Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Querführung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device and a method for regulating the lateral guidance of a vehicle and a vehicle with such a device.
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.A large number of driver assistance functions are known which act on the lateral guidance of the vehicle. For example, parking assistance systems with at least automatic lateral guidance are known, in which the steering is carried out by the vehicle without the driver giving steering specifications; Optionally, the vehicle can also perform longitudinal guidance automatically. In the case of a lane departure warning system, the driver is supported by lateral guidance assistance in keeping the vehicle in the recognized lane. With a side collision warning system, the driver is warned of critical proximity to objects by steering wheel vibrations or a steering impulse, and the system can actively support the driver's evasive steering movement.
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.The intervention in the transverse guidance or even the automatic transverse guidance without the driver's steering activity is effected via an auxiliary power steering system, which is controlled via a corresponding steering input. Power steering is, for example, an electric power steering system (EPS) in which an electric motor generates a steering torque that supports the steering movement of the driver or acts instead of the steering movement of the driver. Various designs are known in which the electric motor acts at different positions of the steering system (e.g. C-EPS, P-EPS and R-EPS). Alternatively, an electro-hydraulic power steering system would also be conceivable. It is also conceivable that the power steering is a steer-by-wire steering in which there is no mechanical connection between the steering wheel and the steered wheels.
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.For transverse guidance, a corresponding steering specification for auxiliary power steering is typically generated by a transverse guidance control structure, which comprises one controller or several cascaded controllers with several control variables. In the case of a controller, for example, the actual steering angle can be measured by the vehicle and compared with a target steering angle (steering angle specification) as the reference variable for the controller, and the manipulated variable of the steering specification (for example, a torque signal for the electromotive power steering) can be adjusted accordingly by the controller, so that the actual steering angle corresponds to the target steering angle.
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.A transverse guidance control structure can compensate for disturbances such as lateral forces caused by sloping roads or side winds. In addition, many vehicle properties that influence the steering behavior are not exactly known, for example the vehicle weight when the load fluctuates or varying steering parameters such as friction or damping. The transverse guide control structure is used to correct deviations in the controlled variables based on these uncertainties.
Bei der Regelung der Querführung eines Fahrzeugs können Fahrzeugmodelle verwendet werden, durch die ein Verhalten des Fahrzeugs in approximativer Weise beschrieben wird. Die Regelung der Querführung umfasst dabei typischerweise das Invertieren derartiger Fahrzeugmodelle, um zu ermitteln, welche Vorgaben an das Fahrzeug gemacht werden müssen, um ein gewünschtes Verhalten des Fahrzeugs (z.B. eine Fahrt entlang einer gewünschten Trajektorie) zu bewirken. Dies kann im Rahmen einer Vorsteuerung erfolgen. Dabei ist es wünschenswert, dass die Invertierung des Fahrzeugmodells gut applizierbar und/oder einstellbar ist.When regulating the lateral guidance of a vehicle, vehicle models can be used by which a behavior of the vehicle is described in an approximate manner. The control of the lateral guidance typically includes the inverting of such vehicle models in order to determine which specifications have to be made of the vehicle in order to bring about a desired behavior of the vehicle (e.g. a journey along a desired trajectory). This can be done as part of a feedforward control. It is desirable that the inversion of the vehicle model is easy to apply and / or adjustable.
DE 10 2009 000 726 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung der Querführung eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung dient zum voll- oder halbautomatischen Einparken. Es wird eine Totzeit der Lenkanordnung ermittelt, die der Verzögerung eines Lenkbefehls entspricht. Die ermittelte Totzeit wird beim Einparken berücksichtigt. Hierzu wird die ermittelte Totzeit durch entsprechend frühzeitige Abgabe einer Lenkvorgabe ausgeglichen. DE 10 2009 000 726 A1 describes a device for controlling the lateral guidance of a vehicle. The device is used for fully or semi-automatic parking. A dead time of the steering arrangement is determined, which corresponds to the delay of a steering command. The determined dead time is taken into account when parking. For this purpose, the determined dead time is compensated for by correspondingly early delivery of a steering target.
DE 10 2004 058 676 A1 beschreibt eine weitere Vorrichtung zur Regelung der Querführung eines Fahrzeugs. Hier dient die Vorrichtung zum Halten eines Fahrzeugs in seiner Fahrspur. Die Vorrichtung umfasst einen Lenksteller zum Ausüben eines Lenkmoments auf die Lenkung des Fahrzeugs sowie eine Vorrichtung zur Trajektorienbestimmung. Ferner ist ein Trajektorien-Folgeregler enthalten, dem eine Information über die Trajektorie als Führungsgröße zugeführt wird und der die Fahrzeugbewegung derart regelt, dass das Fahrzeug der Trajektorie folgt. Der Trajektorien-Folgeregler regelt neben dem Schwimmwinkel und/oder der Gierrate vorzugsweise auch einen Radwinkel. Die zusätzliche Regelung des Radwinkels hat den Vorteil, dass Verzögerungszeiten im Stellglied und der Regelstrecke vom Trajektorien-Folgeregler berücksichtigt werden können. DE 10 2004 058 676 A1 describes another device for controlling the lateral guidance of a vehicle. Here the device is used to hold a vehicle in its lane. The device comprises a steering actuator for exerting a steering torque on the steering of the vehicle and a device for trajectory determination. Furthermore, a trajectory sequence controller is included, to which information about the trajectory is supplied as a reference variable and which regulates the vehicle movement in such a way that the vehicle follows the trajectory. In addition to the float angle and / or the yaw rate, the trajectory slave controller preferably also regulates a wheel angle. The additional control of the wheel angle has the advantage that delay times in the actuator and the controlled system can be taken into account by the trajectory slave controller.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine einstellbare und ressourceneffiziente Regelung der Querführung eines Fahrzeugs bereitzustellen.The present document deals with the technical task of providing an adjustable and resource-efficient control of the lateral guidance of a vehicle.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The task is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Regelung der Querführung eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßen-Kraftfahrzeugs) beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Vorgabeeinheit (z.B. eine Fahrerassistenzeinheit), die eingerichtet ist, eine Fahraufgabe bzgl. der Querführung des Fahrzeugs vorzugeben. Insbesondere kann die Fahrerassistenzeinheit eingerichtet sein, ein oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen bereitzustellen. Eine beispielhafte Fahrerassistenzfunktion ist ein Ausweichassistent, bei dem der Fahrer des Fahrzeugs dabei unterstützt wird, einem Hindernis auf einer aktuellen Trajektorie des Fahrzeugs auszuweichen. Im Rahmen einer derartigen Fahrerassistenzfunktion muss das Fahrzeug typischerweise quer geführt werden, um dem Hindernis auszuweichen. Die Fahraufgabe kann z.B. darin bestehen, eine Ausweichtrajektorie bzgl. des Hindernisses zu ermitteln, und den Fahrer dabei zu unterstützen (z.B. anhand von automatischen Eingriffen in die Querführung durch die Hilfskraftlenkung), entlang der ermittelten Ausweichtrajektorie zu fahren. Die Fahraufgabe kann zu diesem Zweck Informationen bzgl. der Position des Hindernisses relativ zu der Position des Fahrzeugs umfassen. Diese Informationen können z.B. auf Basis von Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren (z.B. einer Kamera, eines Laserscanners, eines Radarsensors, eines Lidarsensors, etc.) des Fahrzeugs ermittelt werden.According to one aspect, a device for controlling the lateral guidance of a vehicle (in particular a road motor vehicle) is described. The device comprises a specification unit (e.g. a driver assistance unit) which is set up to specify a driving task with regard to the lateral guidance of the vehicle. In particular, the driver assistance unit can be set up to provide one or more driver assistance functions. An example driver assistance function is an avoidance assistant, in which the driver of the vehicle is supported in avoiding an obstacle on a current trajectory of the vehicle. As part of such a driver assistance function, the vehicle typically has to be guided transversely in order to avoid the obstacle. The driving task can e.g. consist of determining an avoidance trajectory with regard to the obstacle and to support the driver (e.g. by means of automatic intervention in the lateral guidance by the power steering system) to drive along the determined avoidance trajectory. For this purpose, the driving task can include information regarding the position of the obstacle relative to the position of the vehicle. This information can e.g. on the basis of environmental data from one or more environmental sensors (e.g. a camera, a laser scanner, a radar sensor, a lidar sensor, etc.) of the vehicle.
Die Vorgabeeinheit (z.B. die Fahrerassistenzeinheit) ist eingerichtet, die Fahraufgabe um eine Totzeit d vorzuverlegen, um eine zeitlich vorverlegte Fahraufgabe zu ermitteln. Mit anderen Worten, die Vorgabeeinheit (z.B. die Fahrerassistenzeinheit) kann eine (vordefinierte) Totzeit d berücksichtigen, und die Fahraufgabe derart ermitteln, als müsste die Fahraufgabe um die Totzeit d früher von dem Fahrzeug umgesetzt werden. Beispielsweise kann dazu ein anhand der Umfelddaten erkanntes Hindernis entsprechend der Totzeit d in Richtung des Fahrzeugs verlegt werden, um zu bewirken, dass das Fahrzeug eine (vorverlagerte) Ausweichtrajektorie ermittelt. Wie im weiteren Verlauf dargelegt, kann anhand der Totzeit d ein Totzeitverhalten des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Durch das Vorverlegen der Fahraufgabe kann somit in effizienter und stabiler Weise das Totzeitverhalten des Fahrzeugs bei der Regelung der Querführung des Fahrzeugs berücksichtigt werden.The default unit (e.g. the driver assistance unit) is set up, the driving task by a dead time d bring forward to determine a driving task brought forward. In other words, the default unit (eg the driver assistance unit) can have a (predefined) dead time d take into account, and determine the driving task as if the driving task had to include the dead time d implemented earlier by the vehicle. For example, an obstacle identified on the basis of the surrounding data can correspond to the dead time d be moved in the direction of the vehicle to cause the vehicle to determine a (previous) evasive trajectory. As explained in the further course, can be based on the dead time d a dead time behavior of the vehicle can be taken into account. By advancing the driving task, the dead time behavior of the vehicle can thus be taken into account in the control of the lateral guidance of the vehicle in an efficient and stable manner.
Die Vorgabeeinheit (z.B. die Fahrerassistenzeinheit) kann somit eingerichtet sein, auf Basis von Umfelddaten des Fahrzeugs eine um die Totzeit d zeitlich vorverlegte Fahraufgabe zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann eine (ggf. vordefinierte) Zieltrajektorie für das Fahrzeug gemäß der Totzeit d verändert (z.B. vorverlegt) werden, um die zeitlich vorverlegte Fahraufgabe zu ermitteln.The specification unit (for example the driver assistance unit) can thus be set up based on environmental data of the vehicle around the dead time d to determine the driving task brought forward. Alternatively or additionally, a (possibly predefined) target trajectory for the vehicle according to the dead time d changed (e.g. brought forward) to determine the driving task brought forward.
Die Vorrichtung umfasst desweiteren einen Trajektorienplaner, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der zeitlich vorverlegten Fahraufgabe, ein oder mehrere Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie τ des Fahrzeugs zu ermitteln. Die ein oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen können z.B. den Verlauf einer gewünschten Trajektorie τ relativ zu einem Straßenverlauf beschreiben. Die ein oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen können z.B. eine Soll-Krümmung κref (ggf. relativ zu der Krümmung des Straßenverlaufs), einen Soll-Kurswinkel ψref (ggf. relativ zu dem Straßenverlauf) und/oder eine Soll-Position yref (ggf. relativ zu der Straße auf der das Fahrzeug fährt) umfassen. Aufgrund der zeitlich vorverlegten Fahraufgabe wird typischerweise durch den Trajektorienplaner auch eine zeitlich vorverlegte Trajektorie τ ermittelt. Der Trajektorienplaner kann somit eingerichtet sein, in Abhängigkeit von der um die Totzeit d zeitlich vorverlegten Fahraufgabe ein oder mehrere zeitlich vorverlegte Soll-Trajektorien-Größen für eine zeitlich vorverlegte Trajektorie des Fahrzeugs zu ermitteln. Wenn ohne Berücksichtigung der Totzeit d eine Trajektorie τ(t) ermittelt worden wäre, so kann bei Berücksichtigung der Totzeit d eine zeitlich vorverlegte Trajektorie τ(t + d) ermittelt werden. Desweiteren können anstelle der Soll-Krümmung κref(t), des Soll-Kurswinkels ψref(t) und/oder der Soll-Position yref(t) zeitlich vorverlegte Soll-Trajektorien-Größen, z.B. eine zeitlich vorverlegte Soll-Krümmung κref(t + d), ein zeitlich vorverlegter Soll-Kurswinkel ψref(t + d) und/oder eine zeitlich vorverlegte Soll-Position yref(t + d) ermittelt werden.The device further comprises a trajectory planner, which is set up, depending on the driving task brought forward, one or more target trajectory sizes for a trajectory τ of the vehicle. The one or more target trajectory sizes can, for example, the course of a desired trajectory τ describe relative to a course of the road. The one or more target trajectory sizes can, for example, be a target curvature κ ref (possibly relative to the curvature of the road), a target course angle ψ ref (possibly relative to the course of the road) and / or a target position y ref (possibly relative to the street on which the vehicle is traveling). Due to the driving task that is brought forward, the trajectory planner typically also creates a forward moving trajectory τ determined. The trajectory planner can thus be set up depending on the dead time d Determine one or more advanced target trajectory sizes for an earlier advanced trajectory of the vehicle. If without considering the dead time d a trajectory τ (t) would have been determined, taking into account the dead time d a timed advance trajectory τ (t + d) be determined. Furthermore, instead of the target curvature κ ref (t) , the target course angle ψ ref (t) and / or the target position y ref (t) Predetermined target trajectory sizes, for example an anticipated target curvature κ ref (t + d) , a pre-set target heading angle ψ ref (t + d) and / or a target position brought forward y ref (t + d) be determined.
Desweiteren umfasst die Vorrichtung einen Regler, der eingerichtet ist, auf Basis der ein oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen für die Trajektorie des Fahrzeugs, eine Lenkvorgabe MM für eine Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs als Reglerausgangsgröße zu bestimmen. Insbesondere kann der Regler eingerichtet sein, auf Basis der ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen, die Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs zu bestimmen.Furthermore, the device comprises a controller, which is set up, based on the one or more target trajectory sizes for the trajectory of the vehicle, a steering specification M M for an auxiliary power steering of the vehicle to be determined as a controller output variable. In particular, the controller can be set up to determine the steering specification for the auxiliary power steering of the vehicle on the basis of the one or more time-shifted target trajectory quantities.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Totzeit d ein Totzeitverhalten des Fahrzeugs beschreiben. Insbesondere kann eine Regelstrecke der Querführung des Fahrzeugs durch ein Fahrzeugmodell beschrieben werden, welches eine Totzeit d umfasst. Diese Totzeit d kann Verzögerungen auf Bussystemen und/oder Verzögerungen durch Steuergeräte des Fahrzeugs umfassen. Insbesondere kann die Totzeit d von einer zeitlichen Verzögerung bei der Umsetzung der Lenkvorgabe durch die Hilfskraftlenkung abhängen. Die Berücksichtigung der Totzeit d des Fahrzeugmodells bei der Ermittlung der Fahraufgabe und bei der Ermittlung der Trajektorie des Fahrzeugs ist vorteilhaft, da so ganz oder zumindest weitestgehend auf die Berücksichtigung der Totzeit innerhalb des Reglers (insbesondere innerhalb einer Vorsteuerung des Reglers) verzichtet werden kann. As already explained above, the dead time d describe a dead time behavior of the vehicle. In particular, a controlled system of the lateral guidance of the vehicle can be described by a vehicle model that has a dead time d includes. This dead time d may include delays on bus systems and / or delays caused by vehicle control units. In particular, the dead time d depend on a time delay in the implementation of the steering target by the power steering. Taking into account dead time d of the vehicle model when determining the driving task and when determining the trajectory of the vehicle This is advantageous because the dead time within the controller (in particular within a pilot control of the controller) can be dispensed with entirely or at least as far as possible.
So kann eine stabile und einstellbare Regelung der Querführung des Fahrzeugs bereitgestellt werden, welche eine erhöhte Dynamik aufweist.In this way, stable and adjustable regulation of the transverse guidance of the vehicle can be provided, which has increased dynamics.
Der Regler kann eine Vielzahl von Regelstufen umfassen. Insbesondere kann der Regler einen Bahnführungsregler umfassen, der eingerichtet ist, auf Basis der ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen eine zeitlich vorgelegte Krümmungsvorgabe κd(t + d) oder Lenkwinkelvorgabe δd (t + d) als Reglerausgangsgröße für einen nachgelagerten Fahrzeugführungsregler zu bestimmen. Desweiteren kann der Regler den Fahrzeugführungsregler umfassen, der eingerichtet ist, anhand der zeitlich vorgelegten Krümmungsvorgabe κd(t + d) bzw. Lenkwinkelvorgabe δd(t + d) die Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs als Reglerausgangsgröße zu bestimmen. Die Verwendung von einer Vielzahl von Regelstufen und insbesondere die Aufteilung in einen Regler für die Bahnführung und einen Regler für die Fahrzeugführung ermöglichen es, eine ermittelte Trajektorie in effizienter Weise (in der Bahnführungsebene) nachzuführen. Insbesondere kann innerhalb der Bahnführungsebene das Fahrzeug durch ein relativ einfaches Modell mit einer relativ geringen Anzahl von Modellparametern beschrieben werden, wodurch eine recheneffiziente und stabile Nachführung einer gewünschten Trajektorie ermöglicht wird.The controller can comprise a large number of control stages. In particular, the controller can comprise a path guiding controller which is set up on the basis of the one or more advanced target trajectory quantities, a time-based curvature specification κ d (t + d) or steering angle specification δ d (t + d) to be determined as the controller output variable for a downstream vehicle guidance controller. Furthermore, the controller can include the vehicle guidance controller that is set up on the basis of the temporal curve specification κ d (t + d) or steering angle specification δ d (t + d) determine the steering target for the power steering of the vehicle as a controller output variable. The use of a large number of control stages and in particular the division into a controller for the web guidance and a controller for the vehicle guidance make it possible to track a determined trajectory in an efficient manner (in the web guidance level). In particular, the vehicle can be described within the path control level by a relatively simple model with a relatively small number of model parameters, which enables computationally efficient and stable tracking of a desired trajectory.
Der Regler (insbesondere der Bahnführungsregler) kann eine Vorsteuerung umfassen, die eingerichtet ist, auf Basis der ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen entsprechende ein oder mehrere zeitlich vorverlegte Vorsteuer-Trajektorien-Größen zu ermitteln. Dabei kann die Vorsteuerung ein Modell bzgl. des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs umfassen bzw. verwenden. Aufgrund der Berücksichtigung der Totzeit d bei der Ermittlung der Fahraufgabe bzw. bei der Ermittlung der Trajektorie, kann die Totzeit d bei der Vorsteuerung unberücksichtigt bleiben. Insbesondere kann die Vorsteuerung ein Modell verwenden, welches unabhängig von dem Totzeitverhalten des Fahrzeugs ist und/oder welches keine Totzeit umfasst. So kann eine stabile Vorsteuerung bereitgestellt werden. Durch die in diesem Dokument beschriebene Berücksichtigung der Totzeit kann die Regelung mit einer erhöhten Dynamik ausgelegt werden.The controller (in particular the web guiding controller) can include a feedforward control which is set up to determine corresponding one or more feedforward trajectory sizes brought forward in advance on the basis of the one or more forward-set desired trajectory sizes. The precontrol can include or use a model relating to the dynamic behavior of the vehicle. Due to the consideration of dead time d When determining the driving task or determining the trajectory, the dead time can d remain unconsidered in the feedforward control. In particular, the precontrol can use a model which is independent of the dead time behavior of the vehicle and / or which does not include any dead time. In this way, a stable pilot control can be provided. By taking into account the dead time described in this document, the control can be designed with increased dynamics.
Die von der Vorsteuerung ermittelten ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Vorsteuer-Trajektorien-Größen (insbesondere die Vorsteuer-Krümmung κff(t + d)) entsprechen in einem idealisierten Fall (bei dem das von der Vorsteuerung verwendete Modell exakt das Verhalten des Fahrzeugs wiedergibt und/oder bei dem keine äußeren Einflüsse wie Wind oder Gefälle auf das Fahrzeug einwirken) typischerweise ein oder mehreren vom Fahrzeug realisierten zeitlich vorverlegten Ist-Trajektorien-Größen (beispielsweise einer Ist-Krümmung κr(t)). Mit anderen Worten, in einem idealisierten Fall würde die Vorgabe der Vorsteuer-Krümmung κff(t + d) dazu führen, dass das Fahrzeug die vorgegebenen Soll-Trajektorien-Größen exakt umsetzt. Da dies jedoch in der Realität nicht der Fall sein wird, wird durch den Regler typischerweise ein Regelfehler berücksichtigt.The one or more pre-control trajectory quantities advanced by the pre-control (in particular the pre-control curvature κ ff (t + d) ) in an idealized case (in which the model used by the pilot control exactly reflects the behavior of the vehicle and / or in which no external influences such as wind or downward gradient affect the vehicle) typically correspond to one or more actual trajectories implemented in advance by the vehicle Sizes (for example, an actual curvature κ r (t) ). In other words, in an idealized case, the pre-control curvature would κ ff (t + d) cause the vehicle to exactly implement the specified target trajectory sizes. However, since this will not be the case in reality, the controller typically takes into account a control error.
Die von dem Regler ermittelte Lenkvorgabe kann von den ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Vorsteuer-Trajektorien-Größen (insbesondere von der Vorsteuer-Krümmung κff(t + d)) abhängen. Desweiteren kann die von dem Regler ermittelte Lenkvorgabe von einem Regelfehler (z.B. von einem Krümmungs-Regelfehler κtc ) abhängen.The steering target determined by the controller can be determined by the one or more pre-control trajectory quantities brought forward (in particular by the pre-control curvature) κ ff (t + d) ) depend. Furthermore, the steering specification determined by the controller can be caused by a control error (for example by a curvature control error κ tc ) depend.
Der Regler (insbesondere der Bahnführungsregler) kann einen Trajektorien-Folge-Regler umfassen, der eingerichtet ist, auf Basis der ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen (insbesondere auf Basis der Soll-Krümmung κref(t + d), auf Basis des Soll-Kurswinkels ψref(t + d) und/oder auf Basis der Soll-Position yref(t + d)) und auf Basis von ein oder mehreren (vom Fahrzeug ermittelten) Ist-Trajektorien-Größen (insbesondere auf Basis einer Ist-Krümmung κr , auf Basis eines Ist-Kurswinkels ψrm und/oder auf Basis einer Ist-Position yr ) einen Regelfehler (z.B. einen Krümmungs-Regelfehler κtc ) zu ermitteln. Zu diesem Zweck können die zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen in einer Totzeitberücksichtigungseinheit gemäß der Totzeit verzögert werden, um (zeitlich kohärente) Soll-Trajektorien-Größen in kohärenter Weise mit Ist-Trajektorien-Größen zu vergleichen. Durch die Ermittlung eines Regelfehlers können Ungenauigkeiten bei dem in der Vorsteuerung verwendeten Modell und/oder äußere Einflüsse berücksichtigt werden. Die Lenkvorgabe kann dann von den um den Regelfehler korrigierten ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Vorsteuer-Trajektorien-Größen abhängen.The controller (in particular the path guiding controller) can comprise a trajectory sequence controller which is set up on the basis of the one or more time-shifted target trajectory variables (in particular on the basis of the target curvature) κ ref (t + d) , based on the target course angle ψ ref (t + d) and / or based on the target position y ref (t + d) ) and on the basis of one or more actual trajectory sizes (determined by the vehicle) (in particular based on an actual curvature κ r , based on an actual course angle . rm and / or based on an actual position y r ) a control error (e.g. a curvature control error κ tc ) to determine. For this purpose, the time-advanced target trajectory sizes can be delayed in a dead time consideration unit in accordance with the dead time in order to compare (time coherent) target trajectory sizes in a coherent manner with actual trajectory sizes. By determining a control error, inaccuracies in the model used in the pilot control and / or external influences can be taken into account. The steering specification can then depend on the one or more pre-control trajectory quantities corrected for the control error.
Der Regler kann eine Totzeitberücksichtigungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, auf Basis der ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen und auf Basis der Totzeit d, ein oder mehrere (zeitlich kohärente) Soll-Trajektorien-Größen (insbesondere eine Soll-Krümmung κref(t), einen Soll-Kurswinkel ψref(t), und/oder eine Soll-Position yref(t)) zu ermitteln. Der Trajektorien-Folge-Regler kann dann eingerichtet sein, den Regelfehler auf Basis der ein oder mehreren (zeitlich kohärenten) Soll-Trajektorien-Größen zu ermitteln. Somit kann gewährleistet werden, dass der Regelfehler auf Basis von Soll-Größen und Ist-Größen berechnet wird, die zeitlich zueinander passen. Mit anderen Worten, somit kann die Stabilität der Regelung erhöht werden.The controller can comprise a dead time consideration unit, which is set up on the basis of the one or more advanced target trajectory quantities and on the basis of the dead time d , one or more (time-coherent) target trajectory sizes (in particular a target curvature κ ref (t) , a target heading angle ψ ref (t) , and / or a target position y ref (t) ) to determine. The trajectory sequence controller can then be set up to determine the control error on the basis of the one or more (time-coherent) target trajectory variables. This ensures that the control error is based on target sizes and actual sizes is calculated that fit in time. In other words, the stability of the regulation can be increased.
Der Trajektorien-Folge-Regler kann eingerichtet sein, für jede der ein oder mehreren Trajektorien-Größen, eine Differenz aus der jeweiligen (zeitlich kohärenten) Soll-Trajektorien-Größe und der jeweiligen Ist-Trajektorien-Größe zu ermitteln. Der Regelfehler kann dann als gewichtete Summe aus den ermittelten ein oder mehreren Differenzen bestimmt werden. Durch den Trajektorien-Folge-Regler kann somit ein einziger Regelfehler auf Basis einer Vielzahl von Trajektorien-Größen ermittelt werden. Der Regelfehler kann dazu verwendet werden, eine Ausgangsgröße der Vorsteuerung, z.B. die Vorsteuer-Krümmung κff(t + d) zu korrigieren.The trajectory sequence controller can be set up to determine a difference between the respective (temporally coherent) target trajectory size and the respective actual trajectory size for each of the one or more trajectory sizes. The control error can then be determined as a weighted sum from the determined one or more differences. The trajectory sequence controller can thus determine a single control error based on a large number of trajectory sizes. The control error can be used to determine an output variable of the feedforward control, for example the feedforward curvature κ ff (t + d) to correct.
Wie bereits oben dargelegt können die ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen eine zeitlich vorverlegte Soll-Krümmung κref(t + d) umfassen. Die ein oder mehreren zeitlich vorverlegten Vorsteuer-Trajektorien-Größen können eine zeitlich vorverlegte Vorsteuer-Krümmung κff (t + d) umfassen. Die Vorsteuerung kann ein vereinfachtes Modell bzgl. des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs umfassen bzw. verwenden, welches es der Vorsteuerung ermöglicht, aus der zeitlich vorverlegten Soll-Krümmung κref(t + d) die zeitlich vorverlegte Vorsteuer-Krümmung κff (t + d) (und ggf. keine weiteren Vorsteuer-Trajektorien-Größen) zu bestimmen. Insbesondere kann ein vereinfachtes Modell verwendet werden, welches nur die Ermittlung der Vorsteuer-Krümmung ermöglicht.As already explained above, the one or more target trajectory quantities brought forward can set the target curvature ahead κ ref (t + d) include. The one or more pre-control trajectory sizes brought forward can have a pre-control curvature brought forward κ ff (t + d) include. The feedforward control can comprise or use a simplified model with regard to the dynamic behavior of the vehicle, which enables the feedforward control to be carried out from the setpoint curvature brought forward κ ref (t + d) the pre-tax curvature brought forward κ ff (t + d) (and possibly no further input tax trajectory sizes). In particular, a simplified model can be used which only enables the determination of the pre-control curvature.
Das vereinfachte Modell kann z.B. ein PDT2 Modell umfassen. Die Vorsteuerung kann eingerichtet sein, eine Approximation des invertierten Fahrzeugmodells zu ermitteln. Mit anderen Worten, die Vorsteuerung kann eingerichtet sein, ein dem vereinfachten Modell entsprechendes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs näherungsweise zu kompensieren. Durch die Verwendung eines vereinfachten Modells und insbesondere durch die Verwendung eines Modells ohne Totzeit kann die Stabilität des Invertierens erhöht werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Totzeit des Systems an anderer Stelle berücksichtigt wird (insbesondere in der Totzeitberücksichtigungseinheit).The simplified model can be, for example PDT2 Include model. The precontrol can be set up to determine an approximation of the inverted vehicle model. In other words, the precontrol can be set up to approximately compensate for a dynamic behavior of the vehicle corresponding to the simplified model. The stability of the inverting can be increased by using a simplified model and in particular by using a model without dead time. This is made possible by the fact that the dead time of the system is taken into account elsewhere (in particular in the dead time consideration unit).
Der Trajektorien-Folge-Regler kann eingerichtet sein, auf Basis von mehreren Soll-Trajektorien-Größen (nach Verzögerung in der Totzeitberücksichtigungseinheit) und auf Basis von entsprechenden mehreren Ist-Trajektorien-Größen einen Krümmungs-Regelfehler zu ermitteln (z.B. als gewichtete Summe). Der Krümmungs-Regelfehler kann auch als Anteil der Soll-Krümmung bzw. als Stellgröße betrachtet werden. Die Lenkvorgabe kann von der um den Krümmungs-Regelfehler korrigierten zeitlich vorverlegten Vorsteuer-Krümmung abhängen.The trajectory sequence controller can be set up to determine a curvature control error (e.g. as a weighted sum) on the basis of several target trajectory variables (after a delay in the dead time consideration unit) and on the basis of corresponding several actual trajectory variables. The curvature control error can also be viewed as a proportion of the target curvature or as a manipulated variable. The steering specification can depend on the advance control curvature brought forward by the curvature control error.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Kraftfahrzeug wie z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst eine Hilfskraftlenkung. Desweiteren umfasst das Fahrzeug die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung zur Regelung der Querführung. Die Vorrichtung ist eingerichtet, eine Lenkvorgabe für die Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs zu erzeugen.According to a further aspect, a vehicle (in particular a motor vehicle such as a passenger car, a truck or a motorcycle) is described. The vehicle includes an auxiliary steering system. Furthermore, the vehicle includes the device for controlling the lateral guidance described in this document. The device is set up to generate a steering specification for the auxiliary power steering of the vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Regelung der Querführung eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer Fahraufgabe bzgl. der Querführung des Fahrzeugs und das Vorverlegen der Fahraufgabe um eine Totzeit d. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln von ein oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen für eine Trajektorie des Fahrzeugs, in Abhängigkeit von der um die Totzeit d vorverlegten Fahraufgabe. Desweiteren umfasst das Verfahren das Bestimmen einer Lenkvorgabe für eine Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs auf Basis der ein oder mehreren Soll-Trajektorien-Größen für die Trajektorie des Fahrzeugs. Dabei ist die Totzeit d von einer zeitlichen Verzögerung bei der Umsetzung der Lenkvorgabe durch die Hilfskraftlenkung abhängig. Desweiteren kann die Totzeit d auch von anderen Aspekten, wie z.B. der Bus-Kommunikation abhängen.According to a further aspect, a method for regulating the lateral guidance of a vehicle is described. The method comprises determining a driving task with respect to the lateral guidance of the vehicle and advancing the driving task by a dead time d . The method also includes determining one or more target trajectory sizes for a trajectory of the vehicle, depending on the dead time d brought forward driving task. Furthermore, the method comprises determining a steering specification for auxiliary power steering of the vehicle on the basis of the one or more target trajectory variables for the trajectory of the vehicle. Here is the dead time d dependent on a time delay in the implementation of the steering target by the power steering. Furthermore, the dead time d also depend on other aspects, such as bus communication.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to be executed on a processor (e.g. on a control unit of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to carry out the method described in this document.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, all aspects of the methods, apparatus and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Querführungsregelungsstruktur;
- 2 die Position eines Fahrzeugs FZG relativ zum Verlauf einer geplanten Trajektorie τ und zum Straßenverlauf r;
- 3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Bahnführungsreglers BFR;
- 4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Vorrichtung zur Regelung der Querführung eines Fahrzeugs;
- 5 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugmodells; und
- 6 eine mathematische Darstellung der Berechnungen im Rahmen einer beispielhaften Vorsteuerung.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show - 1 a block diagram of an exemplary lateral guidance control structure;
- 2nd the position of a vehicle FZG relative to the course of a planned trajectory τ and the course of the road r ;
- 3rd a block diagram of an exemplary path control controller BFR ;
- 4th a block diagram of an exemplary device for controlling the lateral guidance of a vehicle;
- 5 a block diagram of an exemplary vehicle model; and
- 6 a mathematical representation of the calculations as part of an example feedforward control.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung von einem stabilen und recheneffizienten Regler für die Querführung eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 eine beispielhafte Querführungsregelungsstruktur für ein oder mehrere Fahrerassistenzfunktionen FAS1, FAS2, FAS3. Eine Fahrerassistenzfunktion kann durch eine Fahrerassistenzeinheit FAS bereitgestellt werden (s. 4).As stated at the beginning, the present document deals with the provision of a stable and computationally efficient controller for the lateral guidance of a vehicle. In this context shows 1 an exemplary lateral guidance control structure for one or more driver assistance functions FAS1 , FAS2 , FAS3 . A driver assistance function can be performed by a driver assistance unit FAS be provided (s. 4th ).
In 1 wird eine hierarchische Reglerstruktur mit einer Trajektorienplanung TPL, einem Bahnführungsregler BFR und einem Fahrzeugführungsregler FFR vorgesehen. Innerhalb der elektromechanischen Hilfskraftlenkung EPS sind vorzugsweise ein oder mehrere Regler (nicht dargestellt) vorgesehen, die dem Fahrzeugführungsregler FFR nachgelagert sind. Die Aufgabe der unterlagerten EPS-Regler ist es beispielsweise, das Motormoment für den Elektromotor der elektromechanischen Hilfskraftlenkung EPS zu regeln und dem Fahrer abhängig von dessen Lenkeingriff ein Unterstützungsmoment zu geben, den Lenkwinkel zu dämpfen und/oder einen aktiven Rücklauf zu erzeugen.In 1 becomes a hierarchical controller structure with trajectory planning TPL , a web guider BFR and a vehicle guidance controller FFR intended. Within the electromechanical power steering EPS one or more controllers (not shown) are preferably provided, which are the vehicle guidance controller FFR are downstream. The task of the subordinate EPS controller is, for example, the engine torque for the electric motor of the electromechanical power steering EPS to regulate and give the driver, depending on his steering intervention, a support torque, dampen the steering angle and / or generate an active return.
Jede der Fahrerassistenzfunktionen FAS1, FAS2 und FAS3 kann ihren eigenen Einstellparameterwert G für die stationäre Genauigkeit von Regelgrößen und ihren eigenen Einstellparameterwert S für die Steifigkeit der Lenkung vorgeben. Über ein Auswahlelement SEL1 kann der Einstellparameter G für die stationäre Genauigkeit und der Einstellparameter S für die Steifigkeit der aktiven Fahrassistenzfunktion ausgewählt werden. Hierbei kann vereinfacht angenommen werden, dass nur eine der Mehrzahl von Fahrassistenzfunktionen FAS1, FAS2, FAS3 zu einem Zeitpunkt aktiv sein kann. Ferner kann die jeweils aktive Fahrassistenzfunktion eine Fahraufgabe FA vorgeben, 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 z.B. den Soll-Kurswinkel ψref , die laterale Soll-Position yref und die Soll-Krümmung κref der Trajektorie.Each of the driver assistance functions FAS1 , FAS2 and FAS3 can have their own setting parameter value G for the stationary accuracy of controlled variables and their own setting parameter value S specify for the rigidity of the steering. Via a selection element SEL1 can the setting parameter G for the stationary accuracy and the setting parameters S can be selected for the stiffness of the active driver assistance function. Here it can be assumed in a simplified manner that only one of the plurality of driver assistance functions FAS1 , FAS2 , FAS3 can be active at a time. Furthermore, the active driver assistance function can perform a driving task FA specify that via a selection element SEL2 to trajectory planning TPL is handed over. The trajectory planning also serves for global control and takes the values of the setting parameters G , S opposite. In trajectory planning TPL a travel trajectory is planned and the specification for the planned trajectory to a path control controller BFR to hand over. The default trajectory includes the target heading angle ψ ref , the lateral target position y ref and the target curvature κ ref the trajectory.
In 2 sind die Größen ψref und yref 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 ψref beschreibt den Winkel zwischen der Bewegungsrichtung entlang der geplanten Trajektorie τ und der Tangente an die Straße r an dem jeweiligen Punkt P der Trajektorie τ . Die laterale Soll-Position yref entspricht dem Abstand der Trajektorie τ an dem jeweiligen Punkt P zur Straße r (wobei der Abstand senkrecht zu der Straße r gemessen wird). Die Krümmung κref der Trajektorie τ entspricht der Krümmung der Linie der Trajektorie τ an dem jeweiligen Punkt P.In 2nd are the sizes ψ ref and y ref based on an exemplary planned trajectory τ shown on which the vehicle FZG should move. The curve r corresponds to the course of the road. The target heading angle ψ ref describes the angle between the direction of movement along the planned trajectory τ and the tangent to the street r at that point P the trajectory τ . The lateral target position y ref corresponds to the distance of the trajectory τ at that point P to the street r (the distance perpendicular to the street r is measured). The curvature κ ref the trajectory τ corresponds to the curvature of the line of the trajectory τ at that point P .
Der Bahnführungsregler BFR dient dazu, anhand der Trajektorienvorgabe ψref , yref , κref eine Krümmungsvorgabe κd für einen nachgeschalteten Fahrzeugführungsregler FFR zu berechnen. Die Krümmungsvorgabe κd entspricht der Krümmung der Linie 1, 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). Somit liefert die Krümmungsvorgabe κd Informationen darüber, wie das Fahrzeug FZG von der aktuellen Position zurück auf die geplante Trajektorie τ gebracht werden kann.The web guider BFR is used based on the trajectory specification ψ ref , y ref , κ ref a curvature specification κ d for a downstream vehicle guidance controller FFR to calculate. The curvature specification κ d corresponds to the curvature of the line 1 on which the vehicle is located FZG should move to if there is a deviation from the planned trajectory τ back to the planned trajectory τ to find back (see 2nd ). The curvature specification thus provides κ d Information about how the vehicle FZG from the current position back to the planned trajectory τ can be brought.
Der Fahrzeugführungsregler FFR dient dazu, anhand der Krümmungsvorgabe κd ein Motormoment MM für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS zu bestimmen (s. 1). Bei dem Motormoment MM handelt es sich vorzugsweise nicht um den Absolutwert des tatsächlich einzustellenden Motormoments eines Elektromotors EM der Hilfskraftlenkung EPS, sondern um einen Offsetwert, um den eine von dem Handmoment MH,m (welches von dem Fahrer des Fahrzeugs FZG aufgebracht wird) und gegebenenfalls von anderen Einflussgrößen (beispielsweise Dämpfung, Rücklauf) abhängige Vorgabe MM2 für das Motormoment verschoben wird. Wenn die Vorgabe MM2 gleich null ist, entspricht das Motormoment MM des Fahrzeugführungsreglers FFR dem Soll-Moment MS für den Elektromotor EM.The vehicle guidance controller FFR is used based on the curvature specification κ d an engine torque M M for electromechanical power steering EPS to be determined (see 1 ). At the engine torque M M it is preferably not the absolute value of the motor torque of an electric motor that is actually to be set EM the power steering EPS but by an offset value, by the one of the hand moment M H, m (which is determined by the driver of the vehicle FZG is applied) and possibly dependent on other influencing variables (for example damping, return) M M2 for the engine torque is shifted. If the default M M2 equals zero, the engine torque corresponds M M of the vehicle control controller FFR the target moment M S for the electric motor EM .
Die Hilfskraftlenkung EPS umfasst typischerweise einen Momentenregelkreis mit einem Momentenregler MR zur Einstellung des Motormoments des Elektromotors EM. Der Sollwert MS für das Motormoment ergibt sich aus dem Momentenwert MM2 und dem vom Fahrzeugführungsregler FFR gelieferten Offsetwert MM . Aus dem gemessenen Handmoment MH,m wird über einen 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.The power steering EPS typically includes a torque control loop with a torque controller MR to adjust the engine torque of the Electric motor EM . The setpoint M S for the engine torque results from the torque value M M2 and that of the vehicle guidance controller FFR delivered offset value M M . From the measured hand moment M H, m is via a steering support block LU calculates a torque value which is overlaid with a torque value of one or more controlled steering functions LFR. Furthermore, a torque value of one or more controlled steering functions LFF can be added to this.
Der Fahrzeugführungsregler FFR umfasst einen Block UR, in dem die Krümmungsvorgabe κd in eine Lenkwinkelvorgabe δd umgerechnet wird (s. 1). 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 Krümmungsvorgabe κd auch eine Lenkwinkelgeschwindigkeitsvorgabe δ̇d = dδd/dt berechnet werden. Die Lenkwinkelvorgabe und gegebenenfalls auch die Lenkwinkelgeschwindigkeitsvorgabe δ̇d = dδd/dt dienen einem Lenkwinkelregler LWR als Führungsgrößen, der basierend hierauf ein Motormoment MM für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS berechnet.The vehicle guidance controller FFR includes a block UR , in which the curvature specification κ d in a steering angle specification δ d is converted (see 1 ). In the block UR characteristic vehicle parameters are used for the conversion, for example the characteristic speed and the wheelbase. Optionally, in the block UR based on the curvature specification κ d a steering angle speed specification δ̇ d = dδ d / dt can also be calculated. The steering angle specification and possibly also the steering angle speed specification δ̇ d = dδ d / dt serve a steering angle controller LWR as reference variables based on an engine torque M M for electromechanical power steering EPS calculated.
Die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS umfasst wiederum vorzugsweise ein oder mehrere unterlagerte Regler, wie bereits vorstehend erläutert.The electromechanical power steering EPS again preferably comprises one or more subordinate controllers, as already explained above.
Der Fahrer greift gegebenenfalls über ein zusätzliches Handmoment MH , welches dieser auf das Lenkrad ausübt, in die Lenkung des Fahrzeugs FZG ein. Außerdem wirken externe Störungen Z, 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.The driver may use an additional hand moment M H which this exerts on the steering wheel in the steering of the vehicle FZG a. In addition, there are external disturbances Z, such as lateral forces caused by sloping roadways or side winds. Measured actual movement quantities of the vehicle FZG , in particular the actual values of the controlled variables are sent to the web guiding controller BFR and the vehicle guidance controller FFR fed back.
Durch die Querführungsregelungsstruktur mit einem Bahnführungsregler BFR, der eine Krümmungsvorgabe κd bestimmt, die als Steuergröße für den nachgeschalteten Fahrzeugführungsregler FFR dient, kann der Bahnführungsregler BFR ggf. unabhängig von den Fahrzeugparametern ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass der Bahnführungsregler für eine Vielzahl unterschiedlicher und unterschiedlicher Fahrzeugkonfigurationen verwendbar ist.Through the cross guide control structure with a web guide controller BFR which has a curvature target κ d determines that as a control variable for the downstream vehicle guidance controller FFR the web guide controller can BFR may be designed independently of the vehicle parameters. This means that the web guider can be used for a variety of different and different vehicle configurations.
Die in 1 dargestellte Querführungsregelung weist somit eine Aufteilung in einen Bahnführungsregler BFR, der (auf der Bahnführungsebene) eine Krümmungsvorgabe κd ermittelt und regelt, durch die das Fahrzeug auf die geplante Trajektorie τ gebracht werden kann, und in einen Fahrzeugführungsregler FFR, der in Abhängigkeit von der Krümmungsvorgabe κd (auf der Fahrzeugführungsebene) einen Offsetwert MM für die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS ermittelt und regelt, durch den ein Lenkmoment bewirkt wird, welches das Fahrzeug FZG auf die geplante Trajektorie τ bringt, auf. Diese Aufteilung ermöglicht es, das Fahrzeug FZG innerhalb des Bahnführungsreglers BFR durch ein relativ einfaches Modell (z.B. durch ein PDT2-Modell mit einer Totzeit) zu beschreiben.In the 1 The transverse guide control shown thus has a division into a web guide controller BFR , the (on the web guide level) a curvature specification κ d determines and regulates, through which the vehicle on the planned trajectory τ can be brought, and into a vehicle guidance controller FFR which depends on the curvature specification κ d (at the vehicle management level) an offset value M M for electromechanical power steering EPS determines and regulates the steering torque caused by the vehicle FZG on the planned trajectory τ brings on. This division enables the vehicle FZG within the web guider BFR by a relatively simple model (e.g. by a PDT2 Model with a dead time).
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 mit geringfügiger Anpassung einer geringen Anzahl von Modellparametern bei verschiedenen 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.For example, the web guide controller BFR integrated in a first control unit and the vehicle guidance controller FFR is integrated in a second control unit, the first and the second control unit being coupled to one another, for example via one or more networked vehicle buses. The web guider BFR The first control unit can then be used, for example, with a slight adjustment of a small number of model parameters in different vehicle configurations of the same vehicle model. The first control unit is, for example, the control unit that also contains the driver assistance functions FAS1 , FAS2 , FAS3 that use the cross guidance control structure are integrated.
Die Werte der Einstellparameter G, S für die stationäre Genauigkeit bzw. Steifigkeit können von der Trajektorienplanung TPL an den Bahnführungsregler BFR übergeben werden. 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. Alternativ können die Parameterwerte G, S für den Bahnführungsregler BFR und/oder den Fahrzeugführungsregler FFR fest vorgegeben werden.The values of the setting parameters G , S for the stationary accuracy or rigidity can from the trajectory planning TPL to the web guider BFR be handed over. The web guider BFR passes these values to the vehicle control controller FFR continue. In an alternative implementation it can be provided that in the web guider BFR based on the setting parameters G , S modified parameter values G' , S ' for the stationary accuracy or stiffness are determined and these modified values G' , S ' to the vehicle guidance controller FFR for setting the vehicle guidance controller FFR be handed over. Alternatively, the parameter values G , S for the web guider BFR and / or the vehicle guidance controller FFR be fixed.
In 3 ist eine beispielhafte Implementierung des Bahnführungsreglers BFR dargestellt. Der Bahnführungsregler BFR umfasst eine Vorsteuerung VS und einen Trajektorien-Folge-Regler TFR.In 3rd is an example implementation of the web guider BFR shown. The web guider BFR includes feedforward control VS and a trajectory sequence controller TFR .
Der Trajektorien-Folge-Regler TFR kann als Führungsgrößen sowohl den Soll-Kurswinkel ψref der Trajektorie, die Soll-Krümmung κref als auch die laterale Soll-Position yref der Trajektorie auswerten, und mit dem Ist-Kurswinkel ψrm , der Ist-Krümmung κr , und der lateralen Ist-Position yr vergleichen. 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 :
um den Regelfehler κtc der Krümmungsvorgabe κd zu ermitteln.The trajectory sequence controller TFR can serve as reference variables both the target heading angle ψ ref the trajectory, the target curvature κ ref as well as the lateral target position y ref evaluate the trajectory, and with the actual heading angle . rm , the actual curvature κ r , and the lateral actual position y r to compare. The controller core TC of the trajectory sequence controller TFR multiplies the control error Δψ in the course angle with a factor k 1 , multiplies the control error Δy in the lateral position with a factor k 2 and multiplied the control error Δκ in the curvature with a factor k 3 : about the control error κ tc the curvature specification κ d to determine.
Zur Berechnung des Regelfehlers Δy in der lateralen Position wird die laterale Soll-Position yref mit der über eine Kamera des Fahrzeugs FZG gemessenen tatsächlichen lateralen Position yr verglichen (s. die tatsächliche laterale Position yr in 2).To calculate the control error Δy in the lateral position is the lateral target position y ref with that through a camera of the vehicle FZG measured actual lateral position y r compared (see actual lateral position y r in 2nd ).
Mittels einer Kamera des Fahrzeugs FZG wird typischerweise nicht der tatsächliche Ist-Kurswinkel ψr der Ist-Trajektorie I relativ zu der Straße r (s. 2) bestimmt, sondern der Ist-Winkel ψrm zwischen der Tangente der Straße r und der Längsachse des Fahrzeugs FZG. Diese beiden Winkel unterscheiden sich um den Schwimmwinkel β.Using a camera of the vehicle FZG will typically not be the actual actual heading angle ψ r the actual trajectory I. relative to the street r (see 2nd ) determined, but the actual angle . rm between the tangent of the street r and the longitudinal axis of the vehicle FZG . These two angles differ by the float angle β .
Daher kann ein Schwimmwinkel-Schätzer SWS zur Bestimmung einer Schätzung βobs für den Schwimmwinkel β vorgesehen werden, und der Trajektorien-Folge-Regler TFR ist eingerichtet, die gemessene Winkeldifferenz zwischen dem Soll-Kurswinkel ψref und dem gemessenen Ist-Winkel ψrm um den geschätzten Schwimmwinkel βobs zu korrigieren.Hence a float angle estimator SWS to determine an estimate β obs for the float angle β are provided, and the trajectory sequence controller TFR is set up, the measured angle difference between the target heading angle ψ ref and the measured actual angle . rm around the estimated float angle β obs to correct.
Ferner kann ein Störgrößenbeobachter DOl zur Bestimmung eines Kompensationssignals κdob vorgesehen werden, 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 yref geregelten lateralen Position, die auf den Sollwert κref geregelte Krümmung sowie indirekt die stationäre Genauigkeit des im BFR auf den Sollwert ψref geregelten Kurswinkels.Furthermore, a disturbance variable observer DOl for determining a compensation signal κ dob can be provided, for example, to compensate for stationary lateral force disturbances. The compensation can be variable depending on the setting parameter S for the rigidity and / or the setting parameter G be set for stationary accuracy. The setting parameter G affects in the case of the web guider BFR the stationary accuracy of the in the web guider BFR to the setpoint y ref regulated lateral position based on the setpoint κ ref controlled curvature and indirectly the stationary accuracy of the im BFR to the setpoint ψ ref regulated course angle.
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 κdob verwendet wird, so dass die Kompensation einstellbar ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn - wie in 3 dargestellt - der Störgrößenbeobachter DO 1 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. Die Verstärkung k hängt vorzugsweise sowohl von den Werten für G und/oder S als auch von dem gemessenen Handmoment MH,m ab.For this is a scaling block k (corresponds to a damping block) with an adjustable gain k provided (with k preferably in the range from 0 to 1). The scaling block k causes only the proportion k the observed disturbance for the compensation signal κ dob is used so that the compensation is adjustable. It is also advantageous if - as in 3rd shown - the disturbance observer DO 1 comprises a limiter LIM with adjustable limitation, which is set up to limit the compensation signal for the manipulated variable to the limitation, and the limitation of the rigidity S is dependent. The reinforcement k preferably depends on both the values for G and or S as well as the measured hand moment M H, m from.
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 Genauigkeit der oben genannten Größen maximal.On the scaling block k in 3rd can also be dispensed with and replaced by a through connection; then the interference compensation cannot be set and the stationary accuracy of the above-mentioned quantities is maximal.
Auf Basis der Soll-Krümmung κref kann in der Vorsteuerung VS eine Vorsteuer-Krümmungsvorgabe κff ermittelt werden. Dabei umfasst die Vorsteuerung VS eine Approximation eines inversen Modells des Fahrzeugs FZG, so dass die Vorsteuer- Krümmungsvorgabe κff die Krümmungsvorgabe angibt, die dazu führen sollte, dass das Fahrzeug FZG die gewünschte Soll-Krümmung κref auf der Fahrbahn umsetzt. In einer idealisierten Welt würde somit die Vorsteuer-Krümmungsvorgabe κff der Krümmungsvorgabe κd für den Fahrzeugführungsregler FFR entsprechen. Typischerweise kann das in der Vorsteuerung VS verwendete (inverse) Modell jedoch nicht das tatsächliche Verhalten des Fahrzeugs FZG abbilden, so dass sich ein Krümmungs-Regelfehler κtc ergibt. Dieser Krümmungs-Regelfehler κtc kann noch durch das Kompensationssignal κdob korrigiert werden, wobei das Kompensationssignal κdob von außen einwirkende Seitenkraft-Störungen berücksichtigt, die nicht über das Fahrzeugmodell abgebildet werden können. Der korrigierte Krümmungs-Regelfehler wird dann mit der Vorsteuer-Krümmungsvorgabe κff kombiniert (z.B. addiert oder subtrahiert), um die Krümmungsvorgabe κd für den Fahrzeugführungsregler FFR bereitzustellen.Based on the target curvature κ ref can in feedforward VS a pre-tax curvature target κ ff be determined. The pilot control includes VS an approximation of an inverse model of the vehicle FZG so that the pre-control curvature specification κ ff specifies the curvature specification that should lead to the vehicle FZG the desired target curvature κ ref implemented on the road. In an idealized world, this would result in the input tax curvature specification κ ff the curvature specification κ d for the vehicle guidance controller FFR correspond. Typically this can be done in feedforward control VS used (inverse) model but not the actual behavior of the vehicle FZG map so that there is a curvature control error κ tc results. This curvature control error κ tc can still by the compensation signal κ dob be corrected, the compensation signal κ dob lateral force disturbances acting from outside are taken into account, which cannot be represented by the vehicle model. The corrected curvature control error is then with the pre-control curvature specification κ ff combined (eg added or subtracted) to the curvature specification κ d for the vehicle guidance controller FFR to provide.
Wie bereits oben dargelegt, ermöglicht es die Aufteilung der Querführungsregelung in einen Bahnführungsregler BFR und einen Fahrzeugführungsregler FFR, ein relativ einfaches Modell des Fahrzeugs FZG innerhalb des Bahnführungsregler BFR zu verwenden. Insbesondere kann ein PT2 oder ein PDT2 Modell mit einer Totzeit verwendet werden, um das Fahrzeug FZG auf der Bahnführungsebene zu modellieren. Bei einem PT2 Modell ergibt sich z.B. für die Krümmungsvorgabe κd und die Ist-Krümmung κr die Differentialgleichung: T2κ̈r(t) + 2dTκ̇r(t) + κr(t) = Kκd(t), wobei K, K > 0, einen Verstärkungsfaktor, T , T > 0, eine Zeitkonstante und d, d > 0, eine Dämpfung des Modell angibt. Ein PDT2 Modell kann durch die Differentialgleichung: T2κ̈r(t) + 2dTκ̇r(t) + κr(t) = K1κd(t) + Tvκ̇d(t) wiedergegeben werden, wobei K1, ein Verstärkungsfaktorist. Die Modellparameter K2 , Tv , T, d können für das jeweilige Fahrzeug FZG ermittelt und gespeichert werden.As already explained above, it enables the transverse guide control to be divided into a web guide controller BFR and a vehicle guidance controller FFR , a relatively simple model of the vehicle FZG inside the web guider BFR to use. In particular, a PT2 or a PDT2 Model with a dead time used to drive the vehicle FZG to model on the web guide level. At a PT2 Model results for example for the curvature specification κ d and the actual curvature κ r the differential equation: T 2 κ̈ r (t) + 2dTκ̇ r (t) + κ r (t) = Kκ d (t) , where K, K> 0, a gain factor, T , T> 0, a time constant and d, d> 0, an attenuation of the model. A PDT2 Model can be represented by the differential equation: T 2 κ̈ r (t) + 2dTκ̇ r (t) + κ r (t) = K 1 κ d (t) + T v κ̇ d (t), where K 1 is an amplification factor . The model parameters K 2 , T v , T , d can for each vehicle FZG be determined and saved.
5 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeugmodell mit der Krümmungsvorgabe κd als Eingangsgröße und einem PDT2 Modell zur Ermittlung der Ist-Krümmung κr . Durch Integration in dem INT-Modul und unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs FZG kann der Ist-Kurswinkel ψr (oder der Headingwinkel) ermittelt werden. Durch eine weitere Integration in einem weiteren INT-Modul und unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit v(t) des Fahrzeugs FZG kann die Ist-Position yr (oder die Querablage) ermittelt werden. 5 shows an exemplary vehicle model with the curvature specification κ d as input variable and one PDT2 Model for determining the actual curvature κ r . Through integration in the INT module and taking into account the speed v (t) of the vehicle FZG can the actual heading angle ψ r (or the heading angle) can be determined. Through further integration in another INT module and taking into account the speed v (t) of the vehicle FZG can the actual position y r (or the lateral deposit) can be determined.
Desweiteren umfasst das Fahrzeugmodell eine Totzeiteinheit TZ, welche eine Totzeit d des Fahrzeugs FZG berücksichtigt. Durch eine Totzeit d im Fahrzeugmodell können Verzögerungen im Fahrzeug FZG, z.B. Verzögerung bei der Übertragung von Steuer- und/oder Sensorsignalen über die Bussysteme des Fahrzeugs FZG und/oder Verzögerung bei der Verarbeitung von Daten (z.B. bei der Auswertung von Sensorsignalen) im Fahrzeug FZG berücksichtigt werden. Die Totzeit d kann für das Fahrzeug experimentell ermittelt werden (und ggf. adaptiv angepasst werden). Die Totzeit d hat zur Folge, dass die Krümmungsvorgabe κd (t) zum Zeitpunkt t erst mit einer zeitlichen Verzögerung von d in eine Ist-Krümmung κr(t - d), einen Ist-Kurswinkel ψr(t - d) und eine Ist-Position yr(t - d) umgesetzt wird.Furthermore, the vehicle model includes a dead time unit TZ having a dead time d of the vehicle FZG considered. Through a dead time d in the vehicle model there may be delays in the vehicle FZG , eg delay in the transmission of control and / or sensor signals via the vehicle's bus systems FZG and / or delay in the processing of data (eg in the evaluation of sensor signals) in the vehicle FZG be taken into account. The dead time d can be determined experimentally for the vehicle (and adaptively adapted if necessary). The dead time d has the consequence that the curvature specification κ d (t) at time t with a time delay of d into an actual curvature κ r (t - d) , an actual heading angle ψ r (t - d) and an actual position y r (t - d) is implemented.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausschnitts der Querführungsregelung aus 1. Um zu gewährleisten, dass das Fahrzeug FZG in präziser Weise entlang der gewünschten Trajektorie τ geführt wird, sollte auch die Totzeit d des Fahrzeugs FZG auf der Bahnführungsebene bei der Ermittlung der Krümmungsvorgabe κd berücksichtigt werden. Eine Berücksichtigung der Totzeit d im Rahmen der Vorsteuerung VS ist typischerweise nicht möglich oder zumindest unerwünscht, da ein Modell mit Totzeit nicht in stabiler und robuster Weise invertiert werden kann. Desweiteren würde die Berücksichtigung der Totzeit im Modell die Auslegungsmöglichkeiten substantiell einschränken, und keinen Mehrwert liefern, da die Totzeit so nicht invertiert werden würde. 4th shows a block diagram of a section of the lateral guidance control 1 . To ensure that the vehicle FZG in a precise manner along the desired trajectory τ dead time should also be performed d of the vehicle FZG on the web guide level when determining the curvature specification κ d be taken into account. A consideration of the dead time d as part of the feedforward control VS is typically not possible or at least undesirable since a model with dead time cannot be inverted in a stable and robust manner. Furthermore, taking the dead time into account in the model would substantially limit the design options and not provide any added value, since the dead time would not be inverted in this way.
Es wird daher vorgeschlagen, die Totzeit d bereits bei der Ermittlung der Trajektorie τ durch den Trajektorienplaner TPL zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck kann eine Fahrerassistenzeinheit FAS dem Trajektorienplaner TPL eine Fahraufgabe FA(t+d) übermitteln bzw. auferlegen, die die Totzeit d des Fahrzeugs FZG berücksichtigt. Beispielsweise kann ein Ausweichassistent die Position eines auszuweichenden Objekts nach vorne verlegen (d.h. in Richtung des Fahrzeugs FZG), um die Totzeit d zu berücksichtigen. Der Trajektorienplaner TPL ermittelt dann eine Ausweichtrajektorie τ , unter der Annahme, dass sich das Objekt um einen von der Totzeit d abhängigen Betrag näher an dem Fahrzeug FZG befindet. Die örtliche Verschiebung des Objekts entspricht typischerweise über die Fahrzeuggeschwindigkeit v einer Zeit, d.h. der Totzeit d. In analoger Weise kann auch durch andere Fahrerassistenzfunktionen die an den Trajektorienplaner TPL übermittelte Fahraufgabe FA zeitlich um die Totzeit d vorverlegt werden.It is therefore suggested the dead time d already when determining the trajectory τ by the trajectory planner TPL to consider. A driver assistance unit can be used for this purpose FAS the trajectory planner TPL a driving task FA (t + d) transmit or impose the dead time d of the vehicle FZG considered. For example, an evasion assistant can move the position of an object to be evaded forward ( d .H. towards the vehicle FZG ) to the dead time d to consider. The trajectory planner TPL then determines an alternative trajectory τ , assuming that the object is one of the dead time d dependent amount closer to the vehicle FZG located. The local displacement of the object typically corresponds to a time via the vehicle speed v d .H. the dead time d . In an analogous manner, other driver assistance functions can also be sent to the trajectory planner TPL transmitted driving task FA at the dead time d be brought forward.
Der Trajektorienplaner TPL ermittelt basierend auf der zeitlich vorverlegten Fahraufgabe FA(t+d) eine zeitlich vorverlegte Trajektorie τ(t + d), und damit zeitlich vorverlegte Referenzgrößen, z.B. eine zeitlich vorverlegte Soll-Krümmung κref(t + d) der Trajektorie, einen zeitlich vorverlegten Soll-Kurswinkel ψref(t + d) der Trajektorie, und eine zeitlich vorverlegte laterale Soll-Position yref(t + d). Die zeitlich vorverlegte Soll-Krümmung κref(t + d) kann in der Vorsteuerung VS verwendet werden. Desweiteren können die zeitlich vorverlegten Referenzgrößen um die Totzeit d verzögert werden, um Referenzgrößen zu ermitteln, welche die Totzeit berücksichtigen. Diese Referenzgrößen können an einen Regler weitergegeben werden und mit aktuellen Ist-Größen vergleichen werden. So kann erreicht werden, dass der Regler keine Totzeit wahrnimmt.The trajectory planner TPL determines a forward trajectory based on the advance driving task FA (t + d) τ (t + d ), and thus advanced reference values, e.g. an advanced target curvature κ ref (t + d) the trajectory, a pre-set target course angle ψ ref (t + d) the trajectory, and a temporally advanced lateral target position y ref (t + d) . The pre-set target curvature κ ref (t + d) can in feedforward VS be used. Furthermore, the reference quantities brought forward by the dead time d be delayed in order to determine reference variables which take the dead time into account. These reference values can be passed on to a controller and compared with current actual values. In this way it can be achieved that the controller does not notice any dead time.
In der Vorsteuerung VS kann ein inverses Fahrzeugmodell dazu verwendet werden, um ein oder mehrere Vorsteuergrößen zu ermitteln. Dabei kann das komplette Fahrzeugmodell aus 5 (ohne Berücksichtigung des Totzeitmoduls TZ) invertiert werden, um ein oder mehrere (zeitlich vorverlegte) Vorsteuer-Trajektorien-Größen zu ermitteln. Beispielsweise könnten Vorsteuer-Trajektorien-Größen für jede Trajektorien-Größe des Modells ermittelt werden, d.h. für die Krümmung, für den Kurswinkel und für die Position. Diese Vorsteuer-Trajektorien-Größen könnten dann um einen Regelfehler korrigiert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Invertieren des gesamten Modells bzgl. aller Trajektorien-Größen nicht erforderlich ist. Vielmehr reicht es aus, wenn nur das Kernmodell (z.B. das PDT2 Modell) bzgl. der Trajektorien-Größe Krümmung κ invertiert wird. Dies ermöglicht eine vereinfachte und eine robustere Vorsteuerung VS.In the feedforward VS an inverse vehicle model can be used to determine one or more pilot variables. The complete vehicle model can be used 5 (without considering the dead time module TZ ) are inverted in order to determine one or more (pre-set) input control trajectory sizes. For example, pre-control trajectory sizes could be determined for each trajectory size of the model, d .H. for the curvature, for the course angle and for the position. These pre-control trajectory quantities could then be corrected by a control error. However, it has been shown that it is not necessary to invert the entire model with regard to all trajectory sizes. Rather, it is sufficient if only the core model (e.g. that PDT2 Model) with respect to the trajectory size curvature κ is inverted. This enables simplified and more robust pilot control VS .
6 zeigt ein beispielhaftes mathematisches Verfahren zum Intertieren des Modells im der Vorsteuerung VS. Insbesondere kann das Modell (z.B. das PDT2 Modell) durch in einem Zustandsraum durch ein System von Differentialgleichungen dargestellt werden. Ein Zustandsrückführungs-Regler R kann eine stabile Invertierung des Modells ermöglichen. Ein Filter F kann dazu verwendet werden, einen statischen Fehler zwischen dem Eingangssignal (d.h. der Soll-Krümmung κref ) und dem Ausgangssignal (d.h. der Vorsteuer-Krümmung κff ) der Vorsteuerung VS zu kompensieren. Das in 6 dargestellte Verfahren ermöglicht eine robuste und recheneffiziente Implementierung der Vorsteuerung VS. 6 shows an exemplary mathematical method for Intertieren the model in the feedforward VS . In particular, the model (e.g. the PDT2 Model) by being represented in a state space by a system of differential equations. A state feedback controller R can allow a stable inversion of the model. A filter F can be used to detect a static error between the input signal ( d .H. the target curvature κ ref ) and the output signal ( d .H. the pre-tax curvature κ ff ) of the pilot control VS to compensate. This in 6 The method shown enables a robust and computationally efficient implementation of the feedforward control VS .
Durch die Vorsteuerung VS kann somit unter Berücksichtigung des Modells bzgl. der dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs (ohne Totzeit TS) aus der zeitlich vorverlegten Soll-Krümmung κref(t + d) der Trajektorie eine zeitlich vorverlegte Vorsteuer-Krümmung κff(t + d) ermittelt werden. Diese Vorsteuer-Krümmung κff (t + d) kann dann wie oben beschrieben mit dem in dem Trajektorien-Folge-Regler TFR ermittelten Krümmungs-Regelfehler κtc (und ggf. mit einem Kompensationssignal κdob ) korrigiert werden, um die zeitlich vorverlegte Krümmungsvorgabe κd (t + d) zu ermitteln. Diese zeitlich vorverlegte Krümmungsvorgabe κd (t + d) kann dann an den Fahrzeugführungsregler FFR übergeben werden.Through the pilot control VS can therefore take into account the model with regard to the dynamic behavior of the vehicle (without dead time TS ) from the pre-set target curvature κ ref (t + d) the trajectory has a pre-control curvature brought forward κ ff (t + d) be determined. This pre-tax curvature κ ff (t + d) can then as described above with the in the trajectory sequence controller TFR determined curvature control errors κ tc (and possibly with a compensation signal κ dob ) are corrected to bring the curvature forward κ d (t + d) to determine. This forward curvature specification κ d (t + d) can then be connected to the vehicle guidance controller FFR be handed over.
Das Fahrzeug FZG setzt die zeitlich vorverlegte Krümmungsvorgabe κd(t + d) in Ist-Zustandsgrößen des Fahrzeugs FZG um. Aufgrund der Totzeit d des Fahrzeugs FZG wird die zeitlich vorverlegte Krümmungsvorgabe κd(t + d) so umgesetzt, dass die erfassten Ist-Zustandsgrößen des Fahrzeugs FZG der tatsächlich gewünschten Trajektorie τ(t) (zum tatsächlich gewünschten Zeitpunkt t) entsprechen sollten (in einem idealisierten Fall).The vehicle FZG sets the forward curvature specification κ d (t + d) in actual state variables of the vehicle FZG around. Because of the dead time d of the vehicle FZG becomes the forward curvature specification κ d (t + d) implemented so that the recorded actual state variables of the vehicle FZG the actually desired trajectory τ (t) (at the actually desired time t) should correspond (in an idealized case).
Die durch den Fahrzeugführungsregler FFR bewirkten Ist-Trajektorien-Größen entsprechen den Ist-Trajektorien-Größen zu einem aktuellen Zeitpunkt t. Insbesondere bewirkt der Fahrzeugführungsregler FFR die gemessene Ist-Krümmung κr(t), den gemessenen Ist-Kurswinkel ψr(t) und die gemessene Ist-Position yr(t) jeweils für den Zeitpunkt t. Die Ist-Trajektorien-Größen können durch ein oder mehrere Messeinheiten des Fahrzeugs erfasst werden, und für den Trajektorien-Folge-Regler TFR bereit gestellt werden. Um sicherzustellen, dass durch den Trajektorien-Folge-Regler TFR die gemessenen Ist-Trajektorien-Größen in kohärenter Weise mit den Soll-Trajektorien-Größen verglichen werden, und um so einen kohärenten Krümmungs-Regelfehler κtc ermitteln zu können, umfasst der Bahnführungsregler BFR eine Totzeitberücksichtigungseinheit TZ-1, die eingerichtet ist, die durch die Trajektorienplanung TPL zeitlich vorverlegten Soll-Trajektorien-Größen (insbesondere die zeitlich vorverlegte Soll-Krümmung κref(t + d) der Trajektorie, den zeitlich vorverlegten Soll-Kurswinkel ψref(t + d) der Trajektorie, und die zeitlich vorverlegte laterale Soll-Position yref(t + d)) auf Basis der Totzeit d zu verzögern, um zeitlich kohärente Soll-Trajektorien-Größen bereitzustellen. Dazu entsteht in einem Ausführungsbeispiel in der Totzeitberücksichtigungseinheit TZ-1 die zeitlich kohärente Soll-Krümmung κref(t) zum Zeitpunkt t aus der zeitlich vorverlegten Soll-Krümmung zum Zeitpunkt t, d.h. κref{t + d). Dies kann in analoger weise für die anderen Soll-Trajektorien-Größen erfolgen.The through the vehicle guidance controller FFR Actual trajectory sizes caused correspond to the actual trajectory sizes at a current time t. In particular, the vehicle guidance controller effects FFR the measured actual curvature κ r (t) , the measured actual heading angle ψ r (t) and the measured actual position y r (t) each for the time t. The actual trajectory sizes can be recorded by one or more measuring units of the vehicle and for the trajectory sequence controller TFR to be provided. To ensure that through the trajectory sequence controller TFR the measured actual trajectory sizes are compared in a coherent manner with the desired trajectory sizes, and thus a coherent curvature control error κ tc To be able to determine, includes the path control controller BFR a dead time consideration unit TZ -1 , which is set up by the trajectory planning TPL Predetermined target trajectory sizes (in particular the anticipated target curvature) κ ref (t + d) the trajectory, the pre-set target course angle ψ ref (t + d) the trajectory, and the temporally advanced lateral target position y ref (t + d) ) based on dead time d to delay in order to provide time-coherent target trajectory sizes. For this purpose, the temporally coherent target curvature is created in the dead time consideration unit TZ -1 κ ref (t) at time t from the time-shifted target curvature at time t, ie κ ref {t + d). This can be done in an analogous manner for the other target trajectory sizes.
Durch den in 4 dargestellten Bahnführungsregler BFR wird es somit möglich in robuster und präziser Weise die Totzeit eines Fahrzeugs FZG bei der Trajektorienfolgeregelung zu berücksichtigen. Insbesondere kann durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen eine gesicherte stabile dynamische Vorsteuerung VS bereitgestellt werden, auch bei Regelstrecken mit positiven Null- bzw. Polstellen. Desweiteren ermöglichen die beschriebenen Maßnahmen eine einfache, transparente und zielgerichtete Applikation der dynamischen Vorsteuerung. Außerdem kann der beschriebene Regler für ein substantiell reduziertes Totzeitverhalten der Regelstrecke ausgelegt werden. Damit ergeben sich eine Erhöhung der Stabilitätsreserve sowie eine Verringerung von Überschwingen bei notwendiger dynamischer Auslegung der Regelung. Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen eine Totzeitkompensation ohne aufwendige Prädiktionsmethoden (z.B. ohne eine Vorausberechnung des Streckenverhaltens). Außerdem erlauben es die beschriebenen Maßnahmen ein vereinfachtes Streckenmodell (insbesondere in der Vorsteuerung) zu verwenden. By the in 4th web guide shown BFR this makes it possible for the dead time of a vehicle to be robust and precise FZG to be taken into account in the trajectory sequence control. In particular, the measures described in this document can ensure reliable, stable dynamic pilot control VS are provided, even for controlled systems with positive zero or pole positions. Furthermore, the measures described enable simple, transparent and targeted application of the dynamic pilot control. In addition, the controller described can be designed for a substantially reduced dead time behavior of the controlled system. This results in an increase in the stability reserve and a reduction in overshoots if the control system needs to be designed dynamically. The measures described enable dead time compensation without complex prediction methods (e.g. without predicting the route behavior). In addition, the measures described allow a simplified route model to be used (particularly in pre-control).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.
