DE102014208786B4

DE102014208786B4 - Querführungsregelungsstruktur zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem Bahnführungsregler und einem über eine Krümmungsvorgabe angesteuerten, nachgelagerten Fahrzeugführungsregler

Info

Publication number: DE102014208786B4
Application number: DE102014208786.4A
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: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2034-05-10
Also published as: DE102014208786A1

Abstract

Querführungsregelungsstruktur (BFR, FFR) zur Erzeugung einer Lenkvorgabe (MM) für eine Hilfskraftlenkung (EPS) eines Kraftfahrzeugs (FZG), wobei die Querführungsregelungsstruktur mehrere kaskadierte Regler umfasst, nämlich – einen Bahnführungsregler (BFR), der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe (ψref, yref, κref) eine Krümmungsvorgabe (κd) als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler (FFR) zu bestimmen, und – einen Fahrzeugführungsregler (FFR), der eingerichtet ist, anhand der Krümmungsvorgabe (κd) die Lenkvorgabe (MM) für die Hilfskraftlenkung als Reglerausgangsgröße zu bestimmen.

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.
Aus der Druckschrift DE 60 2005 003 713 T2 ist eine Lenkhilfe mit einer Regelungsstruktur für ein Kraftfahrzeug bekannt, die über eine Hilfskraftlenkung eine Hilfslenkkraft zur Unterstützung der Lenkkraft des Fahrers aufbringt. Es wird anhand eines aufgenommen Bildes der Fahrbahn eine Krümmung der Fahrbahn bestimmt und ein Gierraten-Anteil zum Halten des Fahrzeugs auf der Kurve auf Grundlage der Krümmung berechnet. In Abhängigkeit dieses Gierraten-Anteils und weiterer Gierraten-Anteile wird ein Soll-Antriebsdrehmoment für den Motor der Hilfskraftlenkung berechnet und der Motor entsprechend angesteuert.
Bei der Auslegung einer Querführungsregelungsstruktur muss diese an Fahrzeugparameter des Fahrzeugs angepasst werden, bei dem die Querführungsreglungsstruktur zum Einsatz kommen soll, um ein optimales Regelungsverhalten zu erreichen. Die Charakteristik der Regelstrecke des Fahrzeugs muss entsprechend berücksichtigt werden. Hierbei spielen beispielsweise der verwendete Typ der Hilfskraftlenkung, das Übertragungsverhalten der Lenkung, vom Fahrzeugmodell, der Motorisierung, der Sonderausstattung oder auch dem Beladungszustand abhängige charakteristische Fahrzeugparameter wie Masse, Trägheitsmoment und Schwerpunktlage, die Bereifung, der witterungsbedingt variierende Reifen-/Fahrbahnkontakt oder die im Fahrzeug verbaute sonderausstattungs-abhängige Aktuatorik (z. B. Hinterradlenkung, Torque-Vectoring) und viele andere Fahrzeugparameter eine erhebliche Rolle. Weiterhin besteht eine Abhängigkeit von nachgelagerten Fahrdynamikfunktionen und ihrer vom Betriebsmodus abhängigen Spreizung.
Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand bei der Anpassung der Querführungsreglungsstruktur bei einem neuen Fahrzeugmodell oder auch schon bei Verwendung unterschiedlicher auf das Lenkverhalten Einfluss nehmender Fahrzeugkomponenten bei dem gleichen Fahrzeugmodell. Zum einen werden für die Reglerparameter modell- oder auch ausstattungsabhängige Kodiervarianten angelegt, zum anderen sollten Anpassungen an ausstattungsabhängig verbaute Aktuatoren vorgenommen werden. Eine über den vom Fahrer konfigurierbare betriebsmodusabhängige Einstellung der Fahrdynamikfunktionen sollte ebenfalls in der Parametrisierung berücksichtigt werden. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Querführungsreglungsstruktur anzugeben, die leichter an neue Fahrzeugparameter angepasst werden kann, so dass der Aufwand bei Vorliegen veränderter Fahrzeugparameter reduziert wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Querführungsregelungsstruktur, die zur Erzeugung einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs dient. 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 Vorgabe 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.
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.
Die Querführungsregelungsstruktur umfasst mehrere kaskadierte Regler: Es ist ein Bahnführungsregler vorgesehen, der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe eine Krümmungsvorgabe als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler zu bestimmen. Die Trajektorienvorgabe umfasst dabei beispielsweise den Kurswinkel der geplanten Trajektorie und die laterale Position der geplanten Trajektorie; zusätzlich kann die Trajektorienvorgabe auch den Krümmungsverlauf einer geplanten Trajektorie umfassen. Beispielsweise kann die laterale Position relativ zum Straßenverlauf, zu Randbebauungen oder zu klassifizierten (oder nichtklassifizierte) statischen (oder dynamischen) Objekte, die einen Fahrschlauch bilden, bezogen sein. Auch bei Nichtvorhandensein einer Straße eine Trajektorienvorgabe bei Folgefahrt hinter einem Fremdfahrzeug erfolgen sowie bei dem Vorwärts-/Rückwärtsabfahren einer Trajektorie.
Die Krümmungsvorgabe entspricht dabei typischerweise der Krümmung der Linie, auf der sich das Fahrzeug bewegen soll, um bei einer Abweichung zur Trajektorienvorgabe wieder auf die Trajektorienvorgabe zurückzufinden.
Ferner ist ein dem Bahnführungsregler nachgeschalteter Fahrzeugführungsregler vorgesehen, der eingerichtet ist, anhand der Krümmungsvorgabe eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung als Reglerausgangsgröße zu bestimmen.
Durch die erfindungsgemäße Querführungsregelungsstruktur mit einem Bahnführungsregler, der eine Krümmungsvorgabe bestimmt, die als Steuergröße für den nachgeschalteten Fahrzeugführungsregler dient, kann der Bahnführungsregler im Wesentlichen unabhängig von den Fahrzeugparametern ausgelegt werden. Der Fahrzeugführungsregler hingegen sollte konkret auf die Fahrzeugparameter angepasst werden. Dies bedeutet, dass der Bahnführungsregler für eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugmodelle und unterschiedlicher Fahrzeugkonfigurationen (= Ausstattungsvarianten) sowie Spreizungsvarianten von Fahrdynamikfunktionen verwendbar ist.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Querführungsaufgabe in mehrere Teilaspekte aufzuteilen: In dem Bahnführungsregler wird das Fahrzeug stark vereinfacht ohne seine konkreten Fahrzeugeigenschaften (z. B. Fahrzeugmasse) betrachtet, das sich auf einer vorgegeben Trajektorie bewegen soll und bei Abweichungen von dieser Trajektorie die Krümmung der Bewegungskurve dieses Punktes entsprechend anpasst und diese Krümmung der Bewegungskurve dem Fahrzeugführungsregler vorgibt. Hierbei werden statt der konkreten Fahrzeugeigenschaften verallgemeinerte Fahrzeugeigenschaften verwendet (bsw. Dämpfung, Bandbreite, Vorhaltezeit der Quer/Gierdynamik und Totzeit). In dem Fahrzeugführungsregler wird basierend auf der Krümmungsvorgabe unter Berücksichtigung der konkreten Fahrzeugparameter ein entsprechendes Stellsignal für die Hilfskraftlenkung oder für einen in der Hilfskraftlenkung integrierten nachgelagerten Regler abgeleitet, um das Fahrzeug auf dieser vorgegebenen Krümmung zu bewegen.
Die Querführungsregelungsstruktur entspricht einer kaskadierten Reglerstruktur mit vorzugsweise einer langsamen äußeren Regelschleife in Form des Bahnführungsregler und einer schnellen Regelschleife in Form des Fahrzeugführungsreglers.
Der Bahnführungsregler umfasst beispielsweise einen Trajektorien-Folge-Regler, der als Führungsgrößen sowohl den Kurswinkel der geplanten Trajektorie, die Krümmung der Trajektorie als auch die laterale Position der geplanten Trajektorie entgegennimmt und eine Krümmungsvorgabe bestimmt. Der Bahnführungsregler dient dazu, externe Störungen (beispielsweise Seitenwind) zu kompensieren und das Fahrzeug entlang der geplanten Trajektorie zu führen. Darüber hinaus kann der Regler dazu verwendet werden, Effekte aufgrund von Vereinfachungen und Unsicherheiten bei der Trajektorienplanung zu kompensieren.
Mittels einer Kamera wird typischerweise nicht der tatsächliche Ist-Kurswinkel bestimmt, sondern der Ist-Winkel zwischen der Tangente der Straße r und der Längsachse des Fahrzeugs. Diese beiden Winkel unterscheiden sich um den Schwimmwinkel.
In diesem Fall ist ein Schwimmwinkel-Schätzer zur Bestimmung des Schwimmwinkels vorgesehen und der Trajektorien-Folge-Regler ist eingerichtet, den gemessenen Winkel oder ein Winkeldifferenz zwischen dem vorgegebenen Kurswinkel und dem gemessenen Winkel um den geschätzten Schwimmwinkel zu korrigieren.
Vorzugsweise ist in dem Trajektorien-Folge-Regler kein klassischer integrierender Anteil vorgesehen, so dass durch den Trajektorien-Folge-Regler Störungen stationär nicht vollständig kompensiert werden und ohne weitere Maßnahmen im stationären Zustand beispielsweise die laterale Ist-Position nicht der lateralen Position der vorgegebenen Trajektorie entsprechen würde.
Stattdessen wird in dem Bahnführungsregler ein Störgrößenbeobachter zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals für die Krümmungsvorgabe vorgesehen. Dieser wirkt ähnlich wie ein Integrator und kann so eine hohe stationäre Genauigkeit gewährleisten. Der Vorteil des Störgrößenbeobachters gegenüber dem klassischen Integrators ist beispielsweise die später noch beschriebene Möglichkeit der Einstellbarkeit der stationären Genauigkeit, auch im Zusammenhang mit der Gewährleistung einer Übersteuerbarkeit durch den Fahrer, und die höhere Robustheit gegenüber Modellunsicherheiten. Außerdem kann hierdurch ein Windup-Effekt verhindert werden (z. B. durch Begrenzung des Ausgangs des Störgrößenschätzers).
Der Fahrzeugführungsregler kann beispielsweise so gestaltet sein, dass dieser basierend auf der Krümmungsvorgabe eine Lenkwinkelvorgabe bestimmt. Der Fahrzeugführungsregler umfasst in diesem Fall ferner einen Lenkwinkelregler zur Regelung des Lenkwinkels, der die Lenkwinkelvorgabe als Führungsgröße entgegennimmt. Beispielsweise bestimmt der Lenkwinkelregler als Ausgangsgröße ein Motormomentsignal für die elektromechanische Hilfskraftlenkung.
Es ist im Fall eines Lenkwinkelreglers von Vorteil, wenn der Fahrzeugführungsregler eingerichtet ist, basierend auf der Krümmungsvorgabe eine Vorgabe für die Lenkwinkelgeschwindigkeit zu bestimmen. In diesem Fall ist der Lenkwinkelregler ein kaskadierter Lenkwinkel- und Lenkwinkelgeschwindigkeitsregler (d. h. ein Lenkwinkelregler mit unterlagertem Lenkwinkelgeschwindigkeitsregler), der sowohl die Lenkwinkelvorgabe als auch die Vorgabe für die Lenkwinkelgeschwindigkeit als Führungsgrößen entgegennimmt. Hierdurch kann ein Lenkwinkelregler mit höherer Regelungsgeschwindigkeit, höherer Dämpfung und größerer Reglerverstärkung realisiert werden.
Ähnlich wie in dem Bahnführungsregler kann auch in dem Fahrzeugführungsregler ein Störgrößenbeobachter zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals für die Lenkvorgabe vorgesehen werden.
Es ist von Vorteil, wenn der Fahrzeugführungsregler eine Vorsteuerung umfasst, die eingerichtet ist, basierend auf der Krümmungsvorgabe eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung als Regelausgangsgröße zu bestimmen. Die Vorsteuerung wirkt wie eine krümmungsabhängige Lenkunterstützung und entlastet den Regler, indem über ein inverses Modell der Regelstrecke, die das Übertragungsverhalten zwischen Motormoment und Lenkwinkel beschreibt, der Einfluss der Zahnstangenkraft, die aus den Seitenkräften der Reifen entsteht, berücksichtigt wird.
Beispielsweise ist der Bahnführungsregler in einem ersten Steuergerät integriert und der Fahrzeugführungsregler ist in einem zweiten Steuergerät integriert, wobei das erste und das zweite Steuergerät miteinander gekoppelt sind, beispielsweise über einen oder mehrere vernetzte Fahrzeugbusse; hierüber wird dann auch die Krümmungsvorgabe übertragen. Der Bahnführungsregler in dem ersten Steuergerät kann dann beispielsweise ohne weitere Anpassung oder nur mit geringfügiger Anpassung bei verschiedenen Fahrzeugmodellen oder Fahrzeugkonfigurationen/Ausstattungsvarianten des gleichen Fahrzeugmodells verwendet werden. Bei dem ersten Steuergerät handelt es sich beispielsweise um ein Steuergerät, in dem auch eine oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen, die die Querführungsregelungsstruktur nutzen, integriert sind.
Vorzugsweise kann mittels eines ersten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters 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. nach dem Ausregeln der Störung) 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), einen Kurswinkel, eine Krümmung, einen Lenkwinkel oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit handeln.
Mittels des 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 unterstützten 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.
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 Regelgroße maximal ist. Umgekehrt gibt der Wert 1 bzw. 100% beispielsweise an, dass die 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%.
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 ergibt 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 und kann dann von vielen hierarchisch übergeordneten Fahrerassistenzfunktionen mit von außen vorgebbaren Einstellparameter für die stationäre Genauigkeit bzw. Übersteuerbarkeit/Steifigkeit aufgerufen werden.
Vorzugsweise umfasst die Querführungsregelungsstruktur mindestens einen Störgrößenbeobachter zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals für eine Stellgröße eines Reglers der Querführungsregelungsstruktur, beispielsweise den schon beschriebenen Störgrößenbeobachter in dem Bahnführungsregler oder den schon beschriebenen Störgrößenbeobachter in dem Fahrzeugführungsregler.
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.
Grundsätzlich wäre es denkbar, die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung in Verbindung mit einer Querführungsregelungsstruktur zu verwenden, die einen Bahnführungsregler umfasst, der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe eine andere Größe als eine Krümmungsvorgabe, beispielsweise eine Lenkwinkelvorgabe, als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler zu bestimmen, wobei der Fahrzeugführungsregler dann eingerichtet ist, anhand dieser anderen Größe eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung zu bestimmen. in diesem Fall muss die Krümmungsvorgabe durch diese andere Größe entsprechend ausgetauscht werden. Die vorstehend beschriebenen Vorteile im Zusammenhang mit der Krümmungsvorgabe würden damit wegfallen, jedoch bleiben andere, davon unabhängige vorstehend beschriebene Vorteile der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung erhalten. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments ist daher nicht auf eine Querführungsstruktur mit einem Bahnführungsregler eingeschränkt, der eingerichtet ist, anhand einer Trajektorienvorgabe eine Krümmungsvorgabe zu bestimmen. Stattdessen wäre es auch denkbar, dass der Bahnführungsregler eine andere Größe als eine Krümmungsvorgabe, beispielsweise eine Lenkwinkelvorgabe, als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler bestimmt.
Darüber hinaus wäre es auch denkbar, die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des Bahnführungsreglers oder des Fahrzeugführungsreglers unabhängig von der Verwendung eines nachgelagerten Fahrzeugführungsreglers bzw. eines vorlagerten Bahnführungsreglers zu verwenden. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments ist daher nicht auf eine Querführungsstruktur beschränkt, die zwingend einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler bzw. einen vorlagerten Bahnführungsregler umfasst.
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) zur Erzeugung einer Lenkvorgabe (M_M) für eine Hilfskraftlenkung (EPS) eines Kraftfahrzeugs (FZG), 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) als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler (FFR) zu bestimmen, und – einen Fahrzeugführungsregler (FFR), der eingerichtet ist, anhand der Krümmungsvorgabe (κ_d) die Lenkvorgabe (M_M) für die Hilfskraftlenkung als Reglerausgangsgröße zu bestimmen.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnführungsregler (BFR) einen Störgrößenbeobachter (DO1) zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals (κ_dob) für die Krümmungsvorgabe (κ_d) umfasst.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnführungsregler (BFR) einen Trajektorien-Folge-Regler (TFR) umfasst, der als Führungsgrößen sowohl den Kurswinkel (ψ_ref) der geplanten Trajektorie (τ), die laterale Position (y_ref) der geplanten Trajektorie (τ) als auch optional die Krümmung (κ_ref) der geplanten Trajektorie (r) entgegennimmt und eine Krümmungsvorgabe (κ_tc) bestimmt.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Trajektorien-Folge-Regler (TFR) einen gemessenen Winkel (ψ_rm) zwischen der Fahrbahntangente und der Fahrzeuglängsachse entgegennimmt, – der Trajektorien-Folge-Regler (TFR) einen Schwimmwinkel-Schätzer (SWS) zur Bestimmung des Schwimmwinkels (β_obs) umfasst, und – der Trajektorien-Folge-Regler (TFR) eingerichtet ist, den gemessenen Winkel (ψ_rm) oder eine Winkeldifferenz zwischen dem vorgegebenen Kurswinkel (ψ_ref) und dem gemessenen Winkel (ψ_rm) um den geschätzten Schwimmwinkel (β_obs) zu korrigieren.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Fahrzeugführungsregler (FFR) eingerichtet ist, basierend auf der Krümmungsvorgabe (κ_d) eine Lenkwinkelvorgabe (δ_d) zu bestimmen, und – der Fahrzeugführungsregler (FFR) einen Lenkwinkelregler (LWR) zur Regelung des Lenkwinkels umfasst und die Lenkwinkelvorgabe (δ_d) als Führungsgröße entgegen nimmt.
Querführungsregelungsstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Fahrzeugführungsregler (FFR) eingerichtet ist, basierend auf der Krümmungsvorgabe (κ_d) eine Vorgabe (δ ._d) für die Lenkwinkelgeschwindigkeit zu bestimmen, und – der Lenkwinkelregler (LWR) ein kaskadierter Lenkwinkel- und Lenkwinkelgeschwindigkeitsregler ist, der sowohl die Lenkwinkelvorgabe (δ_d) als auch die Vorgabe (δ ._d) für die Lenkwinkelgeschwindigkeit als Führungsgrößen entgegennimmt.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugführungsregler (FFR) einen Störgrößenbeobachter (DO2) zur Bestimmung eines eine Störung kompensierenden Kompensationssignals (M_M,DO) für die Lenkvorgabe (M_M) umfasst.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugführungsregler (FFR) eine Vorsteuerung (Fc) umfasst, die eingerichtet ist, basierend auf der Krümmungsvorgabe (κ_d) eine Lenkvorgabe (M_M,f) für die Hilfskraftlenkung (EPS) als Regelausgangsgröße zu bestimmen.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querführungsregelungsstruktur 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.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Bahnführungsregler (BFR) in einem ersten Steuergerät integriert ist, – der Fahrzeugführungsregler (FFR) in einem zweiten Steuergerät integriert ist, und – das erste und das zweite Steuergerät zur Übertragung der Krümmungsvorgabe (κ_d) miteinander gekoppelt sind.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querführungsregelungsstruktur eine dem Bahnführungsregler (BFR) vorgelagerte Trajektorienplanung (TPL) zur Bestimmung der Trajektorienvorgabe (ψ_ref, y_ref, κ_ref) umfasst.
Querführungsregelungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querführungsregelungsstruktur eingerichtet ist, dass – mittels eines ersten veränderbaren und von außerhalb der Querführungsregelungsstruktur vorgebbaren Einstellparameters (G) die stationäre Genauigkeit einer oder mehrerer Regelgrößen (y_ref, ψ_ref, κ_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 12, dadurch gekennzeichnet, dass – die Querführungsstruktur 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) in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Einstellparameters (G, S) zu bestimmen.