DE102014208785A1

DE102014208785A1 - Querführungsregelungsstruktur zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung mit Einstellbarkeit hinsichtlich der stationären Genauigkeit und/oder der Übersteuerbarkeit

Info

Publication number: DE102014208785A1
Application number: DE102014208785.6A
Authority: DE
Inventors: Norbert Nitzsche; Dirk Odenthal; Christian Rathgeber; Marcus Walter; Franz Winkler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-05-10
Also published as: DE102014208785B4

Abstract

Die erfindungsgemäße Querführungsregelungsstruktur dient zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs. Mittels eines ersten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters kann die stationäre Genauigkeit einer oder mehrerer Regelgrößen der Querführungsregelungsstruktur vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich zu dem ersten Einstellparameter zur stationären Genauigkeit kann auch ein zweiter veränderbarer und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbarer Einstellparameter vorgesehen werden, über den einstellbar ist, wie leicht eine seitens der Querführungsregelungsstruktur vorgegebene Lenkvorgabe durch eine Lenkvorgabe des Fahrers übersteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Querführungsregelungsstruktur mit einer oder mehreren Regelgrößen zur Erzeugung einer Lenkvorgabe einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs.
Es ist eine Vielzahl von Fahrassistenzfunktionen bekannt, die auf die Querführung des Fahrzeugs einwirken. Beispielsweise sind Parkassistenz-Systeme mit zumindest automatischer Querführung bekannt, bei denen die Lenkung vom Fahrzeug übernommen wird, ohne dass der Fahrer Lenkvorgaben gibt; optional kann auch die Längsführung vom Fahrzeug automatisch durchgeführt werden. Bei einem Spurhalteassistent wird der Fahrer durch eine Querführungsunterstützung darin unterstützt, das Fahrzeug in der erkannten Fahrspur zu halten. Bei einem Seitenkollisionswarnsystem wird der Fahrer bei kritischer Annäherung an Objekte durch Lenkradvibrationen oder einen Lenkimpuls gewarnt, außerdem kann die ausweichende Lenkbewegung des Fahrers durch das System aktiv unterstützt werden.
Der Eingriff in die Querführung oder die gar automatische Querführung ohne Lenktätigkeit des Fahrers wird über eine Hilfskraftlenkung bewirkt, die über eine entsprechende Lenkvorgabe angesteuert wird. Bei der Hilfskraftlenkung handelt es sich beispielsweise um eine elektromotorische Hilfskraftlenkung (EPS – electric power steering), bei der ein elektrischer Motor ein Lenkmoment erzeugt, welches die Lenkbewegung des Fahrers unterstützt oder statt der Lenkbewegung des Fahrers wirkt. Hierbei sind verschiedene Bauformen bekannt, bei denen der Elektromotor an unterschiedlichen Positionen des Lenksystems angreift (z. B. C-EPS, P-EPS und R-EPS). Alternativ wäre auch eine elektrohydraulische Hilfskraftlenkung denkbar. Es ist auch denkbar, dass es sich bei der Hilfskraftlenkung um eine Steer-By-Wire-Lenkung handelt, bei der keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und den gelenkten Rädern besteht.
Zur Querführung wird typischerweise eine entsprechende Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung von einer Querführungsregelungsstruktur erzeugt, die einen Regler oder mehrere kaskadierte Regler mit mehreren Regelgrößen umfasst. Bei einem Regler kann beispielsweise der Ist-Lenkwinkel vom Fahrzeug gemessen werden und mit einem Soll-Lenkwinkel (Lenkwinkelvorgabe) als Führungsgröße des Reglers verglichen werden, und die Stellgröße der Lenkvorgabe (beispielsweise ein Momentensignal für die elektromotorischen Hilfskraftlenkung) entsprechend vom Regler angepasst werden, so dass der Ist-Lenkwinkel dem Soll-Lenkwinkel entspricht.
Durch eine Querführungsregelungsstruktur können Störungen wie beispielsweise Seitenkräfte durch seitlich abschüssige Fahrbahnen oder Seitenwinde kompensiert werden. Darüber hinaus sind viele Fahrzeugeigenschaften nicht genau bekannt, die Einfluss auf das Lenkverhalten haben, beispielsweise das Fahrzeuggewicht bei schwankender Beladung oder variierende Lenkungsparameter wie Reibung oder Dämpfung. Mittels der Querführungsregelungsstruktur werden Abweichungen der Regelgrößen aufgrund dieser Unsicherheiten ausgeregelt.
Bei Vorsehen einer Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktionen mit Querführung in einem Kraftfahrzeug verwendet typischerweise jede Fahrerassistenzfunktion ihre eigene Querführungsregelungsstruktur zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung. Hierbei werden auch häufig unterschiedliche Schnittstellen zur Steuerung der Hilfskraftlenkung genutzt, beispielsweise eine Motormomentenschnittstelle, eine Zahnstangen-Kraft-Schnittstelle oder eine Handmomentenschnittstelle. Jede Fahrerassistenzfunktion berechnet die jeweilige Aktuatorstellgröße der Hilfskraftlenkung mittels einer geeigneten Querführungsregelungsstruktur also selbst. Bei einer neu entwickelten Fahrerassistenzfunktion wird die Querführungsregelungsstruktur für die jeweilige Fahrerassistenzfunktion im Allgemeinen neu entwickelt, da jede Fahrerassistenzfunktion eine Querführungsregelungsstruktur mit für die jeweilige Fahrerassistenzfunktion geeigneten Eigenschaften benötigt.
Hierdurch ergeben sich eine hoher Entwicklungsaufwand und bei der Realisierung in Hardware auch ein hoher Ressourcenaufwand. Koordiniert werden die Aktuator-Sollanforderungen der einzelnen Fahrerassistenzfunktionen durch Koordinatoren, die den Querführungsregelungsstrukturen der Fahrerassistenzfunktionen nachgeschaltet sind und deren Aufgabe es ist, die unterschiedlichen Sollanforderungen der einzelnen Querführungsregelungsstrukturen zum Aktuator der Hilfskraftlenkung durchzuleiten. Übergänge zwischen verschiedenen Fahrerassistenzfunktionen, beispielsweise ein Übergang von einer Parkassistenzfunktion zu einer autonomen Fahrfunktion oder umgekehrt, sind mit diesem Ansatz nur schwer umzusetzen. Diese Fahrerassistenzfunktionen verwenden meist unterschiedliche Regelungskonzepte, die sich unterschiedlichen Lenkungsschnittstellen bedienen. Eine Umschaltung zwischen den einzelnen Fahrerassistenzfunktionen ist aus Sicherheitsgründen typischerweise nur im Stillstand möglich. Außerdem muss eine neu entwickelte Fahrerassistenzfunktion mit anderen Fahrerassistenzfunktionen vor der Ansteuerung des Aktuators der Hilfskraftlenkung neu koordiniert werden, wodurch sich ein hoher Koordinationsaufwand bei neuen Fahrerassistenzfunktionen ergibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hierzu verbesserte Querführungsregelungsstruktur anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Querführungsregelungsstruktur dient zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs. Bei der Lenkvorgabe kann es sich beispielsweise um eine Lenkvorgabe für den Elektromotor einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung handeln. Für die Lenkvorgabe sind verschiedene Signale denkbar, beispielsweise Signale zur Angabe eines Motormoments, einer Zahnstangen-Kraft oder eines Handmoments. Bei dem Signal zur Angabe eines Motormoments handelt es sich vorzugsweise um einen Offset-Wert, um den eine von dem Handmoment abhängige Vorgabe für das Motormoment verschoben wird.
Diese erfindungsgemäße Querführungsregelungsstruktur kann einen Regler oder mehrere kaskadierte Regler mit mehreren Reglergrößen umfassen.
Mittels eines ersten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters kann die stationäre Genauigkeit einer oder mehrerer Regelgrößen der Querführungsregelungsstruktur vorgegeben werden. Die stationäre Genauigkeit einer Regelgröße gibt an, inwieweit ein Fehler zwischen dem Sollwert einer Regelgröße (Führungsgröße) und dem Istwert der Regelgröße im stationären Zustand (d. h. – im eingeschwungene Zustand) ausgeregelt ist. Bei einer hohen stationären Genauigkeit ist der Fehler gering, insbesondere null. Bei der Regelgröße, dessen stationäre Genauigkeit veränderbar ist, kann es sich beispielsweise um eine laterale Position (Querablage), eine Fahrzeugorientierung (Kurswinkel), eine Krümmung, einen Lenkwinkel oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit handeln.
Eine hohe stationäre Genauigkeit lässt sich beispielsweise mittels eines Reglers mit einem I-Anteil realisieren, der den Fehler im stationären Zustand auf null reduziert. Eine geringe Genauigkeit ergibt sich tendenziell bei einem Regler in Form eines Proportionalverstärkers mit geringer Proportionalverstärkung.
Die stationäre Genauigkeit betrifft dabei vorzugsweise sowohl das Störübertragungsverhalten, d. h. die Unterdrückung von externen Störungen, wie beispielsweise ein Seitenwind, eine hängende Fahrbahn, eine Seitenneigung oder ein Reifenplatzer, als auch das Führungsübertragungsverhalten bei unsicheren Fahrzeugeigenschaften (bsw. die Beladung oder variierende Lenkungsparameter wie Reibung oder Dämpfung).
Mittels des erfindungsgemäßen ersten Parameters kann also die stationäre Genauigkeit durch ein von außen vorgebbares Signal eingestellt werden. Hierdurch kann die Querführungsregelungsstruktur für unterschiedliche Fahrerassistenzfunktionen genutzt werden, die unterschiedliche Anforderungen an die stationäre Genauigkeit stellen. Beispielsweise wird bei Nutzung der Querführungsregelungsstruktur im Zusammenhang mit einem Parkassistenzsystem, bei dem das Fahrzeug die Lenkung selbstständig übernimmt, ohne dass der Fahrer das Lenkrad berührt, die stationäre Genauigkeit maximal gewählt. Eine sehr hohe stationäre Genauigkeit ist bei Fahrerassistenzfunktionen, bei denen der Fahrer normalerweise nicht in die Querführung eingreift (Handsoff-Betrieb) und der Fahrer lediglich den Fahrvorgang überwacht, wichtig. Bei Fahrerassistenzfunktionen, die nur die Lenkvorgabe des Fahrers unterstützen sollen (z. B. bei einem Ausweichassistenzsystem) und bei denen der Fahrer weiterhin selbst lenkt (Handson-Betrieb), ist der Fahrer für eine hinreichende Genauigkeit der Querbewegung selbst verantwortlich. Hier kann die stationäre Genauigkeit über den ersten Parameter entsprechend geringer eingestellt werden. Dies ist vor allem bei kooperativen Fahrfunktionen sinnvoll. Dadurch, dass der Fahrer einen Teil der Regelungsaufgabe übernehmen muss, wird seine Aufmerksamkeit aufrechterhalten. Weiterhin würde eine vollständig stationär genaue Folgeregelung für den Fahrer störende Regleraktivitäten verursachen, die möglicherweise gegen den Fahrer arbeiten.
Bei dem ersten Einstellparameter der stationären Genauigkeit handelt es sich beispielsweise um einen kontinuierlich einstellbaren Wert zwischen 0 und 1 oder zwischen 0% und 100%. Alternativ kann der erste Einstellparameter auch ein diskret einstellbarer Wert sein, z. B. mit den Werten 0%, 50% und 100%. Der Wert 0 bzw. 0% gibt beispielsweise an, dass die stationäre Genauigkeit der Querführungsregelungsstruktur minimal ist und damit der stationäre Regelfehler der von dem Einstellparameter betroffenen Regelgröße maximal ist. Umgekehrt gibt der Wert 1 bzw. 100% beispielsweise an, dass die stationäre Genauigkeit der Querführungsregelungsstruktur maximal ist und damit der stationäre Regelfehler der von dem Einstellparameter betroffenen Regelgröße minimal, insbesondere null, ist.
Alternativ oder zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen ersten Einstellparameter zur stationären Genauigkeit kann auch ein zweiter veränderbarer und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbarer Einstellparameter vorgesehen werden, über den einstellbar ist, wie leicht eine seitens der Querführungsregelungsstruktur vorgegebene Lenkvorgabe durch eine Lenkvorgabe des Fahrers übersteuerbar ist. Dieser zweite Einstellparameter gibt also vor, wie leicht oder schwer der Fahrer die Lenkvorgabe der Querführungsregelungsstruktur überdrücken kann, wobei die Querführungsregelungsstruktur wiederum ihrerseits im Allgemeinen versucht, gegen die Fahrervorgabe zu arbeiten, wenn diese zu einer erhöhten Regelabweichung führt. Der zweite Einstellparameter der Übersteuerbarkeit entspricht also einer Einstellung zur Nachgiebigkeit oder Steifigkeit der Lenkung bei aktiver Querführungsregelungsstruktur aus Sicht des Fahrers. Der zweite Einstellparameter der Übersteuerbarkeit gibt also den Kooperationsgrad zwischen der Fahrerassistenzfunktion und dem Fahrer an: Wie leicht oder schwer soll der Fahrer die Assistenzfunktion überdrücken können. Bei Fahrerassistenzfunktionen, die im Handsoff-Betrieb (d. h. ohne Lenkeingriff des Fahrers) verwendet werden, beispielsweise ein Parkassistenzsystem, wird beispielsweise eine hohe Steifigkeit der Lenkung gefordert, da die Querführung der Fahrerassistenzfunktion nicht mit einer Lenkvorgabe des Fahrers überlagert werden soll. Bei einer Funktion, die den Fahrer in der Querführung nur unterstützt (beispielsweise ein Spurhalteassistent), sollte vorzugsweise die Steifigkeit geringer sein und damit die Fahrerassistenzfunktion leicht übersteuerbar sein.
Bei dem zweiten Einstellparameter der Übersteuerbarkeit/Steifigkeit handelt es sich beispielsweise um einen kontinuierlich einstellbaren Wert zwischen 0 und 1 oder zwischen 0% und 100%. Alternativ kann der zweite Einstellparameter auch ein diskret einstellbarer Wert sein, z. B. mit den Werten 0%, 50% und 100%. Beispielsweise bedeutet der Wert 0 bzw. 0%, dass eine minimal kleine Lenkvorgabe des Fahrers (beispielsweise ein minimales Handlenkmoment des Fahrers) die Querführung der Fahrerassistenzfunktion übersteuert. Gleichzeitig soll bei losgelassenem Lenkrad (Handsoff-Betrieb) die Fahraufgabe vollständig durch das Assistenzsystem übernommen werden. Der Parameterwert 1 bzw. 100% könnte bedeuten, dass das Fahrerassistenzsystem den Fahrer bei Handson-Betrieb vollständig übersteuert. Im Rahmen des technisch Möglichen und aus Funktionssicherheitsgründen kann der Fahrer die Querführung des Assistenzsystems bei einem Parameterwert von 1 bzw. 100% immer noch übersteuern.
Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Parameter und/oder dem zweiten Parameter jeweils um einen generalisierten Parameter hinsichtlich der stationären Genauigkeit bzw. der Übersteuerbarkeit für die gesamte Querführungsregelungsstruktur. Aus dem ersten bzw. zweiten generalisierten Parameter werden dann eine Vielzahl von Reglerparametern für einen oder mehrere Regler bestimmt, die die stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit betreffen. Es wird beispielsweise an die Querführungsregelungsstruktur der Wert für den ersten und/oder der Wert für den zweiten Parameter von außerhalb übergeben und die Querführungsregelungsstruktur bestimmt daraufhin die Reglerparameter, die die geforderte stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit bewirken.
Durch die Einstellbarkeit der Querführungsregelungsstruktur hinsichtlich der stationären Genauigkeit und/oder Übersteuerbarkeit/Steifigkeit kann die Querführungsregelungsstruktur mit passender Einstellung des jeweiligen Parameters für eine Vielzahl von Fahrerassistenzfunktionen mit Querführungsanteilen genutzt werden. Hierdurch ergeben sich eine reduzierte Entwicklungszeit und ein reduzierter Entwicklungsaufwand für neue Fahrerassistenzfunktionen, die eine derartig einstellbare Querführungsregelungsstruktur nutzen. Es können auf eine einfache Weise verschiedene Kooperationsgrade zwischen Fahrer und Fahrerassistenzfunktion mittels der einstellbaren Querführungsregelungsstruktur dargestellt werden. Wenn sich mehrere Fahrerassistenzfunktionen eine gemeinsame Querführungsregelungsstruktur teilen, kann außerdem der Ressourcenaufwand im Vergleich mit einer eigenen Querführungsregelungsstruktur für jede Fahrerassistenzfunktion reduziert werden. Die Querführungsregelungsstruktur mit beispielsweise einer Mehrzahl von unterlagerten Regelkreisen muss nur einmalig robust ausgelegt werden, wodurch der Applikationsaufwand bei einer Vielzahl von Fahrerassistenzfunktionen erheblich reduziert wird. Die Querführungsregelungsstruktur kann dann von vielen hierarchisch übergeordneten Fahrerassistenzfunktionen mit von außen vorgebbaren Einstellparametern für die stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit aufgerufen werden.
Außerdem können auch kontinuierliche Übergänge zwischen einer Parkfunktion und eine automatisierten Fahrfunktion dargestellt werden. Um von einem Ausparkvorgang mit sehr hohem Autonomiegrad auf eine kooperative Spurführung überzublenden, ließen sich beispielsweise die Einstellparameter der stationären Genauigkeit und der Steifigkeit von einem jeweils sehr großen Wert, z. B. 1 oder 100%, kontinuierlich oder in diskreten Abstufungen auf einen geringeren Wert, z. B. 0.5 oder 50%, variieren.
Über die Vorgabe der stationären Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit kann eine Fahrerassistenzfunktion ein- oder ausgeblendet werden und damit das Übergangsverhalten gestaltet werden.
Vorzugsweise umfasst die Querführungsregelungsstruktur mindestens einen Störgrößenbeobachter zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals für eine Stellgröße eines Reglers der Querführungsregelungsstruktur.
Störgrößenbeobachter sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Diese vergleichen beispielsweise ein durch eine Störung gestörtes Signal des Regelkreises und ein durch die Störung nicht gestörtes Signal und bestimmen so die wirkende Störung. Basierend hierauf kann beispielsweise die Stellgröße am Ausgang eines Reglers durch ein auf der beobachteten Störung basierendes Kompensationssignal so angepasst werden, dass durch die Anpassung der Stellgröße die Störung kompensiert wird.
Erfindungsgemäß ist der Störgrößenbeobachter vorzugsweise eingerichtet, das Kompensationssignal in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Einstellparameters zu bestimmen. Indem das Kompensationssignal von dem eingestellten Parameterwert des ersten und/oder zweiten Einstellparameter abhängig ist, kann über den entsprechend eingestellten Störgrößenbeobachter Einfluss auf die stationäre Genauigkeit einer dem Ausgang des Störgrößenbeobachters vorgelagerten Regelgröße bzw. auf die Übersteuerbarkeit/Steifigkeit genommen werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Störgrößenbeobachter einstellbare Mittel umfasst, um einen in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Einstellparameters einstellbaren Anteil der Störung für das Kompensationssignal zu verwenden, so dass der Grad der Kompensation einstellbar ist. Es wird also nur ein einstellbarer Teil der Störung für die Kompensation verwendet, so dass die Störung nur teilweise kompensiert wird.
Wenn die beobachtete Störung vollständig für die Kompensation verwendet wird, ist die stationäre Genauigkeit einer dem Ausgang des Störgrößenbeobachters vorgelagerten Regelgröße sehr hoch, da die Störung vollständig kompensiert wird. Wenn hingegen nur ein sehr geringer Teil der beobachteten Störung für die Kompensation verwendet wird, ist die stationäre Genauigkeit einer dem Ausgang des Störgrößenbeobachters vorgelagerten Regelgröße sehr gering. Vorzugsweise ist der einstellbare Anteil der Störung in der Weise von dem ersten Einstellparameter abhängig, dass je größer die stationäre Genauigkeit durch den ersten Einstellparameter (zumindest in einem gewissen Einstellbereich für den ersten Einstellparameter) gewählt wird, desto größer ist der Anteil der zur Störgrößenkompensation verwendeten beobachteten Störung.
Wenn die beobachtete Störung vollständig für die Kompensation der Störung verwendet wird, wirkt ein Störgrößenbeobachter ähnlich wie ein Regler mit Integrator-Anteil, bei dem der Regelfehler im stationären Zustand durch den Regler zu null ausgeregelt ist und die stationäre Genauigkeit maximal ist. Der vorstehend beschriebene einstellbare Störgrößenbeobachter bietet gegenüber einem Regler mit Integrator-Anteil den Vorteil, dass die stationäre Genauigkeit einstellbar ist.
Ohne weitere Maßnahmen kompensiert ein Störgrößenbeobachter nicht nur ungewollte Störungen (beispielsweise externe Seitenkräfte, die auf die Reifen wirken), sondern wirkt auch einem fahrerseitigen Lenkmoment entgegen, das für den Störgrößenschätzer wie eine zu kompensierende Störung wirkt, so dass die Lenkung für den Fahrer sehr steif wirkt (d. h. hohe Steifigkeit/geringe Übersteuerbarkeit). Wenn das Ausgangssignal des Störgrößenbeobachters aber in Abhängigkeit des zweiten Einstellparameters variiert werden kann, kann auch die Kompensation eines fahrerseitigen Lenkmoments variiert werden, so dass die Steifigkeit/Übersteuerbarkeit variabel ist.
Vorzugsweise ist der Störgrößenbeobachter in der Weise ausgelegt, dass je geringer die Steifigkeit der Lenkung durch den zweiten Einstellparameter und damit je größer die Übersteuerbarkeit (zumindest in einem gewissen Einstellbereich für den zweiten Einstellparameter) gewählt wird, desto kleiner ist der Anteil der zur Störgrößenkompensation verwendeten Störung (und desto kleiner ist der nachfolgend diskutierte Verstärkungsfaktor k).
Bei den einstellbaren Mitteln kann es sich beispielsweise um einen Skalierungsblock oder Dämpfungsblock im Ausgangspfad des Störgrößenschätzers handeln (d. h. nach dem Bestimmen einer Störung durch Vergleich zweier Signale), dessen Dämpfung in Abhängigkeit des ersten bzw. zweiten Einstellparameters einstellbar ist. Der Verstärkungsfaktor k dieses Skalierungsblocks oder Dämpfungsblocks liegt beispielsweise im Bereich von k = 0 (vollständige Dämpfung) bis k = 1 (keine Dämpfung). Wenn die Dämpfung hoch ist (d. h. k nahe null), wird nur ein geringer Teil des beobachteten Störsignals zur Kompensation verwendet, so dass die stationäre Genauigkeit gering ist. Wenn der Skalierungsblock hingegen keine Dämpfungswirkung hat (k = 1), wird das beobachtete Störsignals vollständig zur Kompensation verwendet und die stationäre Genauigkeit ist maximal. Statt eines Skalierungsblocks im Ausgangspfad des Störgrößenschätzers können auch einstellbare Skalierungsblöcke in den beiden Eingangspfaden des Störgrößenbeobachters verwendet werden, deren Dämpfung gleich eingestellt wird (d. h. k identisch) und die die beiden Eingangssignale des Störgrößenbeobachters vor der Bestimmung der Störsignals je nach Wert des ersten und/oder zweiten Einstellparameters in gleicher Weise dämpfen.
Es ist von Vorteil, wenn der im Störgrößenbeobachter einstellbare Anteil der Störung für das Kompensationssignal auch von dem seitens des Fahrers auf das Lenkrad aufgebrachten Handmoment abhängig ist. Die Fähigkeit des Störgrößenbeobachters zur Störgrößenkompensation wird also vorzugsweise einstellbar von dem fahrerseitigen Handmoment gemacht. Der einstellbare Anteil der beobachteten Störung, der zur Störgrößenkompensation verwendet wird, ist dabei vorzugsweise in der Weise von dem Handmoment abhängig, dass (zumindest in einem gewissen Wertebereich für das Handmoment) bei zunehmendem Betrag des Handmoments der Anteil der verwendeten Störung abnimmt. Je größer das Handmoment ist, desto kleiner ist der zur Störgrößenkompensation verwendete Anteil der beobachteten Störung und damit desto kleiner ist der Verstärkungsfaktor k. Dadurch nimmt bei zunehmendem Handmoment die Kompensation der fahrerseitigen Lenkvorgabe durch den Störgrößenbeobachter ab, so dass die Lenkvorgabe der Querführungsregelungsstruktur durch eine fahrerseitige Lenkvorgabe überdrückbar ist. Hierdurch kann auch ein Windup-Effekt verhindert werden, bei dem sich die Lenkvorgabe der Querführungsregelungsstruktur und die Lenkvorgabe des Fahrers gegenseitig aufschaukeln.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Störgrößenbeobachter einen Begrenzer (Limiter) mit einstellbarer Begrenzung (Grenzwert) umfasst, welcher eingerichtet ist, das Kompensationssignal für die Stellgröße auf die Begrenzung zu begrenzen, und die Begrenzung von dem zweiten Einstellparameter abhängig ist. Hierdurch kann die für den Fahrer erlebte Steifigkeit der Lenkung variiert werden. Durch die einstellbare Begrenzung des Begrenzers kann beispielsweise eingestellt werden, bis zu welcher Stärke der Lenkvorgabe (z. B. bis zu welchem Handmoment) des Fahrers die Fahrervorgabe seitens des Störgrößenbeobachters kompensiert wird.
Wenn das Kompensationssignal auf einem relativen geringen Begrenzungspegel begrenzt wird, wird der Störgrößenbeobachter nur sehr geringfügig der fahrerseitigen Lenkvorgabe entgegenwirken. Dies muss nicht bedeuten, dass die stationäre Genauigkeit im Handsoff-Betrieb reduziert wird, solange der Grenzwert groß genug ist, dass die externen Störungen durch den Störgrößenbeobachter kompensiert werden können.
Vorzugsweise ist die Begrenzung in der Weise ausgelegt, dass je geringer die Steifigkeit der Lenkung durch den zweiten Einstellparameter und damit je größer die Übersteuerbarkeit (zumindest in einem gewissen Einstellbereich für den ersten Einstellparameter) gewählt wird, desto kleiner wird der Betrag der Begrenzung gewählt.
Die einstellbare Begrenzung kann optional auch noch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sein, insbesondere in der Weise, dass je höher die Geschwindigkeit (zumindest in einem gewissen Wertebereich für die Geschwindigkeit) ist, desto geringer ist die einstellbare Begrenzung.
Es kann vorgesehen sein, dass die Querführungsstruktur ein oder mehrere P-Glieder umfasst, deren Verstärkung von dem zweiten Einstellparameter der Übersteuerbarkeit abhängig ist. Je kleiner die Übersteuerbarkeit und damit je größer die Steifigkeit der Lenkung gewählt wird, desto größer ist die resultierende Verstärkung des P-Gliedes.
Darüber hinaus kann eine Vorsteuerung in der Querführungsregelungsstruktur vorgesehen sein und die Übertragungsfunktion der Vorsteuerung von dem ersten Einstellparameter der stationären Genauigkeit abhängig sein. Je größer die stationäre Genauigkeit gewählt wird, desto größer ist vorzugsweise der Einfluss der Vorsteuerung.
Es ist von Vorteil, wenn die Querführungsregelungsstruktur mehrere kaskadierte Regler umfasst. Hierbei handelt es sich um einen Bahnführungsregler, der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe eine Krümmungsvorgabe oder Lenkwinkelvorgabe als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler zu bestimmen, und einen Fahrzeugführungsregler, der eingerichtet ist, anhand der Krümmungsvorgabe bzw. Lenkwinkelvorgabe eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung als Reglerausgangsgröße zu bestimmen. Der Bahnführungsregler und/oder der Fahrzeugführungsregler umfassen einen vorstehend beschriebenen einstellbaren Störgrößenschätzer.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches eine Hilfskraftlenkung, mindestens eine Fahrerassistenzfunktion mit Querführung (beispielsweise ein Parkassistenzfunktion mit automatisierter Querführung und/oder einen Ausweichassistent mit Querführungsunterstützung) und eine vorstehend beschriebene Querführungsregelungsstruktur umfasst. Die Querführungsregelungsstruktur dient für mindestens eine Fahrerassistenzfunktion zur Erzeugung einer Lenkvorgabe basierend auf einer Fahrvorgabe der mindestens einen Fahrerassistenzfunktion. Das Kraftfahrzeug, insbesondere die Fahrerassistenzfunktion als Teil des Fahrzeugs, ist eingerichtet, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter der Querführungsregelungsstruktur einzustellen.
Es ist von Vorteil, wenn das Fahrzeug eine Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktionen umfasst und die genannte Querführungsregelungsstruktur eine gemeinsame Querführungsregelungsstruktur für die Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktionen ist. Die Querführungsregelungsstruktur ist eingerichtet, basierend auf einer Fahrvorgabe der jeweils die Querführungsregelungsstruktur nutzenden Fahrerassistenzfunktion eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung zu erzeugen.
Der erste und/oder der zweite Einstellparameter sind von der die Querführungsregelungsstruktur nutzenden Fahrerassistenzfunktion abhängig.
Die Einstellung des bzw. der Parameter erfolgt dabei vorzugsweise, bevor seitens der Fahrerassistenzfunktion in die Querführung eingegriffen wird.
Wenn beispielsweise eine erste Fahrerassistenzfunktion die Querführungsstruktur nutzen will, wird beispielsweise ein erster Parametersatz für den ersten und zweiten Einstellparameter eingestellt, und wenn beispielsweise eine zweite Fahrerassistenzfunktion die Querführungsstruktur nutzen will, wird beispielsweise ein zweiter Parametersatz für den ersten und zweiten Einstellparameter eingestellt.
Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass die Fahrerassistenzfunktion selbst die gemeinsame Querführungsregelungsstruktur hinsichtlich des ersten und/oder zweiten Einstellparameters einstellt. Alternativ kann auch ein von den Fahrerassistenzfunktionen unabhängiger Funktionsblock zur Vorgabe des ersten und zweiten Einstellparameters vorgesehen sein, der in Abhängigkeit der aktivierten Fahrerassistenzfunktion den ersten und/oder zweiten Einstellparameter der Querführungsregelungsstruktur vorgibt, so dass die Einstellung für die Fahrerassistenzfunktion optimal ist. Jeder Fahrerassistenzfunktion aus der Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktion ist dabei ein bestimmter Wert des ersten und/oder zweiten Einstellparameters zugewiesen und beim Konfigurieren der Querführungsregelungsstruktur für die jeweilige Fahrerassistenzfunktion wird dieser Wert des ersten bzw. zweiten Einstellparameters zur Einstellung der Querführungsregelungsstruktur verwendet.
Die Einstellung des ersten und/oder zweiten Einstellparameters passend für die jeweilige Fahrerassistenzfunktion erfolgt beispielsweise bei Aktivieren der Funktion durch Tastendruck seitens des Fahrers oder bei automatischem Auslösen eines Querführungseingriffs in einer Gefahrensituation.
Vorzugsweise werden beim Übergang zwischen einer Verwendung der Querführungsstruktur seitens einer ersten Fahrassistenzfunktion und einer Verwendung der Querführungsstruktur seitens einer zweiten Fahrassistenzfunktion der erste und/oder der zweite Einstellparameter verändert. Der erste und/oder der zweite Einstellparameter werden dabei beispielsweise von dem für die erste Fahrerassistenzfunktion verwendeten Wert auf den für die zweite Fahrerassistenzfunktion verwendeten Wert über mehrere Zwischenwerte (insbesondere kontinuierlich) verändert. Hierdurch können fließende Übergänge hinsichtlich des Verhaltens der Querführung in Bezug auf stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit zwischen den Fahrerassistenzfunktionen geschaffen werden.
In ähnlicher Weise kann das Kraftfahrzeug eingerichtet sein, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter im Zusammenhang mit dem Ein- oder Ausblenden der Fahrerassistenzfunktion von einem Ausgangswert des jeweiligen Einstellparameters auf einen Zielwert des jeweiligen Einstellparameters über ein oder mehrere Zwischenwerte zu verändern.
Beispielsweise kann beim Ausblenden einer Fahrerassistenzfunktion der Parameterwert für die Steifigkeit der Lenkung von einem für die Fahrerassistenzfunktion verwendeten Ausgangswert auf einen Wert für minimale Steifigkeit (beispielsweise 0) reduziert werden. Auch der Parameterwert für die stationäre Genauigkeit kann von einem für die Fahrerassistenzfunktion verwendeten Ausgangswert auf einen Wert für minimale stationäre Genauigkeit (beispielsweise 0) reduziert werden. Hierdurch wird der Fahrer beim Ausblenden der Fahrerassistenzfunktion fließend in die vollständige Übernahme der Fahreraufgabe eingeführt.
Die Fahrerassistenzfunktion kann eingerichtet sein, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation, insbesondere der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, einzustellen. Hierdurch kann die Querführungsregelungsstruktur in Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation in Bezug auf die stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit unterschiedlich reagieren. Wenn beispielsweise bei einem Seitenkollisionswarnsystem ein kritisches seitliches Objekt erkennt, wird die Querführungsregelungsstruktur in Bezug auf die stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit anders eingestellt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter in Abhängigkeit einer fahrerseitigen Vorgabe einzustellen. Die Vorgabe kann beispielsweise durch ein Bedienelement im Fahrzeug, insbesondere einen Schalter im Fahrzeug, erfolgen. Die Wahl des ersten und/oder zweiten Einstellparameters hängt dann von der Stellung des Schalters ab.
In einer ersten Schalterstellung wird beispielsweise eine lose Querführung realisiert, bei der der Einstellparameter für die stationäre Genauigkeit und/oder der Einstellparameter für die Steifigkeit so gewählt werden, dass die stationäre Genauigkeit bzw. die Steifigkeit gering sind. In einer zweiten Schalterstellung wird beispielsweise eine starre Querführung realisiert, bei der der Einstellparameter für die stationäre Genauigkeit und/oder der Einstellparameter für die Steifigkeit so gewählt werden, dass die stationäre Genauigkeit bzw. die Steifigkeit hoch sind.
Bei dem Schalter kann es sich beispielsweise um einen Schalter handeln, über den der Fahrer einen Fahrzeugbetriebsmodus aus einer Mehrzahl von Fahrzeugbetriebsmodi (z. B. sportlich, ökonomisch, normal) auswählen kann.
Alternativ kann die fahrerseitige Vorgabe auch in einem Funkschlüssel zum Öffnen des Fahrzeugs abgelegt sein. Die fahrerseitige Vorgabe kann auch über eine entsprechende App auf einem Smartphone erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Querführungsregelungsstruktur;
2 die Position eines Fahrzeugs FZG relativ zum Verlauf einer geplanten Trajektorie τ und zum Straßenverlauf r;
3 ein Ausführungsbeispiel für den Bahnführungsregler BFR;
4 ein Ausführungsbeispiel für den Fahrzeugführungsregler FFR;
5 ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung des Verstärkungsfaktors k in Abhängigkeit des Parameters G der stationären Genauigkeit, des Parameters S der Steifigkeit der Lenkung und des Betrags des Handmoments M_H,m;
6 ein Ausführungsbeispiel zur Implementierung des P-Gliedes kp bzw. kd;
7 ein Ausführungsbeispiel zur Implementierung der Vorsteuerung Fc;
8 beispielhafte Zeitverläufe des Parameters S der Steifigkeit der Lenkung und des Parameters G der stationären Genauigkeit; und
9 eine beispielhafte Struktur eines elektromechanischen Hilfskraftlenkung EPS.
1 zeigt eine gemeinsame erfindungsgemäße Querführungsregelungsstruktur für eine Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktion FAS1, FAS2, FAS3.
Hierbei wird eine hierarchische Reglerstruktur mit einer Trajektorienplanung TPL, einem Bahnführungsregler BFR und einem Fahrzeugführungsregler vorgesehen. Innerhalb der elektromechanischen Hilfskraftlenkung EPS sind vorzugsweise ein oder mehrere Regler (nicht dargestellt) vorgesehen, die dem Fahrzeugführungsregler FFR nachgelagert sind. Dies wird später im Zusammenhang mit 9 erläutert. Die Aufgabe der unterlagerten EPS-Regler ist es beispielsweise, das Motormoment für den Elektromotor zu regeln und dem Fahrer abhängig von dessen Lenkeingriff ein Unterstützungsmoment zu geben, den Lenkwinkel zu dämpfen und/oder einen aktiven Rücklauf zu erzeugen.
Jede der Fahrerassistenzfunktionen FAS1, FAS2 und FAS3 geben ihren eigenen Einstellparameterwert G für die stationäre Genauigkeit von Regelgrößen und ihren eigenen Einstellparameterwert S für die Steifigkeit der Lenkung vor. Über ein Auswahlelement SEL1 wird der Einstellparameter G für die stationäre Genauigkeit und der Einstellparameter S für die Steifigkeit der aktiven Fahrassistenzfunktion ausgewählt. Hierbei wird vereinfacht angenommen, dass nur eine der Mehrzahl von Fahrassistenzfunktionen FAS1, FAS2, FAS3 zu einem Zeitpunkt aktiv sein kann. Ferner gibt die jeweils aktive Fahrassistenzfunktion eine Fahraufgabe FA vor, die über ein Auswahlelement SEL2 an eine Trajektorienplanung TPL übergeben wird. Die Trajektorienplanung dient auch der globalen Steuerung und nimmt die Werte der Einstellparameter G, S entgegen. In der Trajektorienplanung TPL wird eine Fahrtrajektorie geplant und die Vorgabe für die geplante Trajektorie an einen Bahnführungsregler BFR übergeben. Die Trajektorienvorgabe umfasst den Soll-Kurswinkel ψ_ref, die laterale Soll-Position y_ref und die Krümmung κ_ref der Trajektorie.
In 2 sind die Größen ψ_ref und y_ref anhand einer beispielhaften geplanten Trajektorie τ dargestellt, auf der sich das Fahrzeug FZG bewegen soll. Die Kurve r entspricht dabei dem Straßenverlauf. Der Soll-Kurswinkel ψ_ref beschreibt den Winkel zwischen der Bewegungsrichtung und der Tangente an die Straße r an dem jeweiligen Punkt P der Trajektorie. Die laterale Soll-Position y_ref entspricht dem Abstand der Trajektorie τ an dem jeweiligen Punkt P zur Straße r. Die Krümmung κ_ref der Trajektorie τ entspricht der Krümmung der Linie der Trajektorie τ an dem jeweiligen Punkt P.
Der Bahnführungsregler BFR dient dazu, anhand der Trajektorienvorgabe ψ_ref, y_ref, κ_ref eine Soll-Krümmung κ_d für einen nachgeschalteten Fahrzeugführungsregler FFR zu berechnen. Die Soll-Krümmung κ_d entspricht der Krümmung der Linie l, auf der sich das Fahrzeug FZG bewegen soll, um bei einer Abweichung von der geplanten Trajektorie τ wieder auf die geplante Trajektorie τ zurückzufinden (s. 2).
Der Fahrzeugführungsregler FFR dient dazu, anhand der Krümmungsvorgabe κ_d ein Motormoment M_M für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS zu bestimmen (s. 1). Bei dem Motormoment M_M handelt es sich vorzugsweise nicht um den Absolutwert des tatsächlich einzustellenden Motormoments eines Elektromotors EM der Hilfskraftlenkung EPS, sondern um einen Offset-Wert, um den eine von dem Handmoment M_H,m und gegebenenfalls anderen Einflussgrößen (beispielsweise Dämpfung, Rücklauf) abhängige Vorgabe M_M2 für das Motormoment verschoben wird. Wenn die Vorgabe M_M2 gleich null ist, entspricht das Motormoment M_M des Fahrzeugführungsreglers FFR dem Soll-Moment M_S für den Elektromotor EM.
Eine beispielhafte innere Struktur der Hilfskraftlenkung EPS ist in 9 dargestellt. Diese umfasst einen Momentenregelkreis mit einem Momentenregler MR zur Einstellung des Motormoments des Elektromotors EM. Der Sollwert M_S für das Motormoment ergibt sich aus dem Momentenwert M_M2 und dem vom Fahrzeugführungsregler FFR gelieferten Offsetwert M_M. Aus dem gemessenen Handmoment M_H,m wird über den Lenkunterstützungsblock LU ein Momentenwert berechnet, der mit einem Momentenwert einer oder mehrerer geregelten Lenkungsfunktionen LFR überlagert wird. Ferner kann hierzu noch ein Momentenwert einer oder mehrerer gesteuerter Lenkungsfunktionen LFF hinzuaddiert werden.
Der Fahrzeugführungsregler FFR umfasst einen Block UR, in dem die Soll-Krümmung κ_d in einen Soll-Lenkwinkel δ_d umgerechnet wird. In dem Block UR werden charakteristische Fahrzeugparameter zur Umrechnung genutzt, beispielsweise die charakteristische Geschwindigkeit und der Radstand. Optional kann in dem Block UR basierend auf der Soll-Krümmung κ_d auch eine Soll-Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._d = dδ_d/dt berechnet werden. Der Soll-Lenkwinkel und gegebenenfalls auch die Soll-Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._d = dδ_d/dt dienen einem Lenkwinkelregler LWR als Führungsgrößen, der basierend hierauf ein Motormoment M_M für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS berechnet. Die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS umfasst wiederum vorzugsweise ein oder mehrere unterlagerte Regler, wie bereits vorstehend erläutert.
Der Fahrer greift gegebenenfalls über ein zusätzliches Handmoment M_H, welches dieser auf das Lenkrad ausübt, in die Lenkung des Fahrzeugs FZG ein. Außerdem wirken externe Störungen d, wie beispielsweise Seitenkräfte durch seitlich abschüssige Fahrbahnen oder Seitenwinde. Gemessene Ist-Bewegungsgrößen des Fahrzeugs FZG, insbesondere die Ist-Werte der Regelgrößen werden an den Bahnführungsregler BFR und den Fahrzeugführungsregler FFR zurückgekoppelt.
Durch die Querführungsregelungsstruktur mit einem Bahnführungsregler BFR, der eine Krümmungsvorgabe κ_d bestimmt, die als Steuergröße für den nachgeschalteten Fahrzeugführungsregler FFR dient, kann der Bahnführungsregler BFR im Wesentlichen unabhängig von den Fahrzeugparametern ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass der Bahnführungsregler für eine Vielzahl unterschiedlicher und unterschiedlicher Fahrzeugkonfigurationen verwendbar ist.
Beispielsweise ist der Bahnführungsregler BFR in einem ersten Steuergerät integriert und der Fahrzeugführungsregler FFR ist in einem zweiten Steuergerät integriert, wobei das erste und das zweite Steuergerät miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über einen oder mehrere vernetzte Fahrzeugbusse. Der Bahnführungsregler BFR in dem ersten Steuergerät kann dann beispielsweise ohne weitere Anpassung oder nur mit geringfügiger Anpassung bei verschiedenen oder Fahrzeugkonfigurationen des gleichen Fahrzeugmodells verwendet werden. Bei dem ersten Steuergerät handelt es sich beispielsweise um das Steuergerät, in dem auch die Fahrerassistenzfunktionen FAS1, FAS2, FAS3, die die Querführungsregelungsstruktur nutzen, integriert sind.
Die Werte der Einstellparameter G, S für die stationäre Genauigkeit bzw. Steifigkeit werden von der Trajektorienplanung TPL an den Bahnführungsregler BFR übergeben. Der Bahnführungsregler BFR leitet diese Werte an den Fahrzeugführungsregler FFR weiter. Bei einer alternativen Implementierung kann vorgesehen sein, dass im Bahnführungsregler BFR basierend auf den Einstellparametern G, S modifizierte Parameterwerte G', S' für die stationäre Genauigkeit bzw. Steifigkeit bestimmt werden und diese modifizierten Werte G', S' an den Fahrzeugführungsregler FFR zur Einstellung des Fahrzeugführungsreglers FFR übergeben werden. Im Folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung angenommen, dass die Parameterwerte G, S für den Bahnführungsregler BFR und den Fahrzeugführungsregler FFR identisch sind und nicht modifiziert werden.
In 3 ist eine beispielhafte Implementierung des Bahnführungsreglers BFR dargestellt. Der Bahnführungsregler BFR umfasst eine Vorsteuerung VS und einen Trajektorien-Folge-Regler TFR.
Der Trajektorien-Folge-Regler TFR wertet als Führungsgrößen sowohl den Soll-Kurswinkel ψ_ref der Trajektorie, die Soll-Krümmung κ_ref als auch die laterale Soll-Position y_ref der Trajektorie aus. Der Reglerkern TC des Trajektorien-Folge-Reglers TFR multipliziert den Regelfehler Δψ im Kurswinkel mit einem Faktor k₁, multipliziert den Regelfehler Δy in der lateralen Position mit einem Faktor k₂ und multipliziert den Regelfehler Δκ in der Krümmung mit einem Faktor k₃: κ_tc = k₁·Δψ + k₂·Δy + k₃·Δκ
Zur Berechnung des Regelfehlers Δy in der lateralen Position wird die laterale Soll-Position y_ref mit der über eine Kamera gemessenen tatsächlichen lateralen Position y_r verglichen (s. die tatsächliche laterale Position y_r in 2).
Mittels einer Kamera wird typischerweise nicht der tatsächliche Ist-Kurswinkel ψ_r (s. 2) bestimmt, sondern der Ist-Winkel ψ_rm zwischen der Tangente der Straße r und der Längsachse des Fahrzeugs FZG. Diese beiden Winkel unterscheiden sich um den Schwimmwinkel β.
Daher ist ein Schwimmwinkel-Schätzer SWS zur Bestimmung einer Schätzung β_obs für den Schwimmwinkel β vorgesehen und der Trajektorien-Folge-Regler TFR ist eingerichtet, die gemessene Winkeldifferenz zwischen dem Soll-Kurswinkel ψ_ref und dem gemessenen Ist-Winkel ψ_rm um den geschätzten Schwimmwinkel β_obs zu korrigieren.
Ferner ist ein Störgrößenbeobachter DO1 zur Bestimmung eines Kompensationssignals κ_dob vorgesehen, um beispielsweise Seitenkraft-Störungen stationär zu kompensieren. Hierbei kann die Kompensation variabel in Abhängigkeit des Einstellparameters S für die Steifigkeit und/oder des Einstellparameters G für die stationäre Genauigkeit eingestellt werden. Der Einstellparameter G betrifft im Fall des Bahnführungsreglers BFR die stationäre Genauigkeit der im Bahnführungsregler BFR auf den Sollwert y_ref geregelten lateralen Position, die auf den Sollwert κ_ref geregelte Krümmung sowie indirekt die stationäre Genauigkeit der im BFR auf den Sollwert ψ_ref geregelten Kurswinkels.
Hierzu ist ein Skalierungsblock k (entspricht einem Dämpfungsblock) mit einer einstellbaren Verstärkung k vorgesehen (mit k vorzugsweise im Bereich von 0 bis 1). Der Skalierungsblock k bewirkt, dass nur der Anteil k der beobachteten Störung für das Kompensationssignal κ_dob verwendet wird, so dass die Kompensation einstellbar ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn – wie in 3 dargestellt – der Störgrößenbeobachter DO1 einen Begrenzer LIM mit einstellbarer Begrenzung umfasst, welcher eingerichtet ist, das Kompensationssignal für die Stellgröße auf die Begrenzung zu begrenzen, und die Begrenzung von der Steifigkeit S abhängig ist; dies wird im Zusammenhang mit 4 genau erläutert.
Die Verstärkung k hängt vorzugsweise sowohl von den Werten für G und/oder S als auch von dem gemessenen Handmoment M_H,m ab. Dies wird im Zusammenhang mit dem Störgrößenschätzer DO2 im Fahrzeugführungsregler FFR später genauer erläutert.
Auf den Skalierungsblock k in 3 kann auch verzichtet werden und dieser durch eine Durchverbindung ersetzt werden; dann ist die Störungs-Kompensation nicht einstellbar und die stationäre Genaugkeit der oben genannten Größen maximal.
In 4 ist eine beispielhafte Implementierung des Fahrzeugführungsreglers FFR dargestellt. In dem Block UR werden basierend auf der seitens des Bahnführungsreglers BFR bestimmten Soll-Krümmung κ_d ein Soll-Lenkwinkel δ_d und eine Soll-Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._d = dδ_d/dt bestimmt und an den Lenkwinkelregler LWR als Führungsgrößen übergeben. Der Lenkwinkelregler LWR bestimmt ein Motormoment M_M für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS und umfasst eine kaskadierte Reglerstruktur mit einem Lenkwinkelregler kp in Form eines P-Glieds (Proportionalregler) und einem nachgelagerten Lenkwinkelgeschwindigkeitsregler kd in Form eines anderen P-Glieds (in 4 mathematisch äquivalent aufgeteilt auf zwei Blöcke kd im Vorwärtszweig und in der Rückkopplung). Die beiden P-Glieder kp, kd können einen Regelfehler für den Lenkwinkel δ_d und die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._d stationär nicht ausregeln. Ferner ist in dem Lenkwinkelregler LWR ein Störgrößenbeobachter DO2 vorgesehen, der ein Kompensationssignal M_M,DO für das Reglerausgangssignal des Lenkwinkelgeschwindigkeitsreglers kd bestimmt; dieser wirkt ähnlich wie ein Integrator und ist grundsätzlich in der Lage, einen Regelfehler für den Lenkwinkel δ_d und die Lenkwinkelgeschwindigkeit δ ._d stationär genau ausregeln. Außerdem ist eine Vorsteuerung Fc vorhanden, welche einen Vorsteueranteil M_M,f für das Motormoment M_M bestimmt.
Der Störgrößenbeobachter DO2 dient zur Kompensation des fahrerseitigen Handmoments M_H, externer Störungen d_δ,
durch das Kompensationssignal M_M,DO. Der Störgrößenbeobachter DO2 schätzt dabei die resultierende Störung M'_M,DO bezogen auf den Eingang der Regelstrecke G_FZG. Nur ein einstellbarer Anteil der Störung wird für das Kompensationssignal M_M,DO verwendet. Dieser Anteil hängt dabei von dem Einstellparameter S für die Steifigkeit und von dem Einstellparameter G für die stationäre Genauigkeit ab. Der Einstellparameter G betrifft im Fall des Fahrzeugführungsreglers FFR die stationäre Genauigkeit des im Fahrzeugführungsregler FFR auf den Sollwert δ_d geregelten Lenkwinkels und die im Fahrzeugführungsregler FFR auf den Sollwert δ ._d geregelten Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Hierzu ist ein Skalierungsblock k mit einer einstellbaren Verstärkung k vorgesehen (mit k vorzugsweise im Bereich von 0 bis 1). Der Skalierungsblock k bewirkt, dass nur der Anteil k der beobachteten Störung M'_M,DO für das Kompensationssignal M_M,DO verwendet wird (hierbei wird der Block LIM nicht berücksichtigt). Die Verstärkung k hängt vorzugsweise sowohl von den Werten für G und S als auch von dem gemessenen Handmoment M_H,m ab. Wenn k = 1 ist, wird die gesamte beobachte Störung M'_M,F für das Kompensationssignal M_M,DO verwendet (sofern der Begrenzer LIM noch nicht begrenzt) und das resultierende Stellsignal M_M führt zur stationären Genauigkeit. Wenn k < 1 ist, wird nur ein Teil der beobachteten Störung M'_M,F für das Kompensationssignal M_M,DO verwendet und daher die Störung (d. h. M_H, d_δ,
) nur teilweise kompensiert; der Lenkwinkel δ_d ist dann nicht stationär genau, da der Störgrößenbeobachter DO2 die Störung nicht vollständig kompensiert.
In 5 ist eine beispielhafte Abhängigkeit der Verstärkung k (Wertebereich 0 bis 1) von den Parameterwerten G, S und dem am Drehstab gemessenen Handmoment M_H,m dargestellt.
Der Parameterwert G für die stationäre Genauigkeit hat einen Wertebereich von 0 bis 1, wobei der Wert 0 der geringsten stationären Genauigkeit entspricht und der Wert 1 der größten stationären Genauigkeit entspricht.
Der Parameterwert S für die Steifigkeit der Lenkung hat einen Wertebereich von 0 bis 1, wobei der Wert 0 der geringsten Steifigkeit entspricht und der Wert 1 der größten Steifigkeit entspricht.
Je größer der Wert G im Bereich von 0 bis 1 für die stationäre Genauigkeit gewählt wird, desto größer wird der Wert k und umso größer ist der Anteil k·M'_M,DO der beobachten Störung M'_M,DO, der für das Kompensationssignal M_M,F verwendet wird. Optional ist ein Kennlinie KL1 mit steigender Kennlinienform (d. h. der Ausgangswert y nimmt mit steigendem Eingangswert x zu) vorgesehen, die den Parameterwert G vor der Multiplikation verändert.
Je größer der Wert S im Bereich von 0 bis 1 für die Steifigkeit der Lenkung gewählt wird, desto größer wird der Wert k und umso größer ist der Anteil k·M'_M,DO der beobachten Störung M'_M,DO, der für das Kompensationssignal M_M,F verwendet wird. Hierzu wird der Parameterwert S vor der Multiplikation mit dem Handmoment M_H,m über eine fallende Kennlinie KL2 umgerechnet und dann das resultierende Produkt aus dem umgerechneten Parameterwert S und dem Handmoment M_H,m über eine fallende Kennlinie KL3 auf den Wertebereich von 0 bis 1 transformiert.
Wie aus 5 ersichtlich, nimmt bei zunehmendem Betrag |M_H,m| des Handmoments M_H,m der Wert für k ab und damit auch der Anteil k·M'_M,DO der beobachten Störung M'_M,DO, der für das Kompensationssignal M_M,F verwendet wird.
Die vorstehend beschriebene Abhängigkeit des Wertes k von den Parameterwerten G, S und dem Handmoment M_H,m kann auch für den Wert k in dem Störgrößenbeobachter DO1 des Bahnführungsreglers BFR aus 3 verwendet werden.
Ferner ist in dem Ausgangszweig des Störgrößenbeobachters DO2 des Fahrzeugführungsreglers FFR aus 4 ein Begrenzer LIM mit einstellbarer Begrenzung vorgesehen, welcher dazu dient, das Kompensationssignal M_M,DO zu begrenzen. In 4 ist der Begrenzer LIM dem Dämpfungsglied k vorgeschaltet; es wäre aber auch möglich, das Dämpfungsglied k dem Begrenzer LIM vorzuschalten. Der Begrenzer LIM begrenzt positive Eingangswerte größer dem positiven Grenzwert MAX auf diesen Grenzwert MAX; in entsprechender Weise begrenzt der Begrenzer LIM negative Eingangswerte kleiner dem negativen Grenzwert –MAX auf diesen negativen Grenzwert –MAX. Der positive Grenzwert MAX und damit auch der negative Grenzwert –MAX hängen von dem Parameterwert S für die Steifigkeit ab.
Vorzugsweise ist der positive Grenzwert MAX in der Weise von dem Parameterwert S der Steifigkeit abhängig, dass je größer der Parameterwert S und damit die Steifigkeit der Lenkung gewählt wird, desto größer wird der positive Grenzwert MAX gewählt.
Durch die Einstellung des Begrenzers LIM kann vorgegeben werden, bis zu welcher Stärke der Lenkvorgabe (z. B. bis zu welchem Handmoment M_H,m) des Fahrers die Fahrervorgabe seitens des Störgrößenbeobachters kompensiert wird. Wenn das Kompensationssignal M_M,DO auf einem relativen geringen Begrenzungspegel begrenzt wird, wird der Störgrößenbeobachter nur sehr geringfügig gegen die fahrerseitige Lenkvorgabe entgegenwirken.
Der Grenzwert MAX des Begrenzers LIM kann optional zusätzlich auch noch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sein, insbesondere in der Weise, dass je höher die Geschwindigkeit (zumindest in einem gewissen Wertebereich für die Geschwindigkeit) ist, desto geringer ist die einstellbare Begrenzung.
Die vorstehend beschriebene Einstellung des Begrenzers LIM kann auch für die Einstellung des Begrenzers LIM in dem Störgrößenbeobachter DO1 des Bahnführungsreglers BFR aus 3 verwendet werden.
Ferner sind die resultierende P-Verstärkung des P-Glieds kp und die resultierende P-Verstärkung des P-Glieds kd vorzugsweise von dem Parameter S der Steifigkeit abhängig. Je größer die Steifigkeit S gewählt wird, desto größer ist die resultierende Verstärkung des Reglers kp bzw. die resultierende P-Verstärkung des Reglers kd.
In 6 ist eine beispielhafte Implementierung für den P-Regler kp bzw. den P-Regler kd mit den Kennlinien KL4 und KL5 dargestellt, dessen P-Verstärkung von dem Parameter S der Steifigkeit abhängig ist. Die P-Verstärkung ist optional auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit und optional vom Regelfehler abhängig.
Darüber hinaus ist die Übertragungsfunktion der Vorsteuerung Fc vorzugsweise von dem Parameter der stationären Genauigkeit G abhängig. Je größer die stationäre Genauigkeit G gewählt wird, desto größer ist der Einfluss der Vorsteuerung Fc. Eine beispielhafte Implementierung für die Vorsteuerung Fc mit den Kennlinien KL6 und KL7 ist in 7 schematisch skizziert.
Die vorstehend beschriebene Abhängigkeit der Verstärkung der P-Glieder kp, kd und der Übertragungsfunktion des Vorsteuerung Fc von dem Parameter S der Steifigkeit bzw. von dem Parameter G der stationären Genauigkeit kann in ähnlicher Weise auch auf den Block TC bzw. die Vorsteuerung VS in dem Bahnführungsregler BFR übertragen werden.
Im Zusammenhang mit 1 wurde beschrieben, dass jede der Fahrerassistenzfunktionen FAS1, FAS2 und FAS3 ihren eigenen Einstellparameterwert G für die stationäre Genauigkeit und ihren eigenen Einstellparameterwert S für die Steifigkeit der Lenkung vorgeben.
Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass die Einstellparameter S, G im Zusammenhang mit dem Ein- oder Ausblenden einer Fahrerassistenzfunktion FAS1, FAS2, FAS3 von einem Ausgangswert des jeweiligen Einstellparameters auf einen Zielwert des jeweiligen Einstellparameters über ein oder mehrere Zwischenwerte verändert werden.
In 8 sind ein beispielhafter Verlauf des Parameters S für die Steifigkeit und ein beispielhafter Verlauf des Parameters G für die stationäre Genauigkeit über der Zeit t dargestellt. Zum Zeitpunkt t = t₁ wird eine erste Fahrerassistenzfunktion FAS1 aktiv und beginnt nachfolgend, Einfluss auf die Querführung des Fahrzeugs FZG zu nehmen; der Parameter S der Steifigkeit wird bei aktiver Fahrerassistenzfunktion FAS1 auf S = 1,0 gesetzt; der Parameter G für die stationäre Genauigkeit bleibt auf G = 0. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer Δt₁ (z. B. Δt₁ = 2, 5 s) wird die Fahrerassistenzfunktion FAS1 zum Zeitpunkt t = t₂ ausgeblendet. Hierzu wird innerhalb eines Zeitfensters Δt₂ (z. B. 0,5 s) der Einstellparameter S von seinem Ausgangswert auf den Zielwert 0 über mehrere Zwischenwerte reduziert. Zum Zeitpunkt t = t₃ wird eine zweite Fahrerassistenzfunktion FAS2 aktiv und beginnt nachfolgend, Einfluss auf die Querführung des Fahrzeugs FZG zu nehmen; der Parameter S der Steifigkeit wird bei aktiver Fahrerassistenzfunktion FAS1 auf S = 0,7 gesetzt, wohingegen der Parameter G für die stationäre Genauigkeit auf G = 1 gesetzt wird. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer Δt₃ (z. B. Δt₁ = 2, 5 s) wird die Fahrerassistenzfunktion FAS2 zum Zeitpunkt t = t₄ wieder ausgeblendet.

Claims

Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) mit einer oder mehreren Regelgrößen (y_ref, δ_d, δ ._d) zur Erzeugung einer Lenkvorgabe (M_M) für eine Hilfskraftlenkung (EPS) eines Kraftfahrzeugs (FZG), wobei die Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) eingerichtet ist, dass – mittels eines ersten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters (G) die stationäre Genauigkeit einer oder mehrerer Regelgrößen (y_ref, δ_d, δ ._d) veränderbar ist und/oder – mittels eines zweiten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters (S) die Übersteuerbarkeit der seitens der Querführungsregelungsstruktur vorgegebenen Lenkvorgabe (M_M) durch eine fahrerseitige Lenkvorgabe veränderbar ist.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 1, wobei – die Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) mindestens einen Störgrößenbeobachter (DO1, DO2) zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals (κ_dob, M_M,DO) für eine Stellgröße (κ_tc,
) eines Reglers der Querführungsregelungsstruktur umfasst, und – der Störgrößenbeobachter (DO1, DO2) eingerichtet ist, das Kompensationssignal (κ_dob, M_M,DO) unter Berücksichtigung des ersten und/oder zweiten Einstellparameters (G, S) zu bestimmen.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 2, wobei der Störgrößenbeobachter (DO1, DO2) einstellbare Mittel (k) umfasst, um einen in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Einstellparameters (G, S) einstellbaren Anteil der beobachteten Störung für das Kompensationssignal (κ_dob, M_M,DO) zu verwenden, so dass der Grad der Kompensation einstellbar ist.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 3, wobei der einstellbare Anteil der Störung in der Weise von dem ersten Einstellparameter abhängig ist, dass je größer die stationäre Genauigkeit durch den ersten Einstellparameter (G) gewählt wird, desto größer ist der einstellbare Anteil der beobachteten Störung.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der Ansprüche 3–4, wobei der einstellbare Anteil der beobachteten Störung in der Weise von dem zweiten Einstellparameter (S) abhängig ist, dass je größer die Übersteuerbarkeit durch den zweiten Einstellparameter (S) gewählt wird, desto kleiner ist der einstellbare Anteil der beobachteten Störung.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der Ansprüche 3–5, wobei der einstellbare Anteil der beobachteten Störung für das Kompensationssignal (κ_dob, M_M,DO) auch von dem seitens des Fahrers auf das Lenkrad aufgebrachten Handmoment (M_H) abhängig ist.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 6, wobei der einstellbare Anteil der beobachteten Störung in der Weise von dem Handmoment (M_H) abhängig ist, dass bei zunehmendem Betrag des Handmoments (M_H) der einstellbare Anteil der Störung abnimmt.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der Ansprüche 2–7, wobei – der Störgrößenbeobachter (DO1, DO2) einen Begrenzer (LIM) mit einstellbarer Begrenzung umfasst, welcher eingerichtet ist, das Kompensationssignal (κ_dob, M_M,DO) für die Stellgröße zu begrenzen, und – die Begrenzung von dem zweiten Einstellparameter (S) abhängig ist.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der Ansprüche 2–8, wobei – die Querführungsregelungsstruktur mehrere kaskadierte Regler umfasst, nämlich – einen Bahnführungsregler (BFR), der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe (ψ_ref, y_ref, κ_ref) eine Krümmungsvorgabe (κ_d) oder Lenkwinkelvorgabe (δ_d) als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler (FFR) zu bestimmen, und – den Fahrzeugführungsregler (FFR), der eingerichtet ist, anhand der Krümmungsvorgabe (κ_d) bzw. Lenkwinkelvorgabe (δ_d) die Lenkvorgabe (M_M) für die Hilfskraftlenkung (EPS) als Reglerausgangsgröße zu bestimmen, und – der Bahnführungsregler (BFR) und/oder der Fahrzeugführungsregler (FFR) den Störgrößenschätzer (DO1, DO2) umfassen.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) zur Erzeugung der Lenkvorgabe in Form einer Motormomentvorgabe (M_M), einer Handmomentvorgabe oder einer Zahnstangen-Kraftvorgabe für den Elektromotor der Hilfskraftlenkung in Form einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung (EPS) dient.
Kraftfahrzeug (FZG), umfassend – eine Hilfskraftlenkung (EPS), – mindestens eine Fahrerassistenzfunktion (FAS1, FAS2, FAS3) und – eine Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die mindestens eine Fahrerassistenzfunktion (FAS1, FAS2, FAS3) zur Erzeugung einer Lenkvorgabe (M_M) für die Hilfskraftlenkung (EPS) basierend auf einer Fahrvorgabe (FA) der mindestens einen Fahrerassistenzfunktion (FAS1, FAS2, FAS3), wobei – das Kraftfahrzeug (FZG), insbesondere die Fahrerassistenzfunktion (FAS1, FAS2, FAS3) als Teil des Fahrzeugs, eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter (G, S) der Querführungsregelungsstruktur vorzugeben.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei – das Fahrzeug (FZG) eine Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktionen (FAS1, FAS2, FAS3) umfasst, – die Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) eine gemeinsame Querführungsregelungsstruktur für die Mehrzahl von Fahrerassistenzfunktionen (FAS1, FAS2, FAS3) ist, die eingerichtet ist, basierend auf einer Fahrvorgabe (FA) der jeweils die Querführungsregelungsstruktur nutzenden Fahrerassistenzfunktion eine Lenkvorgabe (M_M) für die Hilfskraftlenkung (EPS) zu erzeugen, und – das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, dass der erste und/oder der zweite Einstellparameter (G, S) von der die Querführungsstruktur jeweils nutzenden Fahrerassistenzfunktion abhängig ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, wobei das Kraftfahrzeug (FZG) eingerichtet ist, beim Übergang zwischen einer ersten Fahrassistenzfunktion und einer zweiten Fahrassistenzfunktion den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter (G, S) von dem für die erste Fahrerassistenzfunktion verwendeten Wert auf den für die zweite Fahrerassistenzfunktion verwendeten Wert über mehrere Zwischenwerte zu verändern.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 11–13, wobei das Kraftfahrzeug (FZG) eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter (G, S) im Zusammenhang mit dem Ein- oder Ausblenden der Fahrerassistenzfunktion von einem Ausgangswert des jeweiligen Einstellparameters auf einen Zielwert des jeweiligen Einstellparameters über ein oder mehrere Zwischenwerte zu verändern.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 11–14, wobei die Fahrerassistenzfunktion (FAS1, FAS2) eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter (G, S) in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation, insbesondere der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, einzustellen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 11–15, wobei das Kraftfahrzeug (FZG) eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Einstellparameter (G, S) in Abhängigkeit einer fahrerseitigen Vorgabe einzustellen.