehen von Fahrspurerfassungsinformationen.
Die Sensorfusionseinheit 304 kann auch Informationen von anderen Fahrzeugsensoren 306 (z. B. Geschwindigkeitsmessermesswerte, Gierratendaten und Lenksensormesswerte) empfangen. Die Sensorfusionseinheit 304 kann aus den empfangenen Informationen eine Fahrspurwegabschätzung (einschließlich beispielsweise Abschätzungen der Fahrspurkrümmung, der Fahrspurbreite, des Versatzwerts zum Fahrspurzentrum und des Fahrtrichtungswinkels) erzeugen. Diese Informationen können zur Einheit 204 zum Erzeugen des gewünschten Weges (z. B. über den LC-Controller 212) weitergeleitet werden.
Die Einheit 204 zum Erzeugen des gewünschten Weges kann die empfangenen Informationen zusammen mit weiteren Fahrspurzentrierelementen 308 verwenden, wie z. B. Fahrspurversatz-Steuerinformationen (die einen Fahrspurversatz im Befehl vom Fahrer umfassen können – der Fahrer kann 10 cm abseits vom Fahrspurzentrum sein wollen) und Fahrspurgabelungs-Managementinformationen (z. B. Informationen, die angeben, ob sich die Fahrspur in zwei Fahrspuren aufteilt oder die Fahrspur sich mit der benachbarten Fahrspur vereinigt), um einen gewünschten Weg zum LC-Controller 212 zu liefern. Der gewünschte Weg kann hinsichtlich Koordinaten und einer Fahrtrichtung wie z. B. (x_Gewünscht, y_Gewünscht, θ_Gewünscht) geliefert werden, die die gewünschte Position und Fahrtrichtung für diesen Moment zeigen.
Der LC-Controller 212 kann auch Informationen des vorhergesagten Weges zusätzlich zu Informationen des gewünschten Weges empfangen. Fahrzeugsensorinformationen 306 können auch von der Einheit 208 zum Erzeugen des vorhergesagten Weges empfangen werden, die einen vorhergesagten Fahrzeugweg (z. B. in Koordinaten wie z. B. (x_Vorhergesagt, y_Vorhergesagt, θ_Vorhergesagt), die die vorhergesagte Position und Fahrtrichtung für diesen Moment zeigen) und auch Informationen für einen vorhergesagten Zustand des Fahrzeugs wie z. B. eine vorhergesagte Fahrzeuggeschwindigkeit zum LC-Lenkcontroller 132 liefern kann. Unter Verwendung dieser Informationen des gewünschten und des vorhergesagten Weges kann der LC-Controller 212 Giermomentwerte erzeugen, die entweder vom LC-Lenkcontroller 132 oder vom LC-Differentialbremscontroller 134 verwendet werden sollen.
In diesem Beispiel kann vor irgendeinem Ausfall des Lenksystems der LC-Lenkcontroller 132 die Giermomentinformationen (auf der Basis eines gewünschten und vorhergesagten Weges) verwenden, um Lenkbefehle für die Fahrspurzentrierung (z. B. einen Lenkwinkel (δ)) zu erzeugen, die zum EPS-System 140 über die Überwachungsfunktion 136 weitergeleitet werden können. Eine Mensch-Maschine-Schnittstelleneinheit (HMI-Einheit) 312 kann detektieren, ob der Fahrer die Lenkung hält, und Befehle vom Fahrzeugfahrer wie z. B. einen Lenkübersteuerungsbefehl und einen Lenkübersteuerungsendbefehl weiterleiten. Der Übersteuerungsbefehl kann beispielsweise die Ausgabe von Lenkbefehlen für die Fahrspurzentrierung durch den LC-Lenkcontroller 132 anhalten.
Die Überwachungsfunktion 136 kann den Zustand des EPS-Systems 140 überwachen und im Fall eines Ausfalls des EPS-Systems 140 kann die Überwachungsfunktion 136 die Steuerung innerhalb des Fahrspurzentriersystems 130 auf den LC-Differentialbremscontroller 134 umschalten, der beispielsweise dann im Fall eines Ausfalls des EPS-Systems 140 Giermomentdaten empfangen und Bremsbefehle zum Differentialbremssystem 150 (über die Überwachungsfunktion 136) senden kann, um beispielsweise den gewünschten Weg der Fahrspurzentrierfunktion aufrechtzuerhalten (z. B. beim Durchführen eines Fahrspurwechsels oder Aufrechterhalten der Zentrierung in einer Fahrspur). Der Differentialbremscontroller 134 kann Giermomentdaten (z. B. aus den Informationen des gewünschten Weges und des vorhergesagten Weges erzeugt) verwenden, um eine Sequenz von Bremsbefehlen für die verfügbaren Räder des Fahrzeugs in einem Zeitintervall zu finden, die die Differenz zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert. In einem solchen Beispiel, in dem das elektrische Servolenksystem (EPS-System) 140 ausgefallen ist, kann das Fahrspurzentriercontrollersystem auf Lenkungsbasis nicht den gewünschten Weg und vorhergesagten Weg verwenden, um Lenkbefehle zu erzeugen (wie z. B. Befehle für den Lenkwinkel (δ)).
In dem Beispiel von 2–3 ist gezeigt, dass Giermomentdaten durch den LC-Controller 212 erzeugt werden und entweder zum LC-Lenkcontroller 134 oder zum LC-Differentialbremscontroller in Abhängigkeit vom Zustand des EPS-Systems 140 geleitet werden. Hier wird angemerkt, dass es in anderen Beispielen möglich sein kann, die Funktionen des LC-Controllers 212 in den LC-Differentiallenkcontroller zu integrieren. Wenn beispielsweise ein ausfallsicherer Mechanismus für die Fahrspurzentrierung in ein Fahrspurzentrumssteuerung integriert werden würde, das kein Giermoment für die Fahrspurzentrierung verwenden würde, kann der ausfallsichere Mechanismus durch Integrieren der Giermomenterzeugungsfunktion des LC-Controllers 212 in den LC-Differentialbremscontroller 134 immer noch verwendet werden. Andere Konfigurationen für die Giermomenterzeugung und Differentialbremssteuerfunktionen sind auch möglich.
Im Betrieb kann der LC-Differentialbremscontroller 134 eine Bremskraft für die Fahrzeugräder (z. B. 102–108, 1) auf der Basis eines bestimmten oder empfangenen Giermomentwerts bestimmen, wobei die bestimmte Bremskraft das Giermoment nachbildet. Wenn Giermomentwerte ferner bestimmt oder empfangen werden, kann der LC-Differentialbremscontroller 134 einen Strom von Bremskraftbefehlen erzeugen, die auf die Räder des Fahrzeugs angewendet werden sollen.
In diesem Beispiel wird angemerkt, dass, wenn das Lenksystem ausgefallen ist, das EPS-System 140 keinen Lenkbefehl für den Lenkwinkel (δ) annehmen kann, und im Fall eines solchen Ausfalls andere Funktionen zum Aufrechterhalten der Fahrspurzentriersteuerung verwendet werden können, wie z. B. Differentialbremsen. In einigen Beispielen kann, wenn das EPS-System 140 ausgefallen ist, das Lenkansprechen in den Rädern äußerst steif oder verriegelt sein, und der Lenkwinkel kann auch außerstande sein, sich zu ändern, oder sehr schwer zu ändern sein. Obwohl in einem solchen Beispiel das EPS-System 140 nicht in der Lage ist, den Lenkwinkel zu ändern, kann ein Lenksensor (Teil von Fahrzeugsensoren 306) vorgesehen sein, um den Lenkwinkel zu lesen. In einem solchen Beispiel kann folglich, selbst wenn das elektrische Servolenksystem (EPS-System) ausfallen kann, angenommen werden, dass der Lenkwinkel (δ) immer noch für die Zwecke der Bestimmung von Werten wie z. B. des Giermoments messbar ist.
In einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Elemente des Fahrspurzentriersystems 130 (z. B. 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308, die in 3 gezeigt sind) Softwareelemente, Elemente eines ausführbaren Computerprogrammcodes, der vom Prozessor 320 ausgeführt wird, sein. In 3 umfasst der Speicher 322 Programmiermodule (von ausführbarer Software) des Fahrspurzentriersystems 130. Jedes der Module (z. B. 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308) kann, wenn es vom Prozessor 320 ausgeführt wird, beispielsweise Prozesse durchführen, die hier beschrieben sind.
Der Prozessor 320 kann ein Universal-PC-Prozessor sein, der zum Betrieb in einem Computersystem im Fahrzeug konfiguriert ist, oder der Prozessor 320 kann ein spezialisierter Prozessor sein, der dazu ausgelegt ist, die Funktionen des Fahrspurzentriersystems 130 auszuführen. Der Prozessor 320 kann ein einzelner Prozessor sein oder der Prozessor 320 kann eine Anzahl von Prozessoren beinhalten und zu einer verteilten Verarbeitung und/oder parallelen Verarbeitung in der Lage sein.
Der Speicher 322 kann beispielsweise einen Prozessorspeicher umfassen, wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen anderen Speicher, der für den Prozessor 320 zugänglich und von diesem verwendbar ist, um die im Speicher 322 gespeicherte Programmierung auszuführen. Außerdem können die Elemente des Fahrspurzentriersystems 130 (z. B. 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308) im Speicher 324 gehalten werden (von dem jedes der Module 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308 des Fahrspurzentriersystems 130 heruntergeladen und installiert werden kann (z. B. im Speicher 322), der einen Platten- oder Serverspeicher, einen tragbaren Speicher wie z. B. einen Kompaktdiskspeicher (CD-Speicher) und/oder einen DVD-Speicher und Systemspeicher wie z. B. ein Festplattenlaufwerk oder Festkörperlaufwerk (SSD) umfassen kann, auf dem die Module 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308 installiert werden können. Gespeicherte Befehle für die Durchführung von Funktionen des Fahrspurzentriersystems 130 (z. B. 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308) und die hier beschriebenen Prozesse können beispielsweise für die Ausführung durch einen Computerprozessor eines Fahrzeugs wie z. B. den Prozessor 320 heruntergeladen werden.
Obwohl das Fahrspurzentriersystem 130 (z. B. 132, 134, 136, 204, 208, 212, 220, 304, 308) in einem Beispiel Softwareelemente sein kann, kann in einem anderen Beispiel (nicht dargestellt) eines oder mehrere der Elemente des Fahrspurzentriersystems 130 in einer Schaltungsanordnung als Computerhardwareelemente implementiert werden.
Nun wird auf 4 Bezug genommen, die ein Fahrzeug 400, das auf einer Fahrbahn 402 fährt, die einen gewünschten Weg 404 und einen vorhergesagten Weg 406 zum Bestimmen eines Giermoments zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Einheit 204 zum Erzeugen des gewünschten Weges (in 2–3) kann beispielsweise den gewünschten Weg 404 (z. B. in Koordinaten wie z. B. x_Gewünscht, y_Ge _wünscht, θ_Gewünscht) erzeugen und die Einheit 208 zum Erzeugen des vorhergesagten Weges (in 2–3) kann beispielsweise den vorhergesagten Weg 406 (z. B. in Koordinaten wie z. B. x_Vorhergesagt, y_Vorhergesagt, θ_Vorhergesagt) erzeugen. Die Punkte (x_Gewünscht, y_Gewünscht, θ_Gewünscht) und (x_Vorhergesagt, y_Vorhergesagt, θ_Vorhergesagt) können entsprechen, wie durch die Pfeile in 4 gezeigt, wobei die Koordinaten für jeden des gewünschten und des vorhergesagten Weges Punkte auf jeder der Kurven für den gewünschten Weg 404 bzw. den vorhergesagten Weg 406 darstellen.
Nun wird auf 5 Bezug genommen, die einen beispielhaften Ablauf für den Prozess 500 für die ausfallsichere Steuerung unter Verwendung von Differentialbremsen für ein Fahrspursteuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Schritte 502–510 können beispielsweise durch einen Prozessor (wie z. B. den Prozessor 320 in 3) beim Durchführen einer Fahrspurzentriersteuersystem-Einschaltfunktion ausgeführt werden, beispielsweise die Programmierung des Fahrspurzentriersystems 130, einschließlich beispielsweise des LC-Controllers 212, der Überwachungsfunktion 136, des LC-Lenkcontrollers 132 und des LC-Differentialbremscontrollers 134.
In Schritt 502 beginnt der Prozess 500 und in Schritt 504 kann der Prozessor beispielsweise als Vorgabe das Fahrspurzentriersystem 130 stillsetzen. In Schritt 506 kann der Prozess 500 feststellen, ob der Fahrer (z. B. durch die Mensch-Maschine-Schnittstelle 312) eine Fahrspurwechselfunktion angefordert hat. Wenn der Fahrer in Schritt 506 keine Fahrspurwechselfunktion angefordert hat, kehrt der Prozess 500 zu Schritt 504 zurück. Wenn der Fahrer eine Fahrspurwechselfunktion angefordert hat, kann der Prozess 500 zu Schritt 508 weitergehen, um festzustellen, ob das Fahrspurzentriersystem 130 zum Betrieb verfügbar ist. Das Fahrspurzentriersystem 130 kann aufgrund eines Leistungsausfalls, eines Prozessorausfalls oder eines anderen Ausfalls nicht verfügbar oder online sein.
Wenn der Prozess 500 in Schritt 508 feststellt, dass das Fahrspurzentriersystem nicht verfügbar ist, kann der Prozess 500 zu Schritt 504 zurückkehren (z. B. Warten auf eine weitere Fahreranforderung für eine Fahrspurzentrierfunktion). Wenn der Prozess 500 in Schritt 508 feststellt, dass das Fahrspurzentriersystem 130 verfügbar ist, kann der Prozess 500 in Schritt 510 Fahrspurzentrierprozesse wie z. B. Abschätzung des gewünschten Weges (z. B. von der Einheit 204 zum Erzeugen des gewünschten Weges), Abschätzung des vorhergesagten Weges (z. B. von der Einheit 208 zum Erzeugen des vorhergesagten Weges), den LC-Controller 212 und die Entscheidungs- und Überwachungssteuerung 220 (einschließlich des LC-Lenkcontrollers 132) einschalten. In Schritt 510 kann der LC-Controller 212 Giermomentwerte auf der Basis von Eingaben des gewünschten Weges und des vorhergesagten Weges erzeugen (siehe z. B. 2–3) und der LC-Lenkcontroller 132 kann diese Giermomentwerte verwenden, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs über Befehle an das EPS-System 140 zu steuern und das Fahrzeug zum bestimmten Fahrspurzentrum zu bewegen, wie beispielsweise in Ansprechen auf eine Fahrspurzentrieranforderung (und das Fahrzeug in der Fahrspur zu zentrieren, während es fährt).
In Schritt 512 kann der Prozess 500 feststellen, ob die elektrische Lenkung ausgefallen ist oder nicht. Der Prozessor 320, der die Überwachungsfunktion 136 ausführt, kann beispielsweise den Zustand des EPS-Systems 140 überwachen (z. B. mit der Überwachungsfunktion, die das EPS-System 140 auf einem separaten Verarbeitungs-Thread überwacht). Wenn der Prozess 500 in Schritt 512 feststellt, dass das EPS-System 140 nicht ausgefallen ist, kann der Prozessor 320, der beispielsweise die Überwachungsfunktion 136 ausführt, nicht eingreifen, und der Prozessor 320 kann ermöglichen, dass die Funktion des LC-Lenkcontrollers 132 eingeschaltet bleibt. Wenn der Prozess 500 in Schritt 512 feststellt, dass ein Ausfall des EPS-Systems 140 aufgetreten ist, kann der Prozessor 320, der z. B. die Überwachungsfunktion 136 ausführt, die Verarbeitungssteuerung vom LC-Lenkcontroller 132 auf den LC-Differentialbremscontroller 134 umschalten. Der LC-Differentialbremscontroller 134 kann beispielsweise Befehle zum Differentialbremssystem 150 senden, um das Fahrzeug zu steuern und beispielsweise den gewünschten Weg der Fahrspurzentrierfunktion (z. B. beim Durchführen eines Fahrspurwechsels oder Aufrechterhalten der Zentrierung in einer Fahrspur) aufrechtzuerhalten.
Wenn die Überwachungsfunktion 136 die Steuerung auf die LC-Differentialbremsfunktion umgeschaltet hat, kann der LC-Controller 212 weiterhin Giermomentwerte erzeugen. In einem solchen Beispiel kann der Prozessor 320, der z. B. den LC-Controller 212 ausführt, in Schritt 514 Daten hinsichtlich einer Erzeugung des gewünschten Weges empfangen. In Schritt 516 kann der Prozessor 320, der z. B. den LC-Controller 212 ausführt, Fahrzeugweg-Vorhersageinformationen empfangen. Der Prozessor 320, der z. B. den LC-Controller 212 ausführt, kann in Schritt 518 einen Giermomentwert für die Fahrspursteuerung berechnen. Die in jedem Fall berechneten Giermomentwerte können an den LC-Differentialbremscontroller 134 übergeben werden (z. B. zum Bestimmen der auf die Räder aufzubringenden Differentialkraft). In einem anderen Beispiel (nicht dargestellt) können die Funktionen des LC-Controllers 212 zum Berechnen von Giermomentwerten in den LC-Differentialbremscontroller 134 integriert sein und in einem solchen Beispiel können die Schritte 514, 516 und 518 durch den Prozessor 320 allein durchgeführt werden, der den LC-Differentialbremsprozess 134 ausführt. Andere Verarbeitungskonfigurationen sind auch möglich.
Beim Bestimmen von Giermomenten in Schritt 518 des Prozesses 500 kann der Prozessor 320 einen Giermomentwert (Δτ-Wert) gemäß einer Kostenfunktion berechnen, die den gewünschten Weg und vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert. Eine Beispielkostenfunktion, die verwendet werden kann, ist:
wobei:
y_err gleich dem Querversatzfehler zwischen dem gewünschten und dem vorhergesagten Weg ist (= y_gewünscht – y_vorhergesagt)
φ_err gleich dem Fahrzeugfahrtrichtungswinkelfehler zwischen dem gewünschten und dem vorhergesagten Weg ist (= φ_gewünscht – φ_vorhergesagt) und
Q(x) und R(t) Gewichtungsfaktoren vorsehen können, die beispielsweise durch eine Fahrzeugdynamiksimulation oder Fahrzeugprüfung abgestimmt werden können. Q(x) kann eine Funktion sein, die beschreibt, wie schnell die Bewegung vom tatsächlichen/vorhergesagten Weg zum gewünschten Weg stattfinden sollte. Ein kleiner Q(x)-Wert kann eine langsame oder allmähliche Bewegung zum gewünschten Weg angeben. Ein großer Q(x)-Wert kann einen Wunsch nach einer schnellen Bewegung zum gewünschten Weg angeben. R(t) kann eine Funktion sein, die einen umgekehrten Gewichtungsfaktor für das Giermoment (Δτ) vorsieht, der mit Q(x) ausgleicht. Eine schnelle Bewegung zum gewünschten Weg kann beispielsweise ein großes Giermoment (Δτ) erfordern und daher kann die Gewichtung auf der Basis von R(t) klein sein.
In dieser Gleichung kann J (die Kosten) als Minimum eines Integrals über die Zeitdauer von null (0) bis ΔT (eine Zeitdauer wie z. B. 3 Sekunden, die geändert oder abgestimmt werden kann) gefunden werden. Die Gleichung des Integrals kann die Querversatz- und Fahrtrichtungswinkeldifferenzen (oder Fehler) zwischen dem gewünschten und dem vorhergesagten Weg nehmen und sie durch die Q(x)-Faktoren gewichten wie z. B. (Schnelligkeit hinsichtlich des Ausmaßes der Bewegung vom tatsächlichen/vorhergesagten Weg zum gewünschten Weg). Das Kreuzprodukt der Querversatz- und Fahrtrichtungswinkeldifferenzen kann dann zu einer Variable für den Giermomentwert addiert werden, die in diesem Beispiel durch R(t)-Faktoren gewichtet wird (z. B. um das Giermoment (Δτ) auf die Geschwindigkeit der Bewegung, die zwischen dem tatsächlichen/vorhergesagten Weg und dem gewünschten Weg gewünscht ist, auszugleichen). Die Werte von y_err und φ_err können in der Kostenfunktion aus den Werten von (y_Gewünscht, θ_Gewünscht) und (y_Vorhergesagt, θ_Vorhergesagt) des gewünschten und des vorhergesagten Weges bestimmt werden. Die Gewichtungsfaktoren Q(x) und R(t) können vorbestimmte Werte sein, z. B. durch die Fahrzeugdynamiksimulation oder Fahrzeugprüfung bestimmt. Der Wert von (Δτ), der den niedrigsten Wert von J in der Kostenfunktion ergibt, kann der in Schritt 518 bestimmte Giermomentwert sein.
In Schritt 520 kann der Prozess 500 einen Gesamtbremskraftwert für die Räder unter Verwendung des Giermomentwerts bestimmen. Wie angegeben, kann in einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Gesamtbremskraftwert für das Aufbringen auf die Räder entweder der rechten Seite des Fahrzeugs (F_{gesamt RHS (rechte Seite)}) oder der linken Seite des Fahrzeugs (F_{gesamt LHS (linke Seite)}) berechnet werden.
Der positive oder negative Wert oder das Vorzeichen (+/–) des Giermoments (Δτ) kann anweisen, dass das Fahrzeug, das die ausfallsichere Prozedur ausführt, entweder in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gewendet wird. Wenn das Giermoment (Δτ) null ist, kann das Giermoment bestimmen, dass das Fahrzeug überhaupt nicht gewendet werden kann.
Ein Giermoment (Δτ), das negativ ist, kann beispielsweise angeben, dass das Fahrzeug in einer Richtung im Uhrzeigersinn wenden muss, um die gewünschte Fahrspurzentrierung aufrechtzuerhalten. Um das Fahrzeug in einer Richtung im Uhrzeigersinn (CW) zu wenden, kann es erforderlich sein, eine Differentialbremskraft auf die Räder der rechten Seite aufzubringen, wobei sehr wenig oder keine Bremskraft auf die Räder der linken Seite aufgebracht wird.
Entsprechend kann ein Giermoment (Δτ), das positiv ist, angeben, dass das Fahrzeug in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) wenden muss, um die gewünschte Fahrspurzentrierung aufrechtzuerhalten. Um das Fahrzeug in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu wenden, kann eine Differentialbremskraft auf die Räder der linken Seite aufgebracht werden müssen, wobei sehr wenig oder keine Bremskraft auf die Räder der rechten Seite aufgebracht wird.
Wenn das Giermoment (Δτ) null ist, dann kann keine Bremskraft aufgebracht werden müssen.
Folglich kann in Schritt 520 die Gesamtkraft, die aus dem Giermoment (Δτ) berechnet wird, für die Vorder- und Hinterräder entweder der rechten Seite (für eine CW-Wendebewegung) oder der linken Seite (für eine CCW-Wendebewegung) bestimmt werden. Der Gesamtkraftwert kann dann eine Gesamtkraft darstellen, die einem Vorder- und einem Hinterrad des Fahrzeugs zuzuweisen ist, beispielsweise wenn sich das Vorder- und das Hinterrad entweder auf der rechten Seite oder der linken Seite des Fahrzeugs befindet (ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch in Fahrzeugen mit anderen Radkonfigurationen, wie z. B. Fahrzeugen mit 3 Rädern, Fahrzeugen mit 8 oder 16 Rädern, gesehen werden). In dem Beispiel eines Vierradfahrzeugs kann die Gesamtkraft durch Formeln wie z. B. die folgenden bestimmt werden. Für eine Bewegung im Uhrzeigersinn (CW), z. B. wenn das Giermoment (Δτ) negativ ist, kann die Formel sein: F_{gesamt RHS} = Δτ·2/w, wenn Δτ CW ist (Bremse RHS).
Für eine Bewegung gegen den Uhrzeigersinn (CCW), z. B. wenn das Giermoment (Δτ) positiv ist, kann die Formel sein: F_{gesamt LHS} = Δτ·2/w, wenn Δτ CCW ist (Bremse LHS).
In den obigen Formeln kann der w-Wert eine Konstante (oder ein vorbestimmter Wert) sein, die die Größe des Radstandes des Fahrzeugs darstellt.
In Schritt 522 des Prozesses 500 kann der Prozessor 320 auf der Basis des bestimmten Gesamtkraftwerts für die Räder (die Vorder- und Hinterräder entweder der rechten Seite (für eine CW-Wendung) oder der linken Seite (für eine CCW-Wendung)) als nächstes ein Verteilungsverhältnis α zwischen den gewählten Vorder- und Hinterrädern bestimmen. Ein Verteilungsverhältnis kann bestimmt werden, um Teile des Gesamtkraftwerts zwischen den bestimmten Vorder- und Hinterrädern (beispielsweise auf der Basis eines Lastwerts für das Fahrzeug und eines Werts, der die Querbeschleunigung darstellt) zuzuweisen, wobei das Verhältnis ein Wert zwischen null und eins ist. Die Bestimmung eines Werts für das Verhältnis α in Schritt 522 kann von Faktoren wie z. B. der Beladung (z. B. vertikale Last auf dem Reifen) und der Querbeschleunigung, die auftritt, abhängen. Das Verhältnis α kann durch Formeln wie z. B. die folgenden bestimmt werden. Für eine Bewegung im Uhrzeigersinn (CW), z. B. wenn das Giermoment (Δτ) negativ ist, kann die Formel sein: F_{rechter Vorderreifen} = αΔτ·2/w; F_{rechter Hinterreifen} = (1 – α)Δτ·2/w.
Für eine Bewegung gegen den Uhrzeigersinn (CCW), z. B. wenn das Giermoment (Δτ) positiv ist, kann die Formel sein: F_{linker Vorderreifen} = αΔτ·2/w; F_{linker Hinterreifen} = (1 – α)Δτ·2/w.
In den obigen Formeln kann der w-Wert eine Konstante (oder ein vorbestimmter Wert) sein, die die Größe des Radstandes des Fahrzeugs darstellt. Das Verhältnis α als Verteilungsverhältnis kann auch irgendein Wert zwischen 0 und 1 sein (z. B. 0 < α < 1).
In Schritt 524 kann der Prozess 500 als nächstes feststellen, ob die Bremskräfte, die auf die Reifen aufgebracht werden sollen (z. B. in Kombination mit der Lenkkraft), innerhalb der Reibungsellipsen der Reifen des Fahrzeugs liegen (In diesem Beispiel kann die Lenkkraft in den Reibungsellipsenanalysen enthalten sein, da der Lenkwinkel vor dem Ausfall immer noch eine Querkraft erzeugen kann, die in der Grenze der Reibungsellipsen enthalten sein kann). Eine Reibungsellipse für einen Reifen, auch als Kreis von Kräften, Traktionskreis oder Reibungskreis bekannt, kann eine Angabe der maximalen horizontalen (entlang der Straße) Kraft schaffen, die mit dem speziellen Reifen erzeugt werden kann. Die Größe einer Reibungsellipse für einen Reifen oder die Menge an horizontaler (entlang der Straße) Kraft, die der Reifen erzeugen kann, kann im Allgemeinen durch Aspekte wie z. B. die der Konstruktion des Reifens, die vertikale Last am Reifen, Reifenverschleißbedingung, Reifendruck, Temperatur des Reifens, Straßenzustand usw. beeinflusst werden. Der Prozess 500 kann beispielsweise in den Schritten 524 und 526 feststellen, ob die zugewiesenen Kraftwerte für die Vorder- und Hinterräder (wenn die Kraft auf entweder die rechte oder linke Seite aufgebracht wird) innerhalb der Reibungsellipsen für die Reifen der Vorder- und Hinterräder für die fragliche Seite liegen. Wenn die zugewiesenen Kraftwerte nicht innerhalb der Reibungsellipse liegen (z. B. der dem Rad zugewiesene Kraftwert größer ist als die Kraft, die mit dem Reifen am Rad erzeugt werden kann), kann der Prozess 500 Modifikationen entweder an der Menge an zugewiesener Kraft durchführen (z. B. Umverteilen der gefundenen Gesamtkraft) oder den Gierwert modifizieren (z. B. um eine neue Gesamtkraft zu erzeugen).
In Schritt 524 des Prozesses 500 kann der Prozessor 320, der die Prozesse des LC-Differentialbremscontrollers 134 ausführt, prüfen, um festzustellen, ob die bestimmten Kräfte für die Vorder- und Hinterräder der fraglichen Fahrzeugseite (rechte Seite oder linke Seite) beide außerhalb der Reibungsellipsen der Räder liegen. Wenn in Schritt 524 die bestimmten Kräfte für die Vorder- und Hinterräder beide außerhalb der Reibungsellipsen für die Räder liegen, kann der Prozessor 320 zu Schritt 518 zurückkehren, um das Giermoment neu zu berechnen (z. B. um ein Giermoment mit einem kleineren Wert zu erzeugen), und dann die Schritte 520 und 522 erneut ausführen. Schritt 524 kann beispielsweise das Feststellen, ob die Verteilung des Gesamtkraftwerts für das Vorderrad innerhalb einer Reibungsellipse für einen Reifen des Vorderrades liegt, das Feststellen, ob die Verteilung des Gesamtkraftwerts für das Hinterrad innerhalb einer Reibungsellipse für einen Reifen des Hinterrades liegt, und das Zurückkehren zu Schritt 518, um den Giermomentwert zu modifizieren oder neu zu berechnen, wenn keines der Vorder- und Hinterräder innerhalb seiner Reibungsellipse liegt, umfassen. Das neue Berechnen des Giermomentwerts kann das Bestimmen eines kleineren Werts durch Subtrahieren eines vorbestimmten Ausmaßes umfassen.
Wenn der Prozessor 320 in Schritt 524 feststellt, dass mindestens eine der zugewiesenen Kräfte (für die Vorder- und Hinterräder) innerhalb der Reibungsellipse für das Rad liegt, dann kann der Prozessor 320 zu Schritt 526 weitergehen. Bei der Ankunft in Schritt 526 wurde entweder einem oder beiden Rädern (entweder auf der rechten oder der linken Seite des Fahrzeugs) ein Kraftwert zugewiesen, der innerhalb (oder geringer als) beispielsweise der maximalen Kraft liegt, die durch die Reibungsellipse der Reifen für die fraglichen Räder zulässig ist.
In Schritt 526 kann der Prozessor 320, der die Prozesse des LC-Differentialbremscontrollers 134 ausführt, diesmal prüfen, um festzustellen, ob die bestimmten Kräfte für die Vorder- und Hinterräder beide in den Reibungsellipsen der Räder liegen. Wenn beispielsweise in Schritt 526 sowohl das Vorder- als auch das Hinterrad innerhalb ihrer Reibungsellipsen liegen, dann kann der Prozessor 320 zu Schritt 528 weitergehen (und Befehle durchführen/zum Differentialbremssystem senden). Wenn nur eines der Räder innerhalb seiner jeweiligen Ellipse liegt, dann kann der Prozessor 320 zu Schritt 522 zurückkehren, um das Verteilungsverhältnis der auf die Räder aufgebrachten Gesamtkraft erneut zu bestimmen (beispielsweise Einstellen eines Verhältnisses α um ein vorbestimmtes Ausmaß, das zum Prozentsatz der überschreitenden Kraft des Rades, die außerhalb der Reibungsellipse liegt, proportional ist), und dann Schritt 524 und 526 erneut ausführen. Wenn in Schritt 526 der Prozessor 320 feststellt, dass beide zugewiesenen Kräfte (für die Vorder- und Hinterräder) innerhalb der Reibungsellipsen für die fraglichen Räder liegen, dann kann der Prozessor 320 zu Schritt 528 weitergehen.
In Schritt 528 des Prozesses 500 kann der Prozessor 320 dann die berechneten Kräfte für die Vorder- und Hinterräder (entweder der rechten oder der linken Seite des Fahrzeugs) aufbringen und einen Kurs für das Fahrzeug aufrechterhalten, das dem gewünschten Weg für die Fahrspurwechselfunktion folgt. Wie angegeben, kann das Aufbringen der Bremskraft auf die Vorder- und Hinterräder des Fahrzeugs auf der Basis des Gesamtkraftwerts eine Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn bewirken (z. B. in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Giermoments (Δτ)).
In Schritt 530 des Prozesses 500 kann der Prozessor 320 feststellen, ob der Fahrer die Lenkung des Fahrzeugs steuert. Die Steuerung des Fahrers kann beispielsweise durch die Mensch-Maschine-Schnittstelleneinheit 312 angegeben werden, wie beispielsweise ob der Fahrer einen Befehl zum Übersteuern der Servolenkung liefert (was beispielsweise durch die Überwachungsfunktion 136 registriert und zum LC-Differentialbremscontroller 134 (und LC-Lenkcontroller 132) übermittelt werden kann). Wenn der Fahrer in Schritt 530 die Steuerung der Lenkung für das Fahrzeug nicht hat, kann der Prozess 500 zu Schritt 514 zurückkehren, wobei die Schritte 514 bis 530 wiederholt werden können, um das Halten des Fahrzeugs auf dem gewünschten Weg für die Fahrspurwechselfunktion fortzusetzen.
Wenn der Fahrer in Schritt 530 die Steuerung der Lenkfunktion für das Fahrzeug hat, kann der Prozessor 320 zu Schritt 532 weitergehen, um das Fahrspurzentriersystem 130 stillzusetzen, und in Schritt 534 kann der Prozessor 320 die Differentialbremssteuerfunktion stillsetzen (z. B. und jegliche Funktion des Fahrspurzentriersystems 130 beenden). Der Prozess 500 kann in Schritt 536 enden.
Nun wird auf 6 Bezug genommen, die die Querdynamik einer Fahrzeugposition (eines Fahrzeugs mit Rädern 602, 604) in Bezug auf ein Fahrspurzentrum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 stellt das Fahrspurzentrum 606 dar, dem in einer Fahrspurzentrierfunktion zu folgen ist. Der Wert y 608 kann einen Querversatz zum Fahrspurzentrum beispielsweise beim Bestimmen der Position in Bezug auf einen gewünschten Weg einer Fahrspur vorsehen. φ 610 kann einen Orientierungswinkel der Fahrspur vorsehen. v_x 612 kann einen Wert für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vorsehen. Ein v_y 614 kann die Fahrzeugquergeschwindigkeit vorsehen. Ein r-Wert 616 kann eine Fahrzeuggierrate vorsehen. Ein δ-Wert 618 kann einen Lenkwinkel vorsehen. Ein ρ-Wert 620 (in 6 als 1/ρ gezeigt) kann einen Wert für die Straßenkrümmung vorsehen. Unter Verwendung solcher Werte kann die Querdynamik des Fahrzeugs durch eine Formel beschrieben werden, wie z. B.:
Zusätzlich zu den vorstehend identifizierten Werten y, φ, v_x, v_y, r, δ, ρ kann der Wert a 622 einen Abstand (auf der Basis des Fahrgestells des Fahrzeugs) vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zur Vorderachse des Fahrzeugs vorsehen und b 624 kann einen Abstand vom Schwerpunkt zur Hinterachse des Fahrzeugs vorsehen. Die Werte C_f und C_r können Parameter vorsehen, um die Steifigkeit der Vorderräder bzw. der Hinterräder des Fahrzeugs darzustellen.
Nun wird auf 7A–7B Bezug genommen, die Differentialbremsen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn auf der Basis eines Giermomentwerts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 7A zeigt das Δτ-Giermoment 711, das durch Differentialbremskräfte 712, 713 verursacht wird, die auf das rechte Vorderrad 714 und das rechte Hinterrad 715 des Fahrzeugs 710 aufgebracht werden. Die Kräfte, die das Giermoment Δτ 711 verursachen, können das Fahrzeug 710 in einer Richtung im Uhrzeigersinn (z. B. wenn das Fahrzeug von oben betrachtet wird, wobei in Richtung des Bodens geblickt wird) drehen. 7B zeigt das Δτ-Giermoment 721, das durch Differentialbremskräfte 722, 723 verursacht wird, die auf das rechte Vorderrad 724 und das rechte Hinterrad 725 des Fahrzeugs 720 aufgebracht werden. Die Kräfte, die das Giermoment Δτ 721 verursachen, können das Fahrzeug 720 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (z. B. wenn das Fahrzeug von oben betrachtet wird, wobei in Richtung des Bodens geblickt wird) drehen.
Wenn nicht spezifisch anders angegeben, ist, wie aus den Erörterungen hier ersichtlich, zu erkennen, dass in der ganzen Patentbeschreibung Erörterungen unter Verwendung von Begriffen wie z. B. ”Auswählen”, ”Auswerten”, ”Verarbeiten”, ”Berechnen”, ”Ausrechnen”, Zuordnen”, ”Bestimmen”, ”Bezeichnen”, ”Zuweisen” oder dergleichen sich auf die Handlungen und/oder Prozesse eines Computers, eines Computerprozessors oder eines Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, die Daten, die als physikalische, wie z. B. elektronische, Größen innerhalb der Register und/oder Speicher des Rechensystems dargestellt werden, in andere Daten, die ebenso als physikalische Größen innerhalb der Speicher, Register oder anderer solcher Informationsspeicher-, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen dargestellt werden, bearbeiten und/oder transformieren.
Die hier dargestellten Prozesse und Funktionen stehen nicht grundsätzlich mit irgendeinem speziellen Computer, Netz oder einer anderen Vorrichtung in Beziehung. Hier beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sind nicht mit Bezug auf irgendeine spezielle Programmiersprache, irgendeinen speziellen Maschinencode usw. beschrieben. Es ist zu erkennen, dass eine Vielfalt von Programmiersprachen, Netzsystemen, Protokollen oder Hardwarekonfigurationen verwendet werden kann, um die Lehren der Ausführungsformen der Erfindung zu implementieren, wie hier beschrieben. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Verfahren von Ausführungsformen der Erfindung als Befehle oder Code in einem Gegenstand wie z. B. einer Speichervorrichtung gespeichert sein, wobei solche Befehle bei der Ausführung durch einen Prozessor oder Computer zur Ausführung eines Verfahrens einer Ausführungsform der Erfindung führen.
Eine Computerprogrammanwendung, die in einem nicht temporären Speicher oder computerlesbaren Medium (z. B. Registerspeicher, Prozessor-Cache, RAM, ROM, Festplatte, Flash-Speicher, CD-ROM, magnetische Medien usw.) gespeichert ist, kann einen Code oder ausführbare Befehle umfassen, die, wenn sie ausgeführt werden, einen Controller oder Prozessor anweisen oder veranlassen können, hier erörterte Verfahren durchzuführen, wie z. B. ein Verfahren zum Identifizieren des Schutzniveaus, das Geschäftsprozesse und -anlagen (z. B. IT-Infrastruktur) erfordern, auf der Basis ihrer Geschäftskritizität und ihres Geschäftswerts und Identifizieren der IT-Infrastruktur und Konstruktion, die verwendet werden, um diese Geschäftsprozesse zu implementieren. Der nicht temporäre Speicher und/oder das computerlesbare Medium können nicht temporäre computerlesbare Medien sein, einschließlich aller Formen und Typen von Speicher und aller computerlesbaren Medien abgesehen von einem vorübergehenden sich ausbreitenden Signal.
Obwohl grundlegende neue Merkmale der Erfindung, wie auf verschiedene Ausführungsformen angewendet, gezeigt und beschrieben wurden, können selbstverständlich verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Form, im Detail und im Betrieb der dargestellten Ausführungsformen vom Fachmann auf dem Gebiet durchgeführt werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Substitutionen von Elementen von einer Ausführungsform zur anderen sind auch vollständig beabsichtigt und in Erwägung gezogen. Die Erfindung ist nur im Hinblick auf die hier beigefügten Ansprüche und Äquivalente der Rezitationen darin definiert.
Obwohl bestimmte Merkmale der Erfindung hier dargestellt und beschrieben wurden, können viele Modifikationen, Substitutionen, Änderungen und Äquivalente nun dem Fachmann auf dem Gebiet in den Sinn kommen. Daher sollen die beigefügten Ansprüche selbstverständlich alle derartigen Modifikationen und Änderungen, die in den wahren Gedanken der Erfindung fallen, abdecken.

Claims

Verfahren zur ausfallsicheren Funktion eines Fahrspurzentriersystems, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden eines Computerprozessors, Überwachen eines elektrischen Servolenksystems eines Fahrzeugs auf einen Ausfall; und Umschalten des Betriebs des Fahrspurzentriersystems auf einen Differentialbremscontroller, um Differentialbremsbefehle an ein Differentialbremssystem auszugeben, beim Feststellen, dass ein Ausfall des elektrischen Servolenksystems aufgetreten ist, wobei die ausgegebenen Bremsbefehle das Differentialbremssystem anweisen, eine Kraft auf eine Bremse für ein Rad des Fahrzeugs aufzubringen, so dass durch die aufgebrachte Bremskraft das Fahrzeug einem für einen Fahrspurzentriervorgang bestimmten gewünschten Weg folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Bestimmen eines Differentialbremsbefehls durch Bestimmen eines Giermoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Giermoment gemäß einer Kostenfunktion bestimmt wird, die die Differenz zwischen dem gewünschten Weg und einem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs minimiert.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Giermoment der Wert für (Δτ) ist, der beim Minimieren des Querversatzfehlers (y_err) und des Fahrtrichtungswinkelfehlers (φ_err) in der Kostenfunktion gefunden wird:
wobei y_err gleich einer Differenz zwischen einem Wert von y_gewünscht und y_vorhergesagt ist, φ_err gleich einer Differenz zwischen einem Wert von φ_gewünscht und φ_vorhergesagt ist, und Q(x) und R(t) jeweils mindestens einen Gewichtungsfaktor umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, das das Bestimmen eines Gesamtkraftwerts auf der Basis des Giermoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Gesamtkraftwert eine einem Vorder- und einem Hinterrad des Fahrzeugs zuzuweisende Gesamtkraft darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Gesamtkraftwert dem Vorder- und dem Hinterrad entweder der rechten Seite oder der linken Seite gemäß dem Vorzeichen des Giermoments zugewiesen wird.
System für die ausfallsichere Funktion eines Fahrspurzentriersystems, wobei das System für die ausfallsichere Funktion umfasst: einen Differentialbremscontroller, der mit einem Differentialbremssystem gekoppelt ist; und ein Überwachungselement, das mit dem Differentialbremscontroller und einem Fahrspurzentriersystem gekoppelt ist, wobei das Überwachungselement dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Servolenksystem eines Fahrzeugs auf einen Ausfall zu überwachen und beim Feststellen, dass ein Ausfall aufgetreten ist, einen Ausgang des Fahrspurzentriersystems auf einen Ausgang des Differentialbremscontrollers umzuschalten, wobei der Ausgang des Differentialbremscontrollers einen Bremsbefehl zum Differentialbremssystem für ein Aufbringen einer Bremskraft auf ein Rad des Fahrzeugs liefert, wobei durch die aufgebrachte Bremskraft das Fahrzeug einem für einen Fahrspurzentriervorgang bestimmten gewünschten Weg folgt.
System nach Anspruch 8, das umfasst: eine Einheit zum Abschätzen des gewünschten Weges, um Daten für einen gewünschten Weg des Fahrzeugs zu liefern; ein Einheit zum Abschätzen des vorhergesagten Weges, um Daten für einen vorhergesagten Weg des Fahrzeugs zu liefern; und eine Giermoment-Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Giermoments auf der Basis der Daten für den gewünschten Weg und der Daten für den vorhergesagten Weg.
Nicht temporäres computerlesbares Medium, auf dem Befehle gespeichert sind, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor das Verfahren durchführt zum: Überwachen eines elektrischen Servolenksystems eines Fahrzeugs auf einen Ausfall; und beim Feststellen, dass ein Ausfall des elektrischen Servolenksystems aufgetreten ist, Umschalten des Betriebs des Fahrspurzentriersystems auf einen Differentialbremscontroller, um Differentialbremsbefehle an ein Differentialbremssystem auszugeben, wobei die ausgegebenen Bremsbefehle das Differentialbremssystem anweisen, eine Kraft auf eine Bremse für ein Rad des Fahrzeugs aufzubringen, so dass durch die aufgebrachte Bremskraft das Fahrzeug einem für einen Fahrspurzentriervorgang bestimmten gewünschten Weg folgt.