DE102015007592A1 - Trajektoriebasierte Fahrwerksregelung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Straßenhöhenprofildaten, die in einer Prognose einer Trajektorie des Fahrzeugs liegen, wobei die Prognose der Trajektorie mittels eines dynamischen mathematischen Modells mindestens auf Grundlage von Lenkwinkeldaten eines Lenkwinkelsensors des Fahrzeugs berechnet wird, und wobei der Prognose der Trajektorie jeweilige, durch mindestens einen Umfeldsensor erfasste Straßenhöhenprofildaten zugeordnet werden, wobei anhand der Prognose mindestens ein Aktor des aktiven Fahrwerks geregelt wird, und wobei die Prognose der Trajektorie ausschließlich dann zum Regeln des aktiven Fahrwerks verwendet wird, wenn die Trajektorie in einem Bereich liegt, der anhand von durch den mindestens einen Umfeldsensor erfassten Umfelddaten als befahrbar klassifiziert wurde.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Straßenhöhenprofildaten, die in einer Prognose einer Trajektorie des Fahrzeugs liegen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, das zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens konfiguriert ist.
  • Um vorausschauende Fahrwerkssysteme, wie bspw. aktive Federungssysteme eines Fahrzeugs auf eine zukünftig zu befahrende Fahrbahn einzustellen, wird traditionell ein Straßenhöhenverlauf vor dem Fahrzeug durch eine Umfeldsensorik gemessen und zu einem geschätzten Straßenhöhenprofilsignal aufbereitet. Dieses Straßenhöhenprofilsignal wird einer vorausschauenden Fahrwerksregelung eines Nutzersystems, wie bspw. einem aktiven Federungssystem, zur Verfügung gestellt, das daraus ein proaktives Ansteuersignal für jeweilige Aktoren des Nutzersystems berechnet. Durch einen anhand der Vorausschau mittels der Umfeldsensorik gewonnen Zeitvorteil kann bspw. ein Fahrkomfort erhöht werden, indem die Aktoren präzise auf eine jeweilige, durch die Umfeldsensorik detektierte Umgebung eingestellt werden.
  • Für eine Ansteuerung einer jeweiligen Vorausschau-Regelung wird das Straßenhöhensignal dort benötigt, wo jeweilige Räder des Fahrzeugs entlangfahren werden, d. h. das Straßenhöhensignal wird für eine jeweilige Trajektorie des Fahrzeugs benötigt. Traditionell wird das Straßenhöhensignal anhand einer Trajektorie ausgegeben, die auf aktuell bekannten Fahrzeugbewegungsdaten, wie bspw. Lenkwinkel, Fahrgeschwindigkeit oder der Beschleunigung beruht. Ändert sich der Lenkwinkel nicht, gilt die Trajektorie auch in einem nahen Zeitfenster in dem von dem Fahrzeug zu befahrenden Fahrbahnabschnitt. Werden von einem jeweiligen Fahrer jedoch Lenkbewegungen ausgeführt, ändert sich die Trajektorie des Fahrzeugs dynamisch, so dass die Straßenhöheninformationen auf Grundlage von Daten aus vergangenen Zeitfenstern nunmehr außerhalb der aktuellen Trajektorie liegen und entsprechend nicht mehr verwendet werden können. Dabei steigt eine Abweichung zwischen Trajektorievorhersage und tatsächlicher Trajektorie des Fahrzeugs mit zunehmender Entfernung der vorhergesagten Trajektorie zum Fahrzeug. Dynamische Lenkbewegungen des Fahrers können bspw. dazu führen, dass die vorhergesagte Trajektorie eine aktuelle Fahrbahn und, dadurch bedingt, einen tatsächlich befahrenen Bereich verlässt.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 015 492 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrwerks für ein Fahrzeug offenbart, bei dem ein Straßenhöhenprofil ermittelt und jeweiligen vorgegebenen Kategorien zugeordnet wird.
  • Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2010/0023211 A1 offenbart ein Regelsystem für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, wobei ein Sensor eine vorausliegende Fahrbahn vermisst und basierend auf Messdaten des Sensors eine Variable berechnet wird, anhand derer Aktoren des Fahrwerks eingestellt werden.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 018 902 A1 offenbart, wobei ein Straßenhöhenprofilsignal auf periodisch wiederkehrende Höhenänderungen hin analysiert wird und Aktoren des Fahrwerks ggf. entsprechend eingestellt werden.
  • Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Regeln eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Straßenhöhenprofildaten, die in einer Prognose einer Trajektorie des Fahrzeugs liegen vorgestellt, wobei die Prognose der Trajektorie mittels eines dynamischen mathematischen Modells mindestens auf Grundlage von Lenkwinkeldaten eines Lenkwinkelsensors des Fahrzeugs berechnet wird, und wobei der Prognose der Trajektorie jeweilige, durch mindestens einen Umfeldsensor erfasste Straßenhöhenprofildaten zugeordnet werden, wobei anhand der Prognose mindestens ein Aktor des aktiven Fahrwerks geregelt wird, und wobei die Prognose der Trajektorie ausschließlich dann zum Regeln des aktiven Fahrwerks verwendet wird, wenn die Trajektorie in einem Bereich liegt, der anhand von durch den mindestens einen Umfeldsensor erfassten Umfelddaten als befahrbar klassifiziert wurde.
  • Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
  • Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln eines Fahrwerks eines Fahrzeugs mittels von einem Umfeldsensor erfasster Umfelddaten für eine zukünftige Trajektorie des Fahrzeugs, wobei die zukünftige Trajektorie des Fahrzeugs mittels eines mathematischen Modells berechnet wird, das mindestens Lenkwinkeldaten des Fahrzeugs verarbeitet. Insbesondere ist vorgesehen, dass lediglich solche Trajektorien verwendet werden, die innerhalb eines tatsächlich befahrbaren Bereichs liegen.
  • Unter Umfelddaten sind im Kontext der vorliegenden Erfindung Daten zu verstehen, die aus einer Vermessung einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs mittels eines Umfeldsensors, wie bspw. einer Kamera, stammen. Umfelddaten sind insbesondere Straßenhöheninformationen.
  • Unter Straßenhöhenprofildaten sind im Kontext der vorliegenden Erfindung solche Daten zu verstehen, die eine Oberflächenbeschaffenheit einer jeweiligen Umgebung angeben. Insbesondere ist vorgesehen, dass Straßenhöhenprofildaten aus Umfelddaten, die von einem Umfeldsensor erfasst wurden, abgeleitet werden.
  • Durch Berücksichtigung dynamischer Lenkbewegungen des Fahrzeugs bei der Berechnung der Prognose der Trajektorie des Fahrzeugs können spontane Lenkmanöver eines Fahrers berücksichtigt werden, die in Kombination mit einer selektiven Auswahl von entsprechenden Umfelddaten eine präzise Einstellung von Aktoren des Fahrwerks des Fahrzeug in Abhängigkeit genau der Umfeld- bzw. Straßenhöhenprofildaten ermöglicht, die einem tatsächlich befahrenen Wegabschnitt entsprechen.
  • Es ist denkbar, dass das vorgestellte Verfahren anhand mindestens zweier verschiedener Prognosehorizonte abläuft, wobei ein erster naher bzw. kurzer Prognosehorizont auf Grundlage von Lenkwinkeldaten, insbesondere aktuellen Lenkwinkeldaten und ein zweiter weiter bzw. ferner gelegene Prognosehorizont auf Grundlage von klassifizierten Umfelddaten berechnet wird.
  • Insbesondere ist vorgesehen, einen Prognosehorizont auf Grundlage der Lenkwinkeldaten mit einem Prognosehorizont auf Grundlage der Umfelddaten zu kombinieren und eine Trajektorie lediglich auf Grundlage von Lenkwinkeldaten in einem bestimmten Bereich der Umfelddaten zu berechnen.
  • Unter einem Prognosehorizont ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine räumliche Entfernung einer Grenze einer aktuell berechneten Prognose einer jeweiligen Trajektorie eines jeweiligen Fahrzeugs zu verstehen.
  • In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Umfelddaten verwendet werden, um eine aktuell von dem Fahrzeug befahrene Spur zu erkennen, d. h. zu klassifizieren.
  • Mittels Umfelddaten, wie bspw. Straßenhöhenprofildaten, ist es möglich, eine aktuell befahrene Spur zu erkennen und ggf. von nicht befahrbaren Bereichen, wie bspw. einem Seitenstreifen, abzugrenzen. Sobald entsprechendes Wissen um befahrbare Bereiche in jeweiligen Umfelddaten vorliegt, können Berechnungen zum Regeln des aktiven Fahrwerks des Fahrzeugs auf diejenigen Umfelddaten beschränkt werden, die als befahrbar bekannt sind.
  • Weiterhin kann durch Auswahl von Umfelddaten in Abhängigkeit der aktuell befahrenen Spur ein Einfluss von Umfelddaten auf eine jeweilige zu berechnende Prognose bzw. auf Einstellungen des Fahrwerks, aufgrund von Daten, die in nicht befahrenen Bereichen ermittelt wurden, vermieden werden.
  • In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Oberflächenprofil auf Grundlage von aktuell erfassten Umfelddaten, insbesondere von Umfelddaten einer von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Spur, klassifiziert wird.
  • Um die Prognose der Trajektorie des Fahrzeugs auf wahrscheinlich befahrene Bereiche hin einzuschränken und die Validität der Prognose entsprechend zu erhöhen, ist denkbar, dass aktuell erfasste Umfelddaten klassifiziert werden, so dass befahrbare Bereiche, wie bspw. eine glatte Straße, erkannt und von nicht befahrbaren Bereichen, wie bspw. einem rauen Seitenstreifen, unterschieden werden können. Mittels eines durch eine Klassifikation der Umfelddaten erzeugten Wissens über vorausliegend befahrbare Bereiche können potentiell relevante Umfelddaten weiter selektiert, und entsprechend präzisiert werden, so dass Fehlstellungen von Aktoren aufgrund von Umfelddaten aus nicht befahrbaren Bereichen vermieden werden.
  • In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Klassifikation der Umfelddaten, insbesondere der Umfelddaten des Oberflächenprofils der aktuell von dem Fahrzeug befahrenen Spur, und ein Wissen um die aktuell befahrene Spur verwendet wird, um eine Prognose einer jeweiligen Trajektorie mittels einer Validitätskennzahl hinsichtlich ihrer Eignung zum Regeln des aktiven Fahrwerks zu beurteilen.
  • Sobald jeweilige Umfelddaten klassifiziert sind und Wissen bspw. in Form einer wahrscheinlich befahrenen Spur vorliegt, ist es möglich, die anhand der von dem Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkeländerungen berechnete Prognose der Trajektorie des Fahrzeugs auf diejenigen Bereiche der Umfelddaten zu beschränken, die tatsächlich befahrbar sind. Entsprechend werden nur diejenigen Straßenhöhenprofildaten zum Regeln des aktiven Fahrwerks verwendet, die als auf der aktuellen Spur liegend klassifiziert und innerhalb der Prognose der Trajektorie des Fahrzeugs liegend berechnet wurden.
  • Es ist denkbar, dass zur Beurteilung einer Eignung einer jeweiligen berechneten Prognose einer Trajektorie eines jeweiligen Fahrzeugs eine Validitätskennzahl berechnet wird, die eine Lage der berechneten Prognose der Trajektorie innerhalb einer erkannten Spur bzw. innerhalb eines befahrbaren Bereichs angibt. Die Validitätskennzahl kann bspw. einen Wert zwischen null und eins annehmen, wobei null eine Lage der Prognose der Trajektorie fern ab von befahrbaren Bereichen und eins eine Lage direkt auf einer jeweiligen Spur codiert.
  • Ein möglicher Algorithmus zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens könnte bspw. wie nachstehend beschrieben ablaufen:
    • a) Erkennen einer aktuell befahrenen Spur in mittels eine Umfeldsensors erfassten Umfelddaten.
    • b) Klassifizieren von befestigten und unbefestigten Straßenabschnitten auf Grundlage der Umfelddaten.
    • c) Schätzung einer zukünftigen Trajektorie des Fahrzeugs anhand von Informationen zur aktuell befahrenen Spur und eines Wissens um befestigte und unbefestigte Abschnitte in den Umfelddaten über Ergebnisse der Schritte a) und b)
    • d) Zuordnung von mittels eines Umfeldsensors erfassten Straßenhöheninformationen zu der in Schritt c) berechneten Trajektorie des Fahrzeugs.
    • e) Begrenzen der Trajektorievorhersage auf Grundlage eines aktuellen Lenkwinkels des Fahrzeugs auf Bereiche, die auch tatsächlich befahren werden können.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, das dazu konfiguriert ist, ein aktives Fahrwerk eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Straßenhöhenprofildaten, die in einer Prognose einer Trajektorie des Fahrzeugs liegen, zu regeln, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Prognose mittels eines dynamischen mathematischen Modells mindestens auf Grundlage von Lenkwinkeldaten eines Lenkwinkelsensors des Fahrzeugs zu berechnen und die Prognose der Trajektorie jeweiligen, durch einen Umfeldsensor erfassten Straßenhöhenprofildaten zuzuordnen, wobei die Prognose der Trajektorie ausschließlich dann zum Regeln des aktiven Fahrwerks verwendet wird, wenn die Trajektorie in einem Bereich liegt, der anhand der Umfelddaten als befahrbar zu klassifizieren ist.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt einen schematischen Ablauf einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
  • In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem Umfeldsensor 3 in Form einer Kamera dargestellt. Das Fahrzeug 1 umfasst ferner Aktoren 5 zum Verstellen eines aktiven Fahrwerks des Fahrzeugs 1 und ein Steuergerät 7, das zur Erfassung von Lenkbewegungen des Fahrzeugs 1 konfiguriert ist.
  • Um die Aktoren 5 auf Höhenunterschiede in einer Fahrspur 9 einzustellen, erfasst der Umfeldsensor 3 ein vor dem Fahrzeug 1 befindliches Umfeld, d. h. insbesondere die Fahrspur 9 sowie einen Seitenstreifen 11.
  • Anhand von mittels des Umfeldsensors 3 erfassten Umfelddaten kann die Fahrspur 9 klassifiziert werden, indem bspw. ein mathematischer Klassifikator verwendet wird, der die Umfelddaten mit vorgegebenen Mustern vergleicht und die Fahrspur 9 aufgrund ihrer, von dem Seitenstreifen 11 verschiedenen Oberflächenstruktur als zu einer Gattung ”befahrbar” zugehörig erkennt.
  • Sobald die Fahrspur 9 erkannt wurde, können Umfelddaten, die dem Seitenstreifen 11 entsprechen, von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden, so dass weitere Berechnungen lediglich auf Umfelddaten, die der Fahrspur 9 entsprechen, ausgeführt werden.
  • Mittels eines aktuellen Lenkwinkels des Fahrzeugs 1, den das Steuergerät 7 bspw. über einen Lenkwinkelsensor erfasst, kann eine Trajektorie 13 des Fahrzeugs 1 prognostiziert, d. h. für in der Zukunft zu befahrende Wegpunkte berechnet werden. Um die Trajektorie 13 hinsichtlich ihrer Validität zu beurteilen, wird die Trajektorie 13 lediglich dann zum Regeln der Aktoren 5 verwendet, wenn die Trajektorie innerhalb der Fahrspur 9 liegt. Dazu können bspw. Berechnungen zum Ermitteln der Prognose der Trajektorie 13 auf diejenigen Umfelddaten beschränkt werden, die innerhalb der Fahrspur 9 liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012015492 A1 [0004]
    • DE 102010018902 A1 [0006]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Regeln eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Straßenhöhenprofildaten, die in einer Prognose einer Trajektorie des Fahrzeugs liegen, wobei die Prognose der Trajektorie mittels eines dynamischen mathematischen Modells mindestens auf Grundlage von Lenkwinkeldaten eines Lenkwinkelsensors des Fahrzeugs berechnet wird, und wobei der Prognose der Trajektorie jeweilige, durch mindestens einen Umfeldsensor erfasste Straßenhöhenprofildaten zugeordnet werden, wobei anhand der Prognose mindestens ein Aktor des aktiven Fahrwerks geregelt wird, und wobei die Prognose der Trajektorie ausschließlich dann zum Regeln des aktiven Fahrwerks verwendet wird, wenn die Trajektorie in einem Bereich liegt, der anhand von durch den mindestens einen Umfeldsensor erfassten Umfelddaten als befahrbar klassifiziert wurde.
  2. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Umfelddaten verwendet werden, um eine aktuell von dem Fahrzeug aktuell befahrene Spur zu erkennen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Oberflächenprofil der aktuell von dem Fahrzeug befahrenen Spur mittels aktuell erfasster Umfelddaten klassifiziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Oberflächenprofil mindestens in Kategorien der folgenden Liste an Kategorien klassifiziert wird: ”befestigt” und ”unbefestigt”.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Klassifikation des Oberflächenprofils der aktuell von dem Fahrzeug befahrenen Spur und ein Wissen um die aktuell befahrene Spur verwendet wird, um eine Prognose einer jeweiligen Trajektorie mittels einer Validitätskennzahl hinsichtlich ihrer Eignung zum Regeln des aktiven Fahrwerks zu beurteilen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei mittels des Umfeldsensors und/oder eines Straßenhöhensensors erfasste Straßenhöheninformationen der Prognose der Trajektorie zugeordnet werden.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei als Umfeldsensor ein Bilddaten lieferender Kamerasensor gewählt wird.
  8. Fahrzeug mit einem Steuergerät (7), das dazu konfiguriert ist, ein aktives Fahrwerk (5) eines Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit von Straßenprofilhöhendaten, die in einer Prognose einer Trajektorie (13) des Fahrzeugs (1) liegen, zu regeln, wobei das Steuergerät (7) weiterhin dazu konfiguriert ist, die Prognose mittels eines dynamischen mathematischen Modells mindestens auf Grundlage von Lenkwinkeldaten eines Lenkwinkelsensors des Fahrzeugs (1) zu berechnen und die Prognose der Trajektorie (13) jeweiligen, durch einen Umfeldsensor (3) erfassten Straßenhöhenprofildaten zuzuordnen, wobei die Prognose der Trajektorie (13) ausschließlich dann zum Regeln des aktiven Fahrwerks (5) verwendet wird, wenn die Trajektorie (13) in einem Bereich (9) liegt, der anhand der Umfelddaten als befahrbar zu klassifizieren ist.
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