DE102012212301B4

DE102012212301B4 - Verfahren zur verbesserten Fahrzeugsteuerung

Info

Publication number: DE102012212301B4
Application number: DE102012212301.6A
Authority: DE
Inventors: Nikolai K. Moshchuk; Shih-Ken Chen; Jin-woo Lee; Chad T. Zagorski; Aamrapali Chatterjee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: US8775006B2; DE102012212301A1; CN102874250A; CN102874250B; US20130218396A1

Abstract

Verfahren zur verbesserten Fahrzeugsteuerung im Rahmen einer Kollisionsvermeidung, das umfasst:(i) in einem Fahrzeug (10) Bestimmen eines gewünschten Weges (220) um ein Objekt (202) auf der Basis eines Orts des Objekts (202) relativ zum Fahrzeug (10), der relativen Geschwindigkeit, von Straßenparametern und einem oder mehreren Fahrzeugparametern;gekennzeichnet durch:(ii) Berechnen von einem oder mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerten, die eine vorhergesagte Abweichung vom gewünschten Weg (220) minimieren;(iii) Feststellen, ob der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte verursachen würden, dass das Fahrzeug (10) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet;(iv) wenn der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte verursachen würden, dass das Fahrzeug (10) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet, Verändern des einen oder der mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte auf einen oder mehrere Fahrzeugsteuerparameterwerte, die nicht verursachen, dass das Fahrzeug (10) die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet; und(v) Ausgeben des einen oder der mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte an eine automatische Steuervorrichtung des Fahrzeugs (10);wobei die Schritte (i) bis (v) bei einem vollständigen Ausweichmanöver wiederholt durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Fahrzeugsteuerung im Rahmen einer Kollisionsvermeidung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bekannte Verfahren wie z. B. jene, die in der US-Patentanmeldung US 2010 / 0 228 420 A1 mit dem Titel „Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/ Changing Control Systems“, offenbart sind, offenbaren ein System und ein Verfahren zum Schaffen einer Lenksteuerung für Fahrspurwechsel- oder Fahrspurzentrierzwecke in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeugsystem.
Viele Fahrzeuge sind mit Systemen und Vorrichtungen ausgestattet, um ein Fahrzeug halbautonom oder autonom zu steuern, um eine Kollision zu vermeiden oder die Schwere einer Kollision zu mildern. Typische Kollisionsvermeidungssteuersysteme können beispielsweise eine Warnung für den Fahrer vorsehen, wenn eine Kollisionsgefahr existiert, sicherstellen, dass das Fahrzeug während eines Ausweichfahrmanövers stabil bleibt, Differentialbremsen anwenden und/oder andere Funktionen durchführen.
Ferner ist aus der EP 1 926 646 B1 ein gattungsgemäßes Verfahren zum Durchführen eines Ausweichmanövers bekannt geworden, im Rahmen dessen ein Ausweichbahn als Sigmoide berechnet wird, in Abhängigkeit derer dann das Lenksteuersystem des Fahrzeugs gesteuert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung anzugeben, mit dem zuverlässig sicher gestellt werden kann, dass das Fahrzeug während eines Ausweichmanövers stabil bleibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Figurenliste
Die Erfindung kann am besten mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit einem Kollisionsvermeidungssteuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein schematisches Diagramm eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein schematisches Diagramm eines Kollisionsvermeidungssteuersystems unter Verwendung einer Lenksteuerung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Ablaufplan des Betriebs eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Graph der Fahrzeugquerposition als Funktion der Längsposition während einer Kollisionsvermeidungssteueroperation gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Graph der Fahrzeugquerposition als Funktion der Längsposition während einer Offline-Abstimmung eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Graph des Gierwinkels als Funktion der Zeit während der Offline-Abstimmung eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
8 ein Graph der Fahrzeugquerposition als Funktion der Längsposition während einer Offline-Abstimmung eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Graph des Gierwinkels als Funktion der Zeit während der Offline-Abstimmung eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
10 ein Graph des Lenkwinkels als Funktion der Zeit während eines Tests eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
11 ein Graph der Querbeschleunigung als Funktion der Zeit während eines Tests eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine graphische Darstellung einer Reifenreibungseinschränkung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; und
13 eine graphische Darstellung eines Fahrzeugreferenzrahmens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist.

Es ist zu erkennen, dass der Einfachheit und Deutlichkeit der Darstellung halber in den Figuren gezeigte 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 ferner Bezugszeichen unter den Figuren wiederholt sein, um entsprechende oder analoge Elemente anzugeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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.
Wenn nicht spezifisch anders angegeben, wie aus den folgenden Erörterungen ersichtlich, ist zu erkennen, dass in der ganzen Patentbeschreibung Erörterungen unter Verwendung von Begriffen wie z. B. „Verarbeiten“, „Berechnen“, „Speichern“, „Bestimmen“, „Auswerten“, „Ausrechnen“, Messen“, „Schaffen“, „Übertragen“ oder dergleichen sich auf die Handlung und/oder Prozesse eines Computers oder 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 des Rechensystems dargestellt werden, bearbeitet und/oder transformiert.
Ein Kollisionsvermeidungssteuersystem kann ein halbautonomes Fahrsystem sein, das die Eingabe in beispielsweise automatische Lenk-, Differentialbrems-, automatische Brems- und/oder andere Systeme steuert. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise den relativen Ort von Objekten (z. B. eines Fahrzeugs, Hindernisses auf der Straße) in Bezug auf das Fahrzeug, z. B. relativ zum Fahrzeug (wobei relativ zum Fahrzeug in einigen Ausführungsformen relativ zu einem spezifischen Punkt innerhalb des Fahrzeugs, relativ zu einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS) innerhalb des Fahrzeugs, relativ zum Zentrum des Fahrzeugs usw. bedeuten kann) messen. Wenn der relative Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt innerhalb eines vordefinierten Abstandes liegt und die relative Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf das Objekt oder eine andere Referenz innerhalb eines vordefinierten Werts und/oder Bereichs liegt, kann ein Kollisionsvermeidungssteuersystem feststellen, dass das Objekt eine Kollisionsgefahr für das Fahrzeug darstellt. In Ansprechen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem ein Signal an den Fahrer (z. B. eine hörbare Warnung) ausgeben, einen Befehl an ein Bremssystem ausgeben, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, einen Lenkwinkelbefehl an ein automatisches Lenksteuersystem ausgeben oder andere Handlungen durchführen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann, wenn ein Objekt, das eine Kollisionsgefahr darstellt, detektiert wird, das Kollisionsvermeidungssteuersystem zuerst ein Signal an den Fahrer ausgeben. Wenn der Fahrer die Kollisionsgefahr nicht mildert, kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem das Fahrzeug steuern, um die Kollision zu vermeiden oder die Schwere der Kollision zu mildern. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann Steuerbefehle an ein automatisches Bremssystem, ein automatisches Lenksteuersystem oder ein anderes System ausgeben. Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise zu nahe an dem Objekt befindet, um das Objekt zu umfahren, kann automatisches Bremsen verwendet werden, um den Aufprall zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt zu mildern. In einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem für einige Situationen feststellen, dass das Fahrzeug die Kollision durch Umfahren des Objekts vermeiden könnte.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem einen gewünschten Weg um das Objekt berechnen. Um das Fahrzeug auf dem gewünschten Weg zu führen, können Lenkwinkel-, Lenkdrehmomentsteuer- oder andere Befehle an ein automatisches Lenksteuersystem ausgegeben werden. Die Lenkwinkelbefehle oder anderen Befehle können beispielsweise unter Verwendung eines Vorhersagesteuersystems auf Modellbasis (MPC-Systems) auf der Basis eines einspurigen linearen Fahrradmodells oder eines anderen Fahrzeugdynamikmodells berechnet werden. Bekannte Verfahren wie z. B. jene, die in der US-Patentanmeldung US 2010 / 0 228 420 A1 mit dem Titel „Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/Changing Control Systems“, offenbart sind, offenbaren ein System und ein Verfahren zum Schaffen einer Lenksteuerung für Fahrspurwechsel- oder Fahrspurzentrierzwecke in einem autonomen oder halbautonomen Fahrzeugsystem.
Das Vorhersagesteuersystem auf Modellbasis (MPC-System) kann ein Modell sein, das die Fahrzeugbewegung in Bezug auf eine Fahrspur, Straße oder ein anderes Merkmal, auf dem das Fahrzeug fährt, beschreibt.
Unter Verwendung beispielsweise der MPC oder einer anderen Technik kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem Aktuatorbefehle zum Fahren des Fahrzeugs so, dass es einem gewünschten Weg um das Objekt folgt, bestimmen oder berechnen. Der gewünschte Weg um das Objekt kann beispielsweise einer glatten Kurve folgen oder auf dieser liegen (z. B. einer Kurve zweiter Ordnung und/oder einer Parabelkurve). Der gewünschte Weg kann auf der Basis der Krümmung der Straße, anderer Objekte auf der Straße, der Abmessungen der Straße (z. B. Fahrspurbreiten, Seitenstreifenorte, Straßenbreite usw.) und/oder anderer Faktoren berechnet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem einen oder mehrere Fahrzeuglenkwinkelbefehle, Lenkdrehmomentbefehle oder andere Befehle bestimmen, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Weg zu führen. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise Lenkwinkelbefehle, Lenkdrehmomentbefehle oder andere Befehle an ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System), aktives Vorderachslenksystem (AFS-System), automatisches Lenksteuersystem oder anderes System ausgeben, um das Fahrzeug auf dem Weg zu führen.
Die Lenkwinkelbefehle können beispielsweise unter Verwendung einer MPC-Methode mit dem Ziel des Minimierens der Abweichung vom bestimmten Weg berechnet werden. Die MPC kann beispielsweise eine Kostenfunktion verwenden, um Lenkwinkelbefehle zu berechnen. Die Kostenfunktion kann beispielsweise eine Integral- oder Summierungsgleichung sein, deren Lösung angibt, wie viel der vorhergesagte Weg eines Fahrzeugs über eine vorbestimmte Zeitdauer vom gewünschten Weg des Fahrzeugs abweicht. Wie viel der vorhergesagte Weg des Fahrzeugs vom gewünschten Weg abweicht, kann unter Verwendung der Kostenfunktion hinsichtlich des Fahrtrichtungswinkelfehlers und von Querversatzfehlern zwischen dem gewünschten Weg und dem vorhergesagten Weg des Fahrzeugs berechnet werden. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise Lenkwinkelbefehlswerte berechnen, die die Kostenfunktion minimieren, und dadurch die Fahrzeugquerpositions- und Fahrtrichtungswinkelfehler zwischen dem bestimmten oder gewünschten Fahrzeugweg und einem vorhergesagten Fahrzeugweg kompensieren.
Die Befehlslenkwinkel- oder Fahrzeugsteuerparameterwerte (oder das vorhergesagte Fahrzeugverhalten, wenn es den Steuerparameterwerten folgt) können in einigen Ausführungsformen mit einer oder mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen oder -parametern verglichen werden, um sicherzustellen, dass die Fahrzeugsteuerparameterwerte nicht verursachen, dass das Fahrzeug instabil wird. Das Fahrzeug kann beispielsweise instabil werden, wenn die Reifen die Reibung verlieren (z. B. zu rutschen beginnen), die Querbeschleunigung einen Schwellenwert überschreitet oder andere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschritten werden. Um Fahrzeugstabilität sicherzustellen, kann festgestellt werden, ob die Fahrzeugsteuerparameterwerte (z. B. Lenkwinkelbefehl) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreiten (oder ob die Steuerparameterwerte dazu führen würden, dass das Fahrzeug Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet. Wenn der (die) Fahrzeugsteuerparameterwert(e) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet (überschreiten) (oder wenn die Steuerparameterwerte dazu führen würden, dass das Fahrzeug Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet), kann (können) der (die) Fahrzeugsteuerparameterwert(e) auf einen oder mehrere Steuerparameterwerte verringert oder verändert werden, die die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen nicht überschreiten. Wenn jedoch der (die) Fahrzeugsteuerparameterwert(e) ein oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen nicht überschreitet (überschreiten), können die Fahrzeugsteuerparameterwerte nicht verändert, geändert oder verringert werden. Obwohl typischerweise, wenn die Parameter verändert werden, sie verringert werden, um beispielsweise die Kräfte zu verringern, die auf das Fahrzeug wirken, um die Stabilität zu verbessern, kann das Verändern von Parametern nicht das Verringern der Parameter erfordern.
Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise den einen oder die mehreren Befehlslenkwinkel mit Rutschwinkeleinschränkungen vergleichen, um festzustellen, ob der Befehlslenkwinkel, wenn er an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben wird, verursacht, dass das Fahrzeug instabil wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen können Vorder- und Hinterreifenrutschwinkel auf der Basis eines Befehlslenkwinkels berechnet werden. Die berechneten Vorder- und Hinterreifenrutschwinkel können in Verbindung mit der Quersteifigkeit verwendet werden, um Vorder- und Hinterreifenlenkkrafteinschränkungen zu berechnen. Eine Schwellenreifenreibungskrafteinschränkung für die Vorder- und Hinterräder kann auch als Produkt eines dynamischen Reifenreibungskoeffizienten und der maximalen Normalkraft berechnet werden. Der Lenkwinkelbefehl kann in einigen Ausführungsformen mit Vorder- und Hinterreifen-Lenkkrafteinschränkungen und Schwellenreifenreibungskrafteinschränkungen verglichen werden. Wenn festgestellt wird, dass das vorhergesagte Fahrzeugverhalten mit dem Befehlslenkwinkel den Reifenreibungskraftschwellenwert und die Lenkaktuatoreinschränkung überschreitet, kann das Fahrzeug instabil werden oder kann eine Kollision nicht vermeiden können. Der Befehlslenkwinkel kann daher verändert oder verringert werden. Wenn jedoch festgestellt wird, dass das vorhergesagte Fahrzeugverhalten mit dem Befehlslenkwinkel den Reifenreibungskraftschwellenwert und die Lenkaktuatoreinschränkung nicht überschreitet, kann der Befehlslenkwinkel an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben werden.
Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise den einen oder die mehreren Befehlslenkwinkel mit Querbeschleunigungseinschränkungen vergleichen, um festzustellen, ob der Befehlslenkwinkel, wenn er an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben wird, verursacht, dass das Fahrzeug instabil wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Befehlslenkwinkel verwendet werden, um eine Fahrzeugquerbeschleunigung zu berechnen oder vorherzusagen. Die berechnete oder vorhergesagte Fahrzeugquerbeschleunigung auf der Basis des Befehlslenkwinkels kann mit einer Schwellen- oder maximalen Querbeschleunigung verglichen werden. Wenn die berechnete Querbeschleunigung die Schwellenquerbeschleunigung überschreitet, kann der Befehlslenkwinkel beispielsweise verändert oder verringert werden. Der Befehlslenkwinkel kann auf einen Wert verringert werden, so dass die unter Verwendung des verringerten Befehlslenkwinkels berechnete oder vorhergesagte Querbeschleunigung gleich der Schwellenquerbeschleunigung ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen können, wenn einer oder mehrere Befehlslenkwinkel die Rutschwinkeleinschränkung, Querbeschleunigungseinschränkung, Lenkaktuatoreinschränkung und/oder andere Einschränkungen erfüllen, der eine oder die mehreren Befehlslenkwinkel an ein automatisches Lenksteuersystem ausgegeben werden, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Weg zu führen.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit einem Kollisionsvermeidungssteuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Fahrzeug 10 (z. B. ein Auto, Lastwagen oder ein anderes Fahrzeug) kann ein Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 umfassen. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 kann in Verbindung mit oder separat von einem oder mehreren automatischen Fahrzeugsteuersystemen, autonomen Fahranwendungen oder automatischen Fahrzeuglenksteuersystemen 90 arbeiten. Das automatische Fahrzeuglenksteuersystem 90 kann beispielsweise eine adaptive Fahrspurzentrierung, eine Fahrspurzentrierung bei niedriger Geschwindigkeit, ein Fahrspurhalteassistent oder eine andere Anwendung sein oder umfassen. Ein oder mehrere automatische Fahrzeuglenksteuersystem(e) 90 kann (können) (eine) Komponente(n) des Systems 100 sein oder (ein) automatische(s) Fahrzeuglenksteuersystem(e) 90 (kann) können vom System 100 separat sein. Das automatische Fahrzeuglenksteuersystem 90 kann, wenn es eingeschaltet ist, vollständig oder teilweise die Lenkung des Fahrzeugs steuern und eine Lenksteuereingabe des Fahrers (z. B. des Fahrers des Fahrzeugs) über das Lenkrad 82 und/oder Lenksteuersystem, das ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System) und/oder andere Komponenten umfassen kann, verändern oder verringern.
Ein oder mehrere Sensor(en) können am Fahrzeug 10 befestigt oder diesem zugeordnet sein. Ein Computersichtsensor (z. B. eine Kamera) 24, ein LIDAR-Sensor 20 (z. B. Laserradarsensor (LADAR-Sensor)), ein Radarsensor 22 oder eine andere Fernerfassungsvorrichtung kann Daten erhalten, die ermöglichen, dass das System 100 den relativen Ort des Fahrzeugs in Bezug auf Straßenmerkmale, beispielsweise andere Fahrzeuge, (eine) Fahrspurmarkierung(en), (einen) Straßenseitenstreifen, (eine) Mittelleitplanke(n), den Rand der Straße und andere Objekte oder Merkmale bestimmt oder misst. Die Kamera 24 kann beispielsweise den Abstand und/oder die relative Orientierung zu Objekten, anderen Fahrzeugen (z. B. Fahrzeugen vor dem Fahrzeug 10, die eine Kollisionsgefahr darstellen können), einen Fahrspurversatz, Fahrtrichtungswinkel, die Fahrspurkrümmung messen und die Informationen zum System 90 liefern. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 kann die Lenkung des Fahrzeugs 10 steuern, um einem Objekt (z. B. einem Fahrzeug) vor, in der Nähe oder anderweitig nahe dem Fahrzeug 10 auszuweichen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Fahrzeug 10 eine oder mehrere Vorrichtungen oder Sensoren umfassen, um Fahrzeuglenkmesswerte, Fahrzeuglenkbedingungen, Fahrzeuglenkparameter, die Fahrzeugdynamik, eine Fahrereingabe oder andere auf das Fahrzeug bezogene Bedingungen oder Messwerte zu messen. Die Fahrzeugdynamikmessvorrichtung(en) kann (können) einen oder mehrere Lenkwinkelsensor(en) 70 (z. B. mit dem Lenkrad 82 und/oder einer anderen Komponente des Lenksteuersystems verbunden) umfassen. Die Fahrzeugdynamikmessvorrichtung(en) kann (können) auch einen oder mehrere Beschleunigungsmesser 72, Geschwindigkeitsmesser 74, (einen) Raddrehzahlsensor(en) 76, (eine) Trägheitsmesseinheit(en) (IMU) 78, (einen) Gangschaltpositionssensor(en) 84, einen Fahrpedalpositionssensor 86, einen Bremspedalpositionssensor 88 oder andere Vorrichtungen umfassen. Die Fahrzeugdynamikmessvorrichtung(en) kann (können) Fahrereingabe- oder Fahrzeugdynamikparameter messen, einschließlich des Lenkwinkels, des Lenkdrehmoments, der Lenkrichtung, der Querbeschleunigung (d. h. Winkel- oder Zentripetalbeschleunigung), der Längsbeschleunigung, der Gierrate, der Quer- und Längsgeschwindigkeit, der Drehzahl, der Raddrehung und anderer Fahrzeugdynamikeigenschaften des Fahrzeugs 10. Die gemessene Fahrzeugdynamik, Fahrzeugbedingungen, Lenkmesswerte, Lenkbedingungen oder Fahrereingabeinformationen können beispielsweise über eine Drahtverbindung (z. B. einen Controllerbereichsnetzbus (CAN-Bus), Flexray, Ethernet) 40 oder eine drahtlose Verbindung zum System 100 übertragen werden. Die gemessenen Fahrzeugparameter, Fahrzeugbedingungen, Lenkmesswerte, Lenkbedingungen oder Fahrereingabeinformationsdaten können vom System 100 oder einem anderen System verwendet werden, um den Lenkwinkel, das Lenkdrehmoment und andere Berechnungen zu berechnen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 eine Rechenvorrichtung sein oder umfassen, die am Armaturenbrett des Fahrzeugs, im Fahrgastraum 50 oder im Kofferraum 60 angebracht ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 in einem anderen Teil des Fahrzeugs angeordnet sein, kann in mehreren Teilen des Fahrzeugs angeordnet sein oder alles oder ein Teil seiner Funktionalität kann entfernt angeordnet sein (z. B. in einem entfernten Server oder in einer tragbaren Rechenvorrichtung wie z. B. einem Mobiltelefon).
Obwohl verschiedene Sensoren und Eingaben erörtert werden, kann in bestimmten Ausführungsformen nur eine Teilmenge von (z. B. ein) Typ von Sensor oder Eingabe verwendet werden.
2 ist ein schematisches Diagramm eines Kollisionsvermeidungssteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 kann einen oder mehrere Prozessor(en) oder Controller 110, einen Speicher 120, einen Langzeitspeicher 130, (eine) Eingabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 140 und Ausgabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 150 umfassen. Die Eingabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 140 kann (können) beispielsweise ein Berührungsbildschirm, eine Tastatur, ein Mikrophon, eine Zeigevorrichtung oder eine andere Vorrichtung sein. Die Ausgabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 150 kann (können) beispielsweise eine Anzeige, ein Bildschirm, eine Audiovorrichtung wie z. B. ein Lautsprecher oder Kopfhörer oder eine andere Vorrichtung sein. Die Eingabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 140 und Ausgabevorrichtung(en) oder -bereich(e) 150 können beispielsweise in eine Berührungsbildschirmanzeige und -eingabe kombiniert sein, die ein Teil des Systems 100 sein kann.
Das System 100 kann eine oder mehrere Datenbanken 170 umfassen, die beispielsweise Steuerhorizontzeiten, Abtastzeiten, Abtastraten, Reibungskraftschwellenwerte, die Quersteifigkeit, Oberflächenreibungskoeffizienten, Fahrzeugparameterwerte (z. B. Fahrzeugmasse (oder Masse, wenn es ohne Insassen ist usw.), den Längsabstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs zu den Vorder- und Hinterachsen) und andere Informationen enthalten können. Die Datenbanken 170 können ganz oder teilweise in einem oder beiden des Speichers 120, des Langzeitspeichers 130 oder einer anderen Vorrichtung gespeichert sein.
Der Prozessor oder Controller 110 kann beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), ein Chip oder irgendeine geeignete Rechen- oder Berechnungsvorrichtung sein. Der Prozessor oder Controller 110 kann mehrere Prozessoren umfassen und kann Universalprozessoren und/oder zweckgebundene Prozessoren wie z. B. Graphikverarbeitungschips umfassen. Der Prozessor 110 kann einen Code oder Befehle ausführen, die beispielsweise im Speicher 120 oder Langzeitspeicher 130 gespeichert sind, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Der Speicher 120 kann beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein dynamischer RAM (DRAM), ein synchroner DRAM (SD-RAM), ein Speicherchip mit doppelter Datenrate (DDR), ein Flash-Speicher, ein flüchtiger Speicher, ein nichtflüchtiger Speicher, ein Cache-Speicher, ein Puffer, eine Kurzzeitspeichereinheit, eine Langzeitspeichereinheit oder andere geeignete Speichereinheiten oder Ablageeinheiten sein oder diese umfassen. Der Speicher 120 kann mehrere Speichereinheiten sein oder umfassen.
Der Langzeitspeicher 130 kann beispielsweise ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk, ein Kompaktdisklaufwerk (CD-Laufwerk), ein Laufwerk für eine aufzeichnungsfähige CD (CD-R-Laufwerk), eine Vorrichtung eines universellen seriellen Busses (USB) oder eine andere geeignete entnehmbare und/oder feste Speichereinheit sein oder umfassen und kann mehrere oder eine Kombination solcher Einheiten umfassen.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Kollisionsvermeidungssteuersystems unter Verwendung einer Lenksteuerung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 kann passiv sein oder im Hintergrund während des normalen Fahrzeugbetriebs arbeiten. Das System 100 kann aktiv werden, wenn beispielsweise Fahrzeugsensordaten eine Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Kollision, eine Kollisionsgefahr angeben, oder zu anderen Zeiten. Ein Fahrzeug 10 kann sich beispielsweise einem Objekt 202 auf der Straße nähern oder dieses antreffen (z. B. ein Fahrzeug, ein stationäres Objekt oder ein anderes Hindernis). Wenn sich das Fahrzeug innerhalb eines vordefinierten Abstandes zum Objekt 202, das eine Kollisionsgefahr darstellt, innerhalb eines vordefinierten Geschwindigkeitsbereichs und/oder innerhalb eines vordefinierten Beschleunigungsbereichs befindet, kann das System 100 oder andere dem Fahrzeug 10 zugeordnete Systeme beispielsweise eine Vorkollisionsvorbereitung und/oder Warnungen für den Fahrer des Fahrzeugs 10 vorsehen. Die Warnungen für den Fahrer des Fahrzeugs 10 können ein Signal, beispielsweise eine hörbare Warnung, ein Warnlicht oder eine andere Form von Warnung sein. Wenn der Fahrer die Kollisionsgefahr nicht mildert, kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 das Fahrzeug beispielsweise durch eine automatische Lenksteuerung, automatisches Bremsen oder andere Steuerungen oder Manöver steuern, um dem Hindernis 202 auszuweichen oder den Aufprall zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Objekt 202 zu mildern. Das automatische Bremsen kann beispielsweise übliches oder typisches Bremsen (z. B. Anwenden beider Vorderradbremsen, beider Hinterradbremsen oder aller Bremsen gleichzeitig), Differentialbremsen (z. B. Anwenden der Bremsen an jedem Rad unabhängig von anderen Radbremsen) und/oder ein anderes Bremssystem oder -verfahren umfassen. Das übliche Bremsen kann beispielsweise verwendet werden, um das Fahrzeug in einer Längsrichtung zu steuern. Das Differentialbremsen kann beispielsweise verwendet werden, um das Fahrzeug in der Längs-, Quer- und anderen Richtungen zu steuern.
Welches Ausweichmanöver oder Betätigungssystem (z. B. automatisches Lenken, Differentialbremsen, automatisches Bremsen oder ein anderes System) das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 verwendet, kann beispielsweise auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, dem relativen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt 202, anderen Objekten auf der Straße, den Abmessungen der Straße, der Krümmung der Straße und anderen Faktoren basieren. Wenn sich das Fahrzeug 10 beispielsweise innerhalb eines vordefinierten Lenkmanöverschwellenabstandes 210 befindet, kann es nicht möglich sein, dass das Fahrzeug 10 das Hindernis 202 umfährt, und es kann vorteilhafter sein, automatisches Bremsen anzuwenden, um die Aufprallgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Objekt 202 zu verringern.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 feststellen, dass das Fahrzeug 10 eine Kollision mit dem Objekt 202 durch Manövrieren um das Objekt vermeiden kann. Das System 100 kann daher einen gewünschten Weg 220 um das Objekt berechnen. Um das Fahrzeug auf dem gewünschten Weg 220 zu führen, können Lenkwinkel-, Lenkdrehmomentsteuer- oder andere Befehle an ein automatisches Lenksteuersystem ausgegeben werden. Der gewünschte Weg um das Objekt und die Lenkwinkelbefehle oder anderen Befehle können unter Verwendung eines Vorhersagesteuersystems auf Modellbasis (MPC-Systems) auf der Basis eines einspurigen linearen Fahrradmodells oder eines anderen Fahrzeugdynamikmodells berechnet werden. Die unter Verwendung der MPC berechneten Lenkwinkelbefehle können in einigen Ausführungsformen durch Fahrzeugstabilitätseinschränkungen eingeschränkt oder damit verglichen werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug während des Lenkmanövers stabil ist.
Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann einen gewünschten Weg 220 um das Objekt bestimmen oder berechnen. Der gewünschte Weg 220 um das Objekt kann beispielsweise einer glatten Kurve (z. B. einer Kurve zweiter Ordnung und/oder einer Parabelkurve) folgen oder auf dieser liegen. Der gewünschte Weg kann auf der Basis eines Orts wie z. B. eines gemessenen oder bestimmten relativen Orts des Objekts (oder absoluter Ort), von Straßenparametern (z. B. der Krümmung der Straße, von anderen Objekten auf der Straße, der Abmessungen der Straße, Fahrspurbreiten, Seitenstreifenorte, der Straßenbreite usw.), von einem oder mehreren Fahrzeugparametern und/oder anderen Faktoren berechnet werden. Andere Wegberechnungs- oder Wegbestimmungsverfahren können verwendet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 unter Verwendung der MPC einen oder mehrere Fahrzeuglenkwinkelbefehle, Lenkdrehmomentbefehle oder andere Steuerparameterwerte bestimmen, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Weg 220 zu führen. Der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte können berechnet werden, um eine vorhergesagte Abweichung vom gewünschten Fahrzeugweg zu minimeren. Das Kollisionsvermeidungssteuersystem kann beispielsweise Lenkwinkelbefehle, Lenkdrehmomentbefehle oder Steuerparameterwerte an eine elektrische Servolenkung (EPS), aktive Vorderachslenkung (AFS), aktive Hinterachslenkung (ARS) oder eine andere automatische Fahrzeugsteuervorrichtung ausgeben, um das Fahrzeug auf dem Weg zu führen.
Die Lenkwinkelbefehle können beispielsweise unter Verwendung einer MPC-Methode mit dem Ziel des Minimierens der Abweichung vom gewünschten Weg berechnet werden. Die MPC kann beispielsweise einen oder mehrere Lenkwinkelbefehle durch Bestimmen von einem oder mehreren Lenkwinkelbefehlswerten, u_x, die eine Kostenfunktion minimieren, wie beispielsweise: $J = \int_{0}^{Δ Τ} {{[\begin{matrix} y & φ \end{matrix}]}_{e r r} \cdot Q (x) \cdot {[\begin{matrix} y \\ φ \end{matrix}]}_{e r r} + u_{x} \cdot R (t) \cdot u_{x}} d t$
berechnen. In der Kostenfunktion können die Kosten, J, angeben, wie viel vorhergesagt wird, dass das Fahrzeug 10 vom gewünschten Weg über die Zeitdauer von null (0) bis zum Zeitpunkt ΔT (z. B. eine Zeitdauer wie z. B. 1 Sekunde oder eine andere Zeitdauer) abweicht. Die Zeitdauer von null bis ΔT kann der MPC-Steuerhorizont sein. Die Kosten, J, können auf der Basis von Fahrzeugparametern, Straßenmerkmalen (z. B. Fahrspurkrümmung) und anderen Parametern berechnet werden. Die Fahrzeugparameter können beispielsweise Fahrzeugdynamikparameter, den Fahrzeugquerversatz, den Fahrzeugfahrtrichtungswinkel, die Fahrzeugquergeschwindigkeit, die Fahrzeuggierrate, den Laufradwinkel, den Längsabstand (die Längsabstände) vom Fahrzeugschwerpunkt (CG) zu den Vorder- und Hinterachsen, die Fahrzeugspur oder den Fahrzeugweg, die Fahrzeugmasse, die Fahrzeuggierträgheit, die Vorder- und Hinterreifenquersteifigkeit und andere Parameter umfassen. Der Querversatzfehler, y_err, kann die Differenz zwischen dem gewünschten Querversatz, y_desired, und dem vorhergesagten Querversatz, y_predicted, sein. Der Querversatz kann der Versatz des Fahrzeugschwerpunkts (CG) von der Fahrspur (z. B. Fahrspurmarkierungen, Zentrum der Fahrspur oder anderes Fahrspurmerkmal) sein. Der Fahrtrichtungswinkelfehler, φ_err, kann die Differenz zwischen dem gewünschten Fahrtrichtungswinkel, φ_desired, und dem vorhergesagten Fahrrichtungswinkel, φ_predicted, sein. Der Fahrtrichtungswinkel, φ, kann beispielsweise der Gierwinkel der Richtung der Fahrzeugbewegung in Bezug auf die Straße oder ein anderer Winkel sein. Der vorhergesagte Querversatz, y_predicted, und der vorhergesagte Fahrtrichtungswinkel, φ_predicted, können auf der Basis der Fahrzeugdynamik, von Straßenmerkmalen und anderen Parametern vorhergesagt werden. Der vorhergesagte Querversatz, y_predicted, der vorhergesagte Fahrtrichtungswinkel, φ_predicted, und Werte der Steuerhorizontzeitdauer (z. B. die Zeitdauer von 0 bis ΔT) können einen Weg, von dem das System 100 vorhersagt, dass ihm das Fahrzeug folgt, auf der Basis der Fahrzeugparameter, Straßenmerkmale und anderer Faktoren zum Zeitpunkt null angeben.
Q(x) und R(t) können Gewichtungsfaktoren sein, die beispielsweise durch eine Fahrzeugdynamiksimulation oder eine Fahrzeugprüfung oder eine Kombination beider Verfahren abgestimmt werden können. Q(x) kann ein Gewicht für die Steuerung sein und kann darstellen, wie schnell die Bewegung vom vorhergesagten Weg zum gewünschten Weg stattfinden sollte. R(t) kann eine Funktion sein, die einen reziproken Gewichtungsfaktor für den Befehlslenkwinkel, u_x, vorsieht, der mit Q(x) abgleicht. Der Lenkbefehlssteuerwert, u_x, der zum niedrigsten Wert von J führt oder J in der Kostenfunktion minimiert, kann der Lenkbefehlswert sein, der in der Rutschwinkeleinschränkungs-, Querbeschleunigungseinschränkungs- oder anderen Fahrzeugstabilitätseinschränkungsberechnungen verwendet wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System 100 einen oder mehrere Lenkwinkelbefehlswerte, die die obige Kostenfunktion minimieren, durch Berechnen einer numerischen Lösung für den Lenkwinkelbefehl, u_k, bestimmen. Die numerische Lösung der Kostenfunktion zum Bestimmen von einem oder mehreren Lenkwinkelbefehlswerten, u_k, kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden: $u_{k} = - \frac{\sum_{j = 1}^{p} [\sum_{i = 1}^{j} {(C A^{i - 1} B)}^{T} R_{k + j} C A^{j}]}{\sum_{j = 1}^{p} [\sum_{i = 1}^{j} {(C A^{i - 1} B)}^{T} R_{k + j} (C A^{i - 1} B)] + Q_{k}} x_{k} + \frac{\sum_{j = 1}^{p} [\sum_{i = 1}^{j} {(C A^{i - 1} B)}^{T} R_{k + j} r_{k + j} - C \sum_{i = 1}^{j} A^{i - 1} h_{k}]}{\sum_{j = 1}^{p} [\sum_{i = 1}^{j} {(C A^{i - 1} B)}^{T} R_{k + j} (C A^{i - 1} B)] + Q_{k}}$
Der Lenkwinkelbefehl, u_k, kann der Lenkwinkelbefehlswert sein, der an ein automatisches Lenksteuersystem ausgegeben wird. Die Anzahl von Abtastwerten, p, kann die Anzahl von Zeitschritten sein, die mit der Steuerhorizontzeit, ΔT, berechnet wird. Wenn beispielsweise die Steuerhorizontzeit, ΔT, 1 Sekunde ist und die Abtastzeit, T_s, 0,1 Sekunden ist, kann die Anzahl von Abtastwerten, p, 10 oder eine andere Anzahl von Abtastwerten sein. Der Zustandsvektor, x_k, kann den Vektor darstellen, der aus einem Querversatz, einem Fahrtrichtungswinkel, einer Quergeschwindigkeit und einer Gierrate, r_k+j, besteht. Das Gewicht für den Nachführungsfehler, R_k+j, und das Gewicht für die Steuerung, Q_k, können beispielsweise durch eine Fahrzeugdynamiksimulation oder Fahrzeugprüfung abgestimmt werden. Die Matrizes A, B und C können Fahrzeugparameter umfassen, die die linearen Bewegungsgleichungen des Fahrzeugs darstellen. Der Fahrspurkrümmungsfaktor, h_k, kann auf Fahrzeugparametern und Straßenabmessungen basieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Fahrspurkrümmungsfaktor, h_k, beispielsweise wie folgt definiert werden: $h_{k} = [\begin{matrix} - \frac{1}{2} V_{x}^{2} T_{s}^{2} κ (s) \\ - V_{x} T_{s} κ (s) \\ 0 \\ 0 \end{matrix}]$
Die Längsgeschwindigkeit, V_x, kann die Komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit entlang des gewünschten Weges in einer Längsrichtung oder einer anderen Richtung sein. Die Fahrspurkrümmung, κ(s), kann beispielsweise das Inverse des Krümmungsradius der Fahrspur, der Fahrspurmittellinie, der Fahrspurmarkierung oder eines anderen Straßenmerkmals sein und T_s kann die Abtastzeit (beispielsweise 0,1 s) sein.
Die Lenkwinkelbefehlswerte, u_k, können in einigen Ausführungsformen mit einer oder mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen oder - parametern verglichen werden, um zu helfen sicherzustellen, dass der berechnete Lenkwinkel nicht verursacht, dass das Fahrzeug instabil wird. Das Fahrzeug kann beispielsweise instabil werden, wenn die Reifen die Traktion verlieren (z. B. die Reifen rutschen), die Querbeschleunigung einen Schwellenwert überschreitet oder andere Fahrzeugstabilitätseinschränkungsschwellenwerte überschritten werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen können (ein) Vorhersage-Vorderreifenrutschwinkel, α_f, und (ein) Hinterreifenrutschwinkel, α_r, auf der Basis eines Lenkwinkelbefehls, u_k, berechnet werden. Der (die) Vorderreifenrutschwinkel, α_f, kann (können) beispielsweise unter Verwendung einer Gleichung berechnet werden, wie z. B.: $α_{j} = H_{f} A^{j - 1} x_{k} + (H_{f} A^{j - 2} B + \dots + H_{f} B) u_{k}$
Der (die) Rutschwinkel, α_f, kann (können) für die Lenkbefehlswerte, u_k, berechnet werden, die an jedem Vorhersagepunkt (z. B. an den Punkten j = 1, 2,..., p) berechnet werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug 10 an jedem Vorhersagepunkt über den ganzen vorhergesagten Weg des Fahrzeugs stabil ist. Die Matrix, H_f, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugabmessungen darstellen. Die Matrix, H_f, kann beispielsweise umfassen: $H_{f} = [0,0, - \frac{1}{V_{x}}, - \frac{a}{V_{x}}]$
Die Längsgeschwindigkeit, V_x, kann die Komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit entlang des gewünschten Weges in einer Längsrichtung sein. Der Längsabstand, α, kann der Längsabstand vom Fahrzeugschwerpunkt zur vorderen Fahrzeugvorderachse sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann (können) der (die) Vorhersage-Hinterreifenrutschwinkel, α_r, unter Verwendung beispielsweise einer Gleichung berechnet werden, wie z. B.: $α_{j} = H_{r} A^{j - 1} x_{k} + (H_{r} A^{j - 2} B + \dots + H, B) u_{k}$
Die Matrix, H_r, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugabmessungen darstellen. Die Matrix, H_r, kann beispielsweise umfassen: $H_{r} = [0,0, - \frac{1}{V_{x}}, \frac{b}{V_{x}}]$
Die Längsgeschwindigkeit, V_x, kann die Komponente der Fahrzeuggeschwindigkeit entlang des gewünschten Weges in einer Längsrichtung sein. Der Längsabstand, b, kann der Längsabstand vom Fahrzeugschwerpunkt zur Fahrzeughinterachse sein.
Die berechneten Vorhersage-Vorder- und Hinterreifenrutschwinkel, α_f und α_r, können in Verbindung mit der Vorder- und Hinterrad-Quersteifigkeit, C_f und C_r, verwendet werden, um Vorder- und Hinterreifenlenkeinschränkungen zu berechnen. Eine Schwellenreifenreibungskraft für die Vorder- und Hinterräder kann auch als Produkt der dynamischen Reifenreibung, µ, und einer maximalen Normalkraft, W_f, berechnet werden. Der Lenkwinkelbefehl, u_k, kann mit der Lenkeinschränkung und der Schwellenreifenreibungskraft beispielsweise in der folgenden Ungleichung verglichen werden: ${(C_{f} α_{j})}^{2} + u_{k}^{2} \leq {(μ W_{f})}^{2}$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann, wenn der Lenkwinkelbefehl, u_k, die Ungleichung erfüllt und die Reifenstabilitätseinschränkungen nicht überschreitet (oder nicht verursacht, dass das vorhergesagte Verhalten des Fahrzeugs diese überschreitet), der Lenkwinkelbefehl nicht verändert oder verringert werden und kann an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben oder mit anderen Fahrzeugstabilitätseinschränkungen verglichen werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen können, wenn festgestellt wird, dass der Befehlslenkwinkel, u_k, die Reifenstabilitätseinschränkungen überschreitet (oder verursacht, dass das Fahrzeug diese überschreitet) (z. B. die Ungleichung nicht erfüllt), die Reifen instabil werden. Der Lenkwinkelbefehl, u_k, kann daher auf einen Lenkwinkelbefehlswert (z. B. einen Fahrzeugsteuerparameterwert) verändert oder verringert werden, der die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen nicht überschreitet (oder nicht verursacht, dass das Fahrzeug diese überschreitet), um sicherzustellen, dass das Fahrzeug stabil bleibt. Die folgende Formel kann beispielsweise verwendet werden, um einen verringerten Lenkwinkelbefehl, u_k, zu berechnen, um die Fahrzeugstabilität sicherzustellen: $u_{k}^{2} = {(μ W_{f})}^{2} - {(C_{f} α_{j})}^{2}$
Der geänderte oder verringerte Lenkwinkelbefehlswert kann beispielsweise an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben oder mit anderen Fahrzeugstabilitätseinschränkungen verglichen werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kollisionsvermeidungssteuersystem 100 beispielsweise den einen oder die mehreren Befehlslenkwinkel, u_k, mit Querbeschleunigungseinschränkungen vergleichen, um festzustellen, ob der Befehlslenkwinkel, wenn er an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben wird, verursachen würde, dass das Fahrzeug instabil wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Befehlslenkwinkel, u_k, verwendet werden, um eine Querbeschleunigung, a_yj, gemäß beispielsweise einer Formel zu berechnen, wie z. B.: $a_{y j} = F A^{j - 1} x_{k} + (F A^{j - 2} B + \dots + F B) u_{k}$
Die Querbeschleunigung, α_yj, kann für die Lenkbefehlswerte, u_k, berechnet werden, die an jedem Vorhersagepunkt (z. B. an den Punkten j = 1,2,...,p) berechnet werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug 10 an jedem Vorhersagepunkt über den ganzen vorhergesagten Weg des Fahrzeugs stabil ist. Die Matrix, F, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugabmessungen darstellen. Die Matrix, F, kann beispielsweise umfassen: $F = [0,0, a_{11}, a_{12} + V_{x}]$
Das Matrixelement, a₁₁, kann die Beziehung zwischen der vorderen und hinteren Quersteifigkeit, C_f und C_r; der Fahrzeugmasse M ; und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, V_x, beispielsweise wie folgt darstellen: $a_{11} = - \frac{C_{f} + C_{r}}{M V_{x}}$
Das Matrixelement, a₁₂, kann die Beziehung zwischen der vorderen und hinteren Quersteifigkeit, C_f und C_r; der Fahrzeugmasse, M; dem Längsabstand vom Fahrzeug-CG zur Vorderachse, a; dem Längsabstand vom Fahrzeug-CG zur Hinterachse, b; und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, V_x, wie folgt darstellen: $a_{12} = - V_{x} - \frac{C_{f} a - C_{r} b}{M V_{x}}$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die berechnete Querbeschleunigung, a_yj, in einigen Ausführungsformen mit einer Schwellenquerbeschleunigung, a_{y max}, verglichen werden, beispielsweise wie in der folgenden Ungleichung gezeigt: $| a_{y j} | \leq a_{y m a x}$
Wenn der Absolutwert der berechneten Querbeschleunigung, |a_yj|, die Schwellenquerbeschleunigung, a_ymax, überschreitet, kann der Lenkwinkelbefehl, u_k, beispielsweise verändert oder verringert werden. Der Befehlslenkwinkel, u_k, kann auf einen Wert verringert werden, so dass die unter Verwendung des verringerten Befehlslenkwinkels berechnete Querbeschleunigung gleich der Schwellenquerbeschleunigung, a_ymax, ist. Der Befehlslenkwinkel, u_k, kann auf einen Lenkwinkelbefehlswert (z. B. einen Fahrzeugsteuerparameterwert) verringert werden, der die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen (z. B. Schwellenquerbeschleunigung) nicht überschreitet (oder nicht verursacht, dass das Fahrzeug diese überschreitet), um sicherzustellen, dass das Fahrzeug stabil bleibt. Die Schwellenquerbeschleunigung, a_ymax, kann unter Verwendung von einem oder mehreren der folgenden definiert werden: Fahrzeugdynamikprüfung, Fertigung, Untersuchungen menschlicher Faktoren oder anderer Verfahren. Die Schwellenquerbeschleunigung, a_ymax, kann in einigen Ausführungsformen 4,9 Meter pro Sekunde im Quadrat (m/s²) (z. B. 0,5g) oder ein anderer Wert sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann, wenn der Lenkwinkelbefehl, u_k, die Ungleichung erfüllt und die Fahrzeugstabilitätseinschränkungen nicht überschreitet (oder nicht verursacht, dass das Fahrzeug diese überschreitet), der Lenkwinkelbefehl nicht verändert oder verringert werden und kann an das automatische Lenksteuersystem ausgegeben oder mit anderen Fahrzeugstabilitätseinschränkungen verglichen werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen können, wenn ein oder mehrere Lenkwinkelbefehle, u_k, eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen (z. B. Rutschwinkeleinschränkungen, Querbeschleunigungseinschränkungen und/oder andere Einschränkungen) nicht überschreiten (oder nicht verursachen, dass das Fahrzeug diese überschreitet), der eine oder die mehreren Lenkwinkelbefehle an ein automatisches Lenksteuersystem ausgegeben werden, um das Fahrzeug entlang eines gewünschten Weges zu führen.
Obwohl hier bestimmte Formeln dargestellt sind, können andere Formeln bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können lineare Bewegungsgleichungen im Referenzrahmen des Fahrzeugs 10 verwendet werden, um Fahrzeugsteuerparameterwerte, Fahrzeugstabilitätseinschränkungen und andere Parameter zu berechnen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Änderung des Fahrzeugquerversatzes, Δẏ, beispielsweise mit der Fahrzeugquergeschwindigkeit, V_y, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, V_x, und dem Fahrzeugfahrtrichtungswinkelfehler, Δψ, durch eine Gleichung in Beziehung stehen, wie z. B.: $Δ \dot{y} = V_{y} + V_{x} Δ_{ψ}$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Änderung des Fahrtrichtungswinkelfehlers, Δψ̇, mit der Fahrzeuggierrate, r, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, V_x, und der Fahrspurkrümmung, ρ, durch eine Gleichung in Beziehung stehen, wie z. B.: $Δ \dot{ψ} = r + V_{x} ρ$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Änderungsrate der Fahrzeugquerbeschleunigung, V̇_y, mit der Vorderrad-Quersteifigkeit, C_f, der Hinterrad-Quersteifigkeit, C_r, der Fahrzeugquergeschwindigkeit, V_y, der Fahrzeugmasse, M, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, V_x, dem Längsabstand vom Fahrzeug-CG zur Vorderachse, α, dem Längsabstand vom Fahrzeug-CG zur Hinterachse, b, und den Laufradwinkel, δ, durch eine Gleichung in Beziehung stehen, wie z. B. die folgende Gleichung: ${\dot{V}}_{y} = - \frac{C_{f} + C_{r}}{M V_{x}} V_{y} - (V_{x} + \frac{C_{f} a - C_{r} b}{M V_{x}}) r + \frac{C_{f}}{M} δ$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Änderung der Fahrzeuggierrate, ṙ, mit der Fahrzeuggierträgheit, I_z, und den vorstehend definierten Fahrzeugparametern durch eine Gleichung in Beziehung stehen, wie z. B. die folgende Gleichung: $\dot{r} = \frac{C_{f} a - C_{r} b}{I_{x} V_{x}} V_{y} - \frac{a^{2} C_{f} + b^{2} C_{r}}{I_{x} V_{x}} r + \frac{a C_{f}}{I_{x}} δ$
Gemäß einigen Ausführungsformen können Gleichungen wie z. B. die folgenden Gleichungen verwendet werden, um die Matrizes, A, B und C zu berechnen oder zu bestimmen: $x_{k + 1} = A x_{k} + B u_{k} + h_{k}$
$y_{k} = C x_{k}$
Gemäß einigen Ausführungsformen kann x_k beispielsweise ein Zustandsvektor sein und y_k kann der Ausgangsvektor sein, wie durch eine Gleichung wie z. B. die folgenden Gleichungen definiert: $x = [\begin{matrix} Δ y \\ Δ ψ \\ V_{y} \\ r \end{matrix}]$
$y = [\begin{matrix} Δ y \\ Δ ψ \end{matrix}]$
Obwohl spezifische Operationen und Werte in 4-13 gezeigt sind, können andere Operationen und Werte verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Vorrichtungen zum Durchführen der hier beschriebenen Operationen umfassen. Solche Vorrichtungen können speziell für die gewünschten Zwecke konstruiert sein oder können Computer oder Prozessoren umfassen, die selektiv durch ein Computerprogramm aktiviert oder umkonfiguriert werden, das in den Computern gespeichert ist. Solche Computerprogramme können in einem computerlesbaren oder prozessorlesbaren nichtflüchtigen Speichermedium, irgendeinem Typ von Platte, einschließlich Disketten, optischen Platen, CD-ROMs, magnetoptischen Platten, Festwertspeichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs), elektrisch programmierbaren Festwertspeichern (EPROMs), elektrisch löschbaren und programmierbaren Festwertspeichern (EEPROMs), magnetischen oder optischen Karten oder irgendeinem anderen Typ von Medien, die für das Speichern von elektronischen Befehlen geeignet sind, gespeichert werden. Es ist zu erkennen, dass eine Vielfalt von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Erfindung zu implementieren, wie hier beschrieben. Ausführungsformen der Erfindung können einen Gegenstand wie z. B. ein nichtflüchtiges computer- oder prozessorlesbares nichtflüchtiges Speichermedium umfassen, wie beispielsweise einen Speicher, ein Plattenlaufwerk oder einen USB-Flash-Speicher, der Befehle, z. B. computerausführbare Befehle codiert, umfasst oder speichert, die, wenn sie von einem Prozessor oder Controller ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor oder Controller hier offenbarte Verfahren ausführt. Die Befehle können veranlassen, dass der Prozessor oder Controller Prozesse ausführt, die hier offenbarte Verfahren ausführen.
Verschiedene Ausführungsformen sind hier offenbart. Merkmale von bestimmten Ausführungsformen können mit Merkmalen von anderen Ausführungsformen kombiniert werden; folglich können bestimmte Ausführungsformen Kombinationen von Merkmalen von mehreren Ausführungsformen sein. Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung wurde für die Zwecke der Erläuterung und Beschreibung dargestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarte genaue Form begrenzen. Vom Fachmann auf dem Gebiet sollte erkannt werden, dass viele Modifikationen, Veränderungen, Substitutionen, Änderungen und Äquivalente angesichts der obigen Lehre möglich sind. Daher sollen die beigefügten Ansprüche selbstverständlich alle derartigen Modifikationen und Änderungen, die in den wahren Gedanken der Erfindung fallen, abdecken.
Bezugszeichenliste

1

50

Fahrgastraum

60

Kofferraum

90

Automatisches Lenksteuersystem

100

Kollisionsvermeidungssteuersystem

24

Kamera

40

Drahtverbindung

82

Lenkrad

70

Lenkwinkelsensor

72

Beschleunigungsmesser

74

Geschwindigkeitsmesser

78

Trägheitsmesseinheit

76

Raddrehzahlsensor

84

Gangschaltpositionssensor

86

Fahrpedalpositionssensor

88

Bremspedalpositionssensor

10

Fahrzeug

22

Radarsensor

20

LIDAR-Sensor
2

100

Kollisionsvermeidungssteuersystem

110

CPU

130

Platte

120

Speicher

170

DB

140

Eingabevorrichtung

150

Ausgabevorrichtung
3

100

Kollisionsvermeidungssteuersystem

10

Fahrzeug

202

Objekt

210

Lenkmanöverschwellenabstand

220

Gewünschter Weg
4

401

Sicherer Zustand

403

Kollisionsgefahr durch die Sensoren detektiert

405

Kollisionsvermeidung durch CPS

407

Ist es sicher?

421

Nur Notbremsmanöver

409

Gibt es einen sicheren Weg für ein automatisches Manöver?

411

Hat der Fahrer irgendeine Handlung eingeleitet?

417

Automatisches Manöver

419

Ist es sicher?

413

Ist es sicher?

415

Unterstützung

423

Notlenk- und -bremsmanöver

Claims

Verfahren zur verbesserten Fahrzeugsteuerung im Rahmen einer Kollisionsvermeidung, das umfasst: (i) in einem Fahrzeug (10) Bestimmen eines gewünschten Weges (220) um ein Objekt (202) auf der Basis eines Orts des Objekts (202) relativ zum Fahrzeug (10), der relativen Geschwindigkeit, von Straßenparametern und einem oder mehreren Fahrzeugparametern; gekennzeichnet durch: (ii) Berechnen von einem oder mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerten, die eine vorhergesagte Abweichung vom gewünschten Weg (220) minimieren; (iii) Feststellen, ob der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte verursachen würden, dass das Fahrzeug (10) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet; (iv) wenn der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte verursachen würden, dass das Fahrzeug (10) eine oder mehrere Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet, Verändern des einen oder der mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte auf einen oder mehrere Fahrzeugsteuerparameterwerte, die nicht verursachen, dass das Fahrzeug (10) die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen überschreitet; und (v) Ausgeben des einen oder der mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte an eine automatische Steuervorrichtung des Fahrzeugs (10); wobei die Schritte (i) bis (v) bei einem vollständigen Ausweichmanöver wiederholt durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte einen oder mehrere Lenkwinkelbefehle umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des einen oder der mehreren Fahrzeugsteuerparameterwerte, die die vorhergesagte Abweichung vom gewünschten Weg (220) minimieren, das Berechnen von einem oder mehreren Lenkwinkelbefehlen, die eine Kostenfunktion minimieren, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen eine Rutschwinkeleinschränkung und eine Querbeschleunigungseinschränkung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen eine Rutschwinkeleinschränkung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Fahrzeugstabilitätseinschränkungen eine Querbeschleunigungseinschränkung umfassen.