DE102016113902A1

DE102016113902A1 - Feldbasierte Drehmoment-Lenkregelung

Info

Publication number: DE102016113902A1
Application number: DE102016113902.5A
Authority: DE
Inventors: Edwin Olson; Enric Galceran; Ryan M. EUSTICE; James Robert McBride
Original assignee: Ford Global Technologies LLC; University of Michigan
Current assignee: Ford Global Technologies LLC; University of Michigan
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-02-02
Also published as: CN106394650A; US20170031362A1; MX2016009705A; RU2016130318A; US9618938B2; CN106394650B; MX361385B; RU2016130318A3; RU2721860C2

Abstract

Ein System weist einen Computer auf, der dafür programmiert ist, entlang einem von einem Fahrzeug zu befahrenden Sollweg ein Potentialfeld zu ermitteln, das einen Fahrkorridor für das Fahrzeug repräsentiert. Der Computer ist ferner dafür programmiert, eine Position des Fahrzeugs relativ zu dem Potentialfeld zu einer aktuellen Zeit zu erkennen und ein Drehmoment auf eine Lenksäule des Fahrzeugs aufzubringen. Das Drehmoment beruht zumindest zum Teil auf der Position. Das Potentialfeld weist ein anziehendes Potential auf, das das Fahrzeug derart leitet, dass es in dem Korridor bleibt.

Description

HINTERGRUND
Autonome Fahrzeuge können durch Einstellen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs derart gelenkt werden, dass sie einer Mittellinie eines Wegs folgen. Dies weicht von einem üblichen menschlichen Fahrverhalten ab, das Rückstellmomenten Rechnung trägt, die auf die Lenksäule während Fahrmanövern ausgeübt werden, und das außerdem üblicherweise mehr Abweichung von einer Mittellinie ermöglicht.
ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaubild eines beispielhaften Fahrzeugs mit einer Drehmoment-Lenkregelung auf Grundlage eines Potentialfelds.
2 ist ein Schaubild des beispielhaften Fahrzeugs aus 1 auf einer Straße mit einer Darstellung eines Potentialfelds.
3 ist ein Schaubild einer beispielhaften Regelung für ein feldbasiertes Drehmoment-Lenksystem.
4 ist ein Schaubild eines beispielhaften Prozesses für ein feldbasiertes Drehmoment-Lenksystem.
5 ist ein Schaubild eines Test-Bahnverlaufs zum Testen eines beispielhaften feldbasierten Drehmoment-Lenksystems.
6A ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines ersten Teils eines Tests eines beispielhaften feldbasierten Drehmoment-Lenksystems anzeigt.
6B ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines zweiten Teils des Tests des beispielhaften feldbasierten Drehmoment-Lenksystems, wie in 6A gezeigt, anzeigt.
6C ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines dritten Teils des Tests des beispielhaften feldbasierten Drehmoment-Lenksystems, wie in 6A und 6B gezeigt, anzeigt.
6D ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines vierten Teils des Tests des beispielhaften feldbasierten Drehmoment-Lenksystems, wie in 6A, 6B und 6C gezeigt, anzeigt.
6E ist eine Kurve, die Potenzialfeldgradienten und aufgebrachtes Drehmoment während des ersten Teils des Tests korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 6A anzeigt.
6F ist eine Kurve, die Potenzialfeldgradienten und aufgebrachtes Drehmoment während des zweiten Teils des Tests korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 6B anzeigt.
6G ist eine Kurve, die Potenzialfeldgradienten und aufgebrachtes Drehmoment während des dritten Teils des Tests korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 6C anzeigt.
6H ist eine Kurve, die Potenzialfeldgradienten und aufgebrachtes Drehmoment während des vierten Teils des Tests korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 6D anzeigt.
7A ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines ersten Teils eines Tests eines Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system) anzeigt.
7B ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines zweiten Teils des Tests des Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system), wie in 7A gezeigt, anzeigt.
7C ist eine Kurve, die einen Fahrzeug-Bahnverlauf während eines dritten Teils des Tests des Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system), wie in 7A und 7B gezeigt, anzeigt.
7D ist eine Kurve, die aufgebrachtes Drehmoment während des ersten Teils des Tests des Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system), korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 7A anzeigt.
7E ist eine Kurve, die aufgebrachtes Drehmoment während des zweiten Teils des Tests des Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system), korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 7B anzeigt.
7F ist eine Kurve, die aufgebrachtes Drehmoment während des dritten Teils des Tests des Lenkradwinkel-Lenksystems (steering wheel angle (SWA) steering system), korrespondierend zu dem Fahrzeug-Bahnverlauf von 7C anzeigt.
8A ist eine Kurve, die die Verfolgungsleistung eines feldbasierten Drehmoment-Lenksystems anzeigt.
8B ist eine Kurve, die die Verfolgungsleistung eines SWA-Lenksystems anzeigt.
9 ist eine Kurve, die die gesamte Arbeit (in Joule) eines feldbasierten Drehmoment-Lenksystems und eines SWA-Lenksystems anzeigt.
10 ist ein Schaubild eines des beispielhaften Fahrzeugs mit feldbasierter Lenkregelung auf einer Straße mit einem ersten Potentialfeld entlang eines Sollwegs und einem zweiten mit einem Hindernis in Zusammenhang stehenden Potentialfeld.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
ÜBERBLICK
Ein Lenken eines autonomen Fahrzeugs mithilfe von Potentialfeldern und Drehmoment-Lenkregelung ermöglicht, dass das Fahrzeug von einem Sollweg in einem definierten Korridor abweicht und sich mehr einer menschlichen Fahrweise annähert. Das feldbasierte Drehmoment-Lenkregelungssystem definiert ein Potentialfeld, das den Fahrkorridor für das Fahrzeug entlang eines Sollwegs repräsentiert, der von dem Fahrzeug befahren werden soll. Das System erkennt eine Pose des Fahrzeugs relativ zu dem Potentialfeld zu einer aktuellen Zeit. Zu einer „Pose des Fahrzeugs” zählt mindestens eine Position des Fahrzeugs zu einer bestimmten Zeit, und ferner können dazu weitere das Fahrzeug betreffende Informationen zählen, wie beispielsweise eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs usw. zu der bestimmten Zeit. Das System ermittelt auf Grundlage der Fahrzeugpose relativ zu dem Potentialfeld ein auf eine Lenksäule des Fahrzeugs aufzubringendes Drehmoment. Das Potentialfeld weist ein anziehendes Potential auf, das das Fahrzeug derart leitet, dass es in dem Korridor bleibt.
Wie durch Testergebnisse gezeigt, kann ein derartiges feldbasiertes Drehmoment-Lenksystem zu einer ähnlichen Verfolgung wie der bei Lenkradwinkel-Lenksystemen (SWA-Lenksystemen) führen, die aktuell für autonome Fahrzeuge entwickelt werden, während weniger Arbeit (gemessen in Joule) aufgewendet wird, um das Fahrzeug zu lenken. Dies kann zu einer Fahrerfahrung führen, die sich natürlicher anfühlt, ähnlich der bei einem von einer Person gefahrenen Fahrzeug.
BEISPIELHAFTE SYSTEMELEMENTE
Ein beispielhaftes Fahrzeug 10 mit einem Computer 12, der dafür programmiert ist, Potentialfelder und Drehmomentregelung zum Lenken des Fahrzeugs 10 zu verwenden, wird in 1 gezeigt. Zu dem Fahrzeug 10 zählen der Computer 12, wobei in einem von dessen Speichern eine Road Network Definition File (RNDF) 16 gespeichert ist, ein oder mehrere Datensammler 14, eine Benutzerschnittstelle 18 sowie ein oder mehrere Regler 20. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich im Allgemeinen um ein Landfahrzeug mit drei oder mehr Rädern, z. B. einen Personenkraftwagen, einen leichten Lastwagen usw. Das Fahrzeug 10 weist eine vordere, eine hintere, eine linke Seite und eine rechte Seite auf, wobei die Begriffe vordere, hintere, linke und rechte aus der Perspektive eines Bedieners des Fahrzeugs 10 zu verstehen sind, der in einem Fahrersitz in einer standardmäßigen Betriebsstellung sitzt, d. h. einem Lenkrad zugewandt.
Zu dem Computer 12 des Fahrzeugs 10 zählen im Allgemeinen ein Prozessor und ein Speicher, wobei der Speicher eine oder mehrere Formen computerlesbarer Medien aufweist und in ihm Anweisungen gespeichert sind, die durch den Prozessor zum Ausführen verschiedener Operationen, darunter hier offenbarte, ausführbar sind. Ferner können zu dem Computer 12 des Fahrzeugs 10 eine oder mehrere andere Datenverarbeitungsvorrichtungen zählen und/oder mit diesem kommunikativ gekoppelt sein, die in das Fahrzeug 10 einbezogen sind, um verschiedene Fahrzeugkomponenten zu überwachen und/oder zu regeln, z. B. elektronische Regeleinheiten (electronic control units, ECUs), wie beispielsweise die Regler 20. Der Computer 12 des Fahrzeugs 10 ist allgemein für Datenübertragungen auf einem Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) oder dergleichen programmiert und eingerichtet.
Der Computer 12 des Fahrzeugs 10 kann außerdem eine Verbindung zu einem On-Board-Diagnosestecker (onboard diagnostics connector, OBD-II), einem CAN-Bus (controller area network bus) und/oder anderen kabelgebundenen oder drahtlosen Mechanismen aufweisen. Über einen oder mehrere derartige Datenübertragungsmechanismen kann der Computer 12 Nachrichten an verschiedene Vorrichtungen in einem Fahrzeug 10 übermitteln und/oder Nachrichten von den verschiedenen Vorrichtungen empfangen, z. B. von Aktuatoren, Sensoren usw., einschließlich Datensammlern 14 und Reglern 20. Alternativ oder zusätzlich kann in Fällen, in denen das Fahrzeug 10 tatsächlich mehrere Vorrichtungen umfasst, der CAN-Bus oder dergleichen für Datenübertragungen zwischen Vorrichtungen verwendet werden, die in dieser Offenbarung als der Computer 12 dargestellt werden. Des Weiteren kann der Computer 12 für einen Datenaustausch mit anderen Vorrichtungen mithilfe verschiedener kabelgebundener und/oder drahtloser Netzwerktechnologien konfiguriert sein, z. B. Mobilfunk, Bluetooth, ein universeller serieller Bus (USB), kabelgebundene und/oder drahtlose Paketnetzwerke usw.
In einem Speicher des Computers 12 werden im Allgemeinen gesammelte Daten gespeichert. Zu den gesammelten Daten können verschiedene in dem Computer 12 durch Datensammler 14 gesammelte und/oder davon abgeleitete Daten zählen. Zu gesammelten Daten können ferner über Datenaustausche, z. B. mit Quellen außerhalb des Fahrzeugs 10, empfangene Daten zählen. Zu Beispielen für gesammelte Daten können das Fahrzeug 10 betreffende Daten, beispielsweise ein Standort von Objekten, eine Art von Objekten, ein Standort und eine Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge, Straßenmerkmale usw. in einem Gebiet zählen, in dem das Fahrzeug 10 operiert. Zu den gesammelten Daten können ferner Daten bezüglich eines Fahrzeugzustands zählen, wie beispielsweise Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10, auf eine Lenksäule aufgebrachtes Drehmoment, Kraftmaschinendrehzahl usw. Ferner können zu den Daten zum Beispiel von einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS) empfangene Standortdaten oder Kartendaten eines Gebiets zählen, in dem das Fahrzeug 10 operiert oder zu operieren plant. Im Allgemeinen können die gesammelten Daten beliebige Daten beinhalten, die von den Datensammlern 14 gesammelt werden können, durch Fahrzeug-Fahrzeug-(V2V-) oder Fahrzeug-Infrastruktur-(V2I-)Datenübertragungen empfangen werden können, durch Satelliten-Datenübertragungen empfangen werden können, von anderen Quellen gesammelt oder empfangen werden können und/oder aus derartigen Daten errechnet werden können.
Der Computer 12 kann ferner dafür programmiert werden, Daten in Bezug auf Zielsetzungen des Fahrzeugs 10 sowie andere das Fahrzeug 10 betreffende Daten zu sammeln. „Zielsetzung” des Fahrzeugs 10 wird hier in dem Sinn verwendet, dass es sich auf Ziele einer Fahrt bezieht, wie beispielsweise ein endgültiger Zielort, Zwischen-Zielorte, eine zu fahrende Route, eine bevorzugte Ankunftszeit, ein anzuwendender Fahrstil (konservativ, sportlich) usw.
Zum Beispiel kann der Computer 12 von dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 18 Eingaben erhalten haben, die den Zielort des Benutzers und die Route angeben, die er gern nehmen würde. Auf Grundlage der gesammelten Daten kann der Computer 12, wie nachfolgend beschrieben, einen Sollweg zu einem gewünschten Zielort in Form von Fahranweisungen auf einer Straßenkarte planen. Der Computer 12 kann ferner einen Korridor akzeptabler Abweichung um den Sollweg herum definieren. Auf Grundlage des definierten Korridors kann der Computer 12 Befehle an die Fahrzeugregler 20 festlegen und senden, um das Fahrzeug 10 durch Verstellen eines auf eine Lenksäule aufgebrachten Drehmoments derart zu steuern, dass es sich den Sollweg entlang und in dem Korridor bewegt.
Im Allgemeinen kann jeder Regler 20 einen Prozessor aufweisen, der dafür programmiert ist, Anweisungen von dem Fahrzeug 10 zu empfangen, die Anweisungen auszuführen und Nachrichten an den Computer 12 zu senden. Eine elektronische Regeleinheit (ECU), die bekannt ist und darüber hinaus über eine Programmierung für einen Betrieb wie hier beschrieben verfügt, ist ein Beispiel für einen Regler 20. Ferner kann zu jedem der Regler 20 ein Aktuator oder dergleichen zählen oder mit ihm kommunikativ gekoppelt sein, der bereitgestellt wird, um eine Fahrzeugkomponente zu betätigen, z. B. Bremsen, Lenkung, Drossel usw. Zum Beispiel kann ein Drehmomentregler 20 einen Prozessor und einen Motor aufweisen, um ein Drehmoment auf eine Lenksäule aufzubringen. Bei diesem Beispiel kann beim Empfangen einer Anweisung von dem Computer 12 der Prozessor den Motor aktivieren, um die Lenkung des Fahrzeugs 10 zu verstellen.
Ferner können die Regler 20 jeweils Sensoren aufweisen oder auf andere Weise als Datensammler 14 arbeiten, um dem Computer 12 Daten in Bezug auf Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, Lenkwinkel, Höhe einer Aufhängung usw. zu liefern. Zum Beispiel kann der Drehmomentregler 20 Daten an den Computer 12 senden, die dem auf die Lenksäule aufgebrachten Drehmoment entsprechen.
Bei Datensammlern 14 kann es sich um verschiedene Vorrichtungen handeln. Zum Beispiel kann es sich bei Datensammlern 14 um LIDAR, Radar, Videokameras, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren zum Erfassen der Umgebung handeln. Zu Datensammlern 14 können ferner Komponenten zählen, die dynamische Daten des Fahrzeugs 10 sammeln, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Gierrate, Lenkwinkel usw. Ferner sollen die vorstehenden Beispiele nicht einschränkend sein. Andere Arten von Datensammlern 14, zum Beispiel Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, Thermometer, Barometer, Höhenmesser usw. könnten verwendet werden, um dem Fahrzeug 10 Daten zu liefern.
Eine Road Network Definition File (RNDF) 16 kann codierte topologisch-metrische Karten der Straßennetze enthalten, wo das Fahrzeug 10 operieren könnte. Die topologisch-metrischen Karten enthalten Breitengrad- und Längengrad-Koordinaten für Straßenmerkmale und andere Objekte in der Umgebung und sind auf Grundlage eines Derivats des RNFD-Dateiformats codiert. Die RNDF 16 kann dem Computer 12 Kartendaten usw. zuführen.
Das Fahrzeug 10 kann ferner eine Benutzerschnittstelle 18 aufweisen, die in dem Fahrzeug 10 enthalten oder kommunikativ mit diesem gekoppelt sein kann. Die Benutzerschnittstelle 18 kann z. B. verwendet werden, um Eingaben von einem Benutzer bezüglich des gewünschten Zielorts des Fahrzeugs 10, der gewünschten zu nehmenden Route usw. zu empfangen. Die Schnittstelle 18 kann eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen wie beispielsweise eine Anzeige, Lautsprecher usw. aufweisen, um Informationen an einen Benutzer zu übermitteln. Die Schnittstelle 18 kann ferner eine oder mehrere Eingabevorrichtungen wie beispielsweise eine Touchscreen-Anzeige, eine Tastatur, eine Gestenerkennungsvorrichtung, Schalter usw. zum Empfangen von Eingaben von dem Benutzer aufweisen.
PROZESSE
Ein feldbasiertes Drehmoment-Lenksystem zum Steuern eines Fahrzeugs 10 entlang eines Sollwegs 30 kann einen Korridor 32 um den Weg 30 herum sowie einen Lenkregler 20 aufweisen, bei dem eine drehmomentbasierte Schnittstelle verwendet wird. Der Korridor 32 kann aus Potentialfeldern 34 konstruiert sein, die das Fahrzeug 10 den Sollweg 30 entlang führen. Die Potentialfelder 34 können eine Lenkkomponente, die das Fahrzeug 10 zu dem Sollweg 30 hin führt, und eine Hinderniskomponente aufweisen, die das Fahrzeug 10 von Hindernissen weg führt, z. B. von statischen Objekten, anderen Fahrzeugen usw. in einer vorgegeben Entfernung von dem Sollweg 30. Die vorgegebene Entfernung kann zum Beispiel als innerhalb einer vorgegebenen seitlichen Entfernung definiert werden, z. B. 20 Meter von dem Sollweg. Als ein weiteres Beispiel kann die vorgegebene Entfernung als innerhalb des durch das Potentialfeld repräsentierten Korridors definiert werden. Als ein weiteres Beispiel kann die vorgegebene Entfernung eine mit einem Zustand des Fahrzeugs (Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw.) in Zusammenhang stehende und/oder mit Bedingungen in der Umgebung (Straßenart, Wetterbedingungen usw.) zusammenhängende Entfernung sein. Der Lenkregler 20 kann auf eine Lenksäule ein Drehmoment aufbringen, das auf Grundlage einer Position und/oder einer projizierten zukünftigen Position des Fahrzeugs 10 relativ zu dem Potentialfeld 34 bestimmt wird.
Konstruieren eines Potentialfelds
Ein Potentialfeld 34, das den Fahrkorridor 32 des Fahrzeugs 10 repräsentieren soll, kann mittels einer Potentialenergiefunktion konstruiert werden: U:
→
U_(x) = U_att + U_rep (1) wobei x ein Punkt in einer zweidimensionalen Ebene des Fahrzeugs 10 ist, U_att ein anziehendes Potential ist, das das Fahrzeug 10 zu dem Sollweg 30 hinführt, und U_rep ein abstoßendes Potential ist, das das Fahrzeug 10 von Hindernissen in der Umgebung wegführt. Das Ziel des Fahrzeugs 10 ist es, die Energie dieses Potentials durch Befehlen einer Lenkdrehmomenteingabe zu minimieren, die auf dem negativen Gradienten des Potentialfelds beruht:
Das anziehende Potential U_att kann um den Sollweg 30 herum erzeugt werden, z. B. um eine Mitte einer Fahrspur, die zum Beispiel bekanntlich aus einer vorliegenden Straßennetzkarte oder unter Verwendung eines Bewegungsplaners erlangt werden kann. Gegeben ist ein Sollweg 30 Π als eine Abfolge von N zweidimensionaler Wegpunkte Π = ω₁, ..., ω_N, die anziehenden Potentiale U_att(x) können für alle Punkte x in einer lokalen Nachbarschaft des Fahrzeugs 10, in der Form
berücksichtigt werden, wobei d(x, Π) eine Entfernung von einem Punkt x zu einem nächstgelegenen Segment in dem Sollweg 30 Π ist. Empirisch wurde festgestellt, dass ein quadratisches Potential, d. h. i = 2 eine ausreichende Regelautorität liefert, um das Fahrzeug 10 auf dem Sollweg 30 zu lenken, wobei ein lineares Potential (i = 1) eine hohe Proportionalverstärkung in einem Regelsystem erfordert, was zu Instabilität führt. Es wurde ferner festgestellt, dass höhere Ordnungen (i > 2) im Vergleich zu einem quadratischen Potential keine wesentlich verbesserte Leistung lieferten. Auf Grundlage dieser Vereinfachung kann das Potential definiert werden als U_att(x) = d²(x, Π ). (4)
Bei dem Feldpotential in Gleichung 4 werden lokale Minima durch eine nullwertige Mittellinie vermieden; es ist im Hinblick auf den lateralen Versatz in Bezug auf den Sollweg 30 konvex und ermöglicht eine relativ unkomplizierte Berechnung von Ableitungen sogar in Hindernisbereichen.
In ähnlicher Weise kann ein quadratisches Potential U_rep(x) in einer Nähe von Hindernissen verwendet werden. Durch Addieren der anziehenden und abstoßenden Potentiale kann ein Gesamtpotential U₍ _x ₎ = U_att + U_rep erlangt werden. Gemäß Gleichung 2 ist die Potentialfunktion als die negative Norm des Gradienten des Potentialfelds definiert und ist gegeben durch F_(x) = –||∇U_(x)||. (5)
Das Potentialfeld 34 ist insbesondere dafür konstruiert, Lenkregler 20 des Fahrzeugs zu steuern (wobei eine Längsregelung weggelassen wird). Ein entarteter Fall, bei dem der Fahrkorridor 32 vollständig durch Hindernisse blockiert ist, kann mithilfe eines Längsreglers 20 gehandhabt werden, der dem Fahrzeug 10 befiehlt anzuhalten, sobald erkannt wird, dass der Fahrkorridor 32 vollständig blockiert ist.
Drehmomentbasierte Lenkregelung
Auf Grundlage empirischer Tests wurde festgestellt, dass ein Proportional-Differential-Regler (proportional, derivative (PD) feedback controller, PD-Regler) ausreichend ist, um das feldbasierte Drehmoment-Lenksystem für das Fahrzeug 10 zu stabilisieren. Der PD-Regler kann einen Drehmomentbefehl an den Regler 20 als eine Funktion des Potentialfelds 34 ausgeben. Das Regelziel besteht darin, das Fahrzeug 10 der Potentialfunktion in Gl. 5 folgend zu lenken.
Genauer ausgedrückt, ist die Eingangsvariable an den Regler 20 die Potentialfunktion, ausgewertet an einem Punkt x_t+L, der sich zu einer Vorausschauzeit L in der Zukunft
befindet, wobei x_t die Position einer Mitte einer Hinterachse des Fahrzeugs 10 zu einer Zeit t ist. Demzufolge ist der Drehmomentbefehl zur Zeit t gegeben als τ(t) = K_pF(x_t+L) + K_d d / dtF(x_t+L), (6) wobei K_p eine Proportionalverstärkung und K_d die Ableitungsverstärkung (Abstimmparameter) sind. Bei der Vorausschauzeit L kann es sich um eine festgelegte Zeit handeln, z. B. 50 ms. Alternativ kann die Vorausschauzeit auf Grundlage von mit dem Fahrzeug 10 in Zusammenhang stehenden Daten, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, und/oder mit der Umgebung in Zusammenhang stehenden Daten ermittelt werden, wie beispielsweise befahrene Straßenart, Verkehrsdichte, Wetterbedingungen usw.
Ein Blockschaltbild eines feldbasierten Drehmoment-Lenksystems 40 wird in 3 gezeigt. Wie vorstehend beschrieben, weist das Fahrzeug 10 den Computer 12 und einen oder mehrere Regler 20 auf. Der Computer 12 ist dafür programmiert, einen Drehmomentbefehl auf Grundlage eines Potentialgradienten zu ermitteln, wie in Gleichung 6 beschrieben. Der Computer 12 gibt den Drehmomentbefehl an den einen oder mehrere Regler 20 aus. Zu dem oder den Reglern 20 zählt ein Drehmoment-Lenkregler 20. Der Drehmoment-Lenkregler verstellt ein auf eine Lenksäule des Fahrzeugs 10 aufgebrachtes Drehmoment, wodurch eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 angepasst wird.
Das Fahrzeug 10 bewegt sich weiterhin innerhalb des Potentialfelds 34. Auf Grundlage einer Position x des Fahrzeugs 10 in dem Potentialfeld 34 wird ein aktualisierter Potentialgradient als eine Eingabe für den Computer 12 des Fahrzeugs 10 bereitgestellt.
BEISPIELHAFTER PROZESSABLAUF
4 ist ein Schaubild eines beispielhaften Prozesses 400 zum Steuern des Fahrzeugs 10 unter Verwendung eines feldbasierten Drehmoment-Lenksystems 40. Der Prozess 400 beginnt in einem Block 405.
In dem Block 405 empfängt und/oder aktualisiert der Computer 12 Wegdaten für das Fahrzeug 10. Zum Beispiel kann zu Beginn einer Fahrt der Bediener des Fahrzeugs 10 Zielortdaten für die Fahrt über die Benutzerschnittstelle 18 eingeben. Der Computer 12 kann auf Grundlage der Zielortdaten z. B. Karten aus der Route Network Definition File (RNDF) 16 abrufen. Der Computer 12 kann ferner aktuelle Standortdaten abrufen, z. B. von einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS). Auf Grundlage der Zielortdaten, der abgerufenen Karten und der aktuellen Standortdaten kann der Computer 12 bekanntermaßen einen Sollweg 30 für das Fahrzeug 10 ermitteln. Der Computer 12 kann ferner bekannte Hindernisse, z. B. beschädigte Fahrbahnabschnitte, Baustellen, usw., entlang des Sollwegs erkennen. Hindernisdaten können aus der RNDF 16 abgerufen werden, von einem GPS empfangen werden, aus Fahrzeug-Infrastruktur-Datenübertragungen (V2I-Datenübertragungen) empfangen werden, aus Fahrzeug-Fahrzeug-Datenübertragungen (V2V-Datenübertragungen) empfangen werden usw. Der Prozess 400 wird in einem Block 410 fortgesetzt.
In dem Block 410 kann der Computer 12 ein Potentialfeld 34 entlang des Sollwegs 30 definieren, wie vorstehend beschrieben. Der Prozess 400 wird in einem Block 415 fortgesetzt.
In dem Block 415 ermittelt der Computer eine Pose des Fahrzeugs 10 in dem Potentialfeld 34. Zu der Pose können eine aktuelle Position des Fahrzeugs 10, eine aktuelle Geschwindigkeit, eine aktuelle Bewegungsrichtung, eine aktuelle Beschleunigung usw. zählen. Der Computer 12 kann zumindest zum Teil GPS-Daten verwenden, um die Pose des Fahrzeugs 10 zu ermitteln. Der Computer 12 kann ferner Daten von den Datensammlern 14, Daten von den Reglern 20 usw. verwenden, um die Pose des Fahrzeugs 10 zu ermitteln. Der Prozess wird in einem Block 420 fortgesetzt.
In dem Block 420 projiziert der Computer 12 auf Grundlage der Pose zu einer aktuellen Zeit eine zukünftige Position des Fahrzeugs nach einer vorgegebenen Vorausschauzeit. Wie vorstehend beschrieben, kann es sich bei der vorgegebenen Vorausschauzeit um eine festgelegte Zeit wie z. B. 50 Millisekunden (ms) handeln. Alternativ kann die vorgegebene Vorausschauzeit auf mit dem Fahrzeug 10 in Zusammenhang stehenden Daten, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, oder auf mit der Fahrumgebung in Zusammenhang stehenden Daten beruhen, wie beispielsweise Straßenart, Verkehrsdichte, Wetterbedingungen usw.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Computer 12 die zukünftige Position derart projizieren, dass sie gleich der aktuellen Position plus eine Verschiebung ist, die gleich dem Produkt der aktuellen Geschwindigkeit und der Vorausschauzeit entlang der aktuellen Bewegungsrichtung ist. Der Prozess wird in einem Block 430 fortgesetzt.
In dem Block 430 berechnet der Computer 12 ein auf eine Lenksäule aufzubringendes Drehmoment. Wie vorstehend beschrieben, berechnet der Computer 12 eine Potentialfunktion des Potentialfelds 34 auf Grundlage von Gleichung 5. F(x) = –||∇U_(x)|| (5)
Der Computer berechnet dann ein auf die Lenksäule aufzubringendes Drehmoment auf Grundlage von Gleichung 6. τ(t) = K_pF(x_t+L) + K_d d / dtF(x_t+L) (6)
Der Prozess 400 wird dann in einem Block 435 fortgesetzt.
In dem Block 435 sendet der Computer 12 eine Anweisung an die Regler 20 und insbesondere an einen Drehmoment-Lenkregler 20. Der Drehmoment-Lenkregler verstellt ein auf die Lenksäule des Fahrzeugs 10 aufgebrachtes Drehmoment. Das Fahrzeug 10 bewegt sich weiter den Sollweg 30 entlang. Der Prozess 400 wird in einem Block 440 fortgesetzt.
In dem Block 440 entscheidet der Computer 12, ob der Prozess 400 fortgesetzt werden sollte. Zum Beispiel fährt das Fahrzeug 10 möglicherweise weiter den Sollweg 30 entlang und ist noch nicht an dem Zielort angelangt. In diesem Fall wird der Prozess 400 in einem Block 445 fortgesetzt.
Alternativ ist das Fahrzeug 10 möglicherweise an dem Zielort angekommen, hat über die Benutzerschnittstelle 18 Eingaben erhalten, dass das Fahrzeug 10 an die Seite fahren sollte, hat Anweisungen von dem Bediener erhalten, sich auf manuelle Steuerung umzustellen, usw. In solchen Fällen kann der Computer 12 entscheiden, dass der Prozess 400 enden sollte.
In dem Block 445 entscheidet der Computer 12, ob Wegdaten aktualisiert werden müssen. Zum Beispiel kann der Computer 12 von dem Bediener über die Benutzerschnittstelle 18 Eingaben erhalten haben, dass das Fahrzeug 10 einen neuen Zielort ansteuern oder einer anderen Route folgen sollte. Alternativ kann sich das Fahrzeug 10 den Sollweg 30 entlang vorwärtsbewegen, aber die Kartendaten müssen möglicherweise aktualisiert werden, um einem Fortschritt entlang des Sollwegs 30 Rechnung zu tragen. Ferner hat das Fahrzeug 10 möglicherweise ein Hindernis entlang des Sollwegs 30 erkannt und muss die Kartendaten derart aktualisieren, dass sie das Hindernis enthalten. In solchen Fällen kann der Prozess 400 in dem Block 405 fortgesetzt werden.
In anderen Fällen war der Fortschritt entlang des Sollwegs 30 möglicherweise inkrementell, und es ist möglicherweise aktuell nicht erforderlich, die Kartendaten zu aktualisieren. In diesem Fall kann der Prozess 400 in dem Block 415 fortgesetzt werden.
VERSUCHSAUFBAU
Teststrecke
Ein autonomes Testfahrzeug wurde mit dem vorstehend beschriebenen feldbasierten Drehmoment-Lenksystem 40 ausgestattet und unter Verwendung der Testoberflächen Fahrzeugdynamikfläche (VDA), Lenk- und Handhabungstrecke (SHC) und Low-Speed-Straightaway (LSSA) getestet. Durch die VDA wird eine offene, befestigte Oberfläche zum Durchführen von Freiform-Lenktests bereitgestellt. Die SHC besteht aus einer schmalen zweispurigen Straße mit scharfen Kurven und betonten Steigungsänderungen. Die LSSA besteht aus einer zweispurigen Schleife mit zwei langen Geraden.
Testfahrzeug
Das für die Versuche verwendete autonome Fahrzeug war mit einem Drive-by-Wire-System ausgestattet, das sich durch eine Lenkschnittstelle auszeichnet, die dafür konfiguriert werden kann, Drehmomentanforderungen zu akzeptieren, wie vorstehend beschrieben. Die Lenkschnittstelle kann alternativ dafür konfiguriert werden, Lenkradwinkelanforderungen (SWA-Anforderungen) zu akzeptieren, was vergleichbar mit für autonome Fahrzeuge aktuell bekannten Systemen ist. Das Fahrzeug 10 mit beiden Arten von Lenkregelungssystemen ermöglicht ein Vergleichen der Leistung der beiden Arten von Lenkregelungen in demselben Testfahrzeug 10.
Das Testfahrzeug war mit vier 3D-LIDAR-Scannern des Typs HDL-32E von Velodyne, einem POS-LV 420 von Applanix, einem Trägheitsnavigationssystem (inertial navigation system, INS), GPS sowie verschiedenen anderen Sensoren ausgestattet. Ein bordseitiger Fünfknoten-Computercluster in dem Testfahrzeug führte sämtliche Planung, Steuerung und Wahrnehmung für das System im Wesentlichen in Echtzeit aus. Insbesondere läuft der vorgeschlagene feldbasierte Drehmoment-Lenkregelungs-Ansatz an Bord des Testfahrzeugs mit 20 Hz.
Das Testfahrzeug verwendete Karten des Gebiets, in dem es operiert, in denen Informationen über die Umgebung wie beispielsweise LIDAR-Reflektivität und Straßenhöhe erfasst sind, und die für Lokalisierung, Hinderniserkennung und andere Wahrnehmungsaufgaben verwendet werden. Das Straßennetz ist unter Verwendung eines Derivats des RNDF-Formats (route network definition file format) als eine metrisch-topologische Karte codiert, die Informationen über den Standort und die Konnektivität von Straßensegmenten und Fahrspuren liefert. Gewünschte Fahrwege können durch Nutzen dieses Vorwissens erlangt werden.
Schätzungen über Zustände anderer Verkehrsteilnehmer werden durch einen auf dem Fahrzeug ausgeführten dynamischen Objektverfolger geliefert, bei dem bekanntlich LIDAR-Abstandsmessungen genutzt werden. Die Geometrie und der Standort statischer Hindernisse werden unter Verwendung von LIDAR-Messungen ebenfalls bordseitig gefolgert.
TESTERGEBNISSE
Auswertungsergebnisse für das autonome Testfahrzeug, das mit einem feldbasierten Test-Drehmoment-Lenksystem ausgerüstet ist, werden im Folgenden vorgelegt. Anfänglich wurden geradlinige Manöver und Freiform-Lenkmanöver mit zunehmender Kurvatur auf der VDA-Oberfläche ausgeführt. Diese Tests wurden bei niedriger Geschwindigkeit (~4 m/s) durchgeführt. Verschiedene Testfahrten wurden dann auf dem SHC durchgeführt, wobei mit Geschwindigkeiten von bis zu 7 m/s gefahren wurde. Schließlich wurden verschiedene Testfahrten mit Manövern, die das Vorhandensein von Hindernissen beinhalten (d. h. Potentialfelder mit Hinderniskomponenten beinhalten) wieder auf der VDA bei niedrigeren Geschwindigkeiten durchgeführt.
Anfängliche Tests
Anfänglich wurden verschiedene Freiform-Lenkwege auf der VDA-Oberfläche und ein Verfolgen von geradlinigen Wegen auf der LSSA ausgeführt. Das feldbasierte Drehmoment-Lenksystem lenkte das Testfahrzeug unter Verwendung eines zugehörigen Potentialfelds erfolgreich einen Sollweg entlang. Der Sollweg wies mehrere unterschiedliche Krümmungen auf, und allen wurde mit einer konstanten Längsgeschwindigkeit von 4 m/s gefolgt.
2, die bereits erörtert wurde, veranschaulicht ein Testergebnis. Wie zu sehen ist, handelte sich das Testfahrzeug einen Versatz gegenüber der Nullkurve des Potentialfelds (entlang des Sollwegs) ein. Es ist jedoch für das Testfahrzeug eine akzeptable Zone des Potentialfelds, um darin zu fahren, was dem Testfahrzeug ermöglicht, beim Durchfahren der Kurve einer entspannten Kurve zu folgen und sich dabei zulässige Abweichungen von dem Sollweg zunutze zu machen.
Lenk- und Handhabungsstrecke
Auf der SHC wurden Tests durchgeführt, um das feldbasierte Drehmoment-Lenksystem zu testen und es mit einem SWA-basierten Lenkregler zu vergleichen, der demselben Sollweg entlang der Strecke folgte. Bei dem SWA-basierten Regler wird ein kinematisches Modell des Testfahrzeugs verwendet, um einen SWA-Wert zu befehlen, um dem Sollweg 30 mit einer minimalen Querabweichung zu folgen, wobei er auf eine ähnliche Weise arbeitet, wie ein Pure-Pursuit-Path-Verfolgungsalgorithmus. Die Leistung eines feldbasierten Drehmoment-Lenksystems wird mit dem SWA-Regler im Hinblick auf das auf das Lenksystem aufgebrachte Drehmoment und im Hinblick auf Wegverfolgungsfehler und Regelaufwand verglichen.
5 veranschaulicht einen Test-Bahnverlauf, dem das Testfahrzeug bei einer der Versuchsfahrten folgt. Die 6A bis 6H zeigen die Leistung des feldbasierten Drehmoment-Lenksystems im Hinblick auf das Eingangssignal an den Regler, ∇F_t(x_t+L), und die Ausgabe (auf das Lenksystem aufgebrachtes Drehmoment). Im Gegensatz dazu veranschaulichen die 7A bis 7F das von dem SWA-basierten Regler aufgebrachte Drehmoment.
Es kann beobachtet werden, dass das feldbasierte Drehmoment-Lenksystem einige niederfrequente Schwingungen in dem Drehmomentsignal erzeugt, aber das Lenkverhalten unterscheidet sich aus Bedienerperspektive nicht qualitativ von dem für einen menschlichen Fahrer üblichen. Umgekehrt bringt, als eine Folge davon, dass unnachgiebig versucht wird, das Lenkrad bei einem bestimmten Winkel zu arretieren, der SWA-basierte Regler ein sehr hochfrequentes Drehmoment auf das Lenksystem auf.
Ein quantitativer Vergleich der Leistung des feldbasierten Drehmoment-Lenksystems und des SWA-basierten Reglers im Hinblick auf Wegverfolgungsfehler und Regelaufwand wird im Folgenden vorgelegt. Der Wegverfolgungsfehler wird als die vorzeichenbehaftete Strecke zwischen der Position des Fahrzeugs und dem nächstgelegenen Segment des Sollwegs berechnet und ist positiv, wenn sich das Fahrzeug rechts von dem Weg befindet, und andernfalls negativ. Der Regelaufwand ist als die von dem Aktuator verrichtete Arbeitsmenge gegeben:
wobei τ(t) das Drehmoment ist, das auf das Lenksystem des Fahrzeugs zur Zeit t aufgebracht wird, t₀ und t_f jeweils der Start- und Endzeitpunkt der Fahrt sind, und θ der Lenksäulenwinkel ist.
8A zeigt den Wegverfolgungsfehler während einer typischen Testfahrt für das Test-Drehmomentregelsystem, und 8B zeigt den Wegverfolgungsfehler entlang desselben Wegs für den SWA-basierten Regler. 9 zeigt den Regelaufwand. Aufgrund unterschiedlicher Längsgeschwindigkeiten weisen die Bahnverläufe eine unterschiedliche Dauer auf: Der von dem drehmomentbasierten Regler verfolgte Bahnverlauf dauert 255 s, und der von dem SWA-basierten Regler verfolgte Bahnverlauf dauert 160 Sekunden (s). Der Sollweg 30 ist jedoch für beide Regler derselbe, und daher stellt der Test im Hinblick auf Lenkung für beide Ansätze dieselbe Herausforderung dar.
In Bezug auf Wegverfolgungsfehler bieten beide Regler eine ähnliche Leistung; sie arbeiten über den größten Teil des Bahnverlaufs mit einer Genauigkeit innerhalb von 30 cm. Das feldbasierte Drehmoment-Lenksystem zeigt eine auffallende Spitze bei einem Verfolgungsfehler von knapp unter 90 Zentimetern (cm) auf halbem Weg der Bahnkurve beim Passieren einer engen Haarnadelkurve. Diese tritt auf, da ein sehr großer Lenkaufwand in diesem Bereich erforderlich ist. Bei dem feldbasierten Drehmoment-Lenksystem wird Verfolgungsgenauigkeit für ein gleichmäßigeres Lenkverhalten eingetauscht. Allerdings zeigt der SWA-basierte Regler in ähnlicher Weise hohe Spitzen deutlich über einem Fehler von 60 cm.
In Bezug auf Drehmomentaufwand fallen jedoch bei dem feldbasierten Drehmoment-Lenksystem in etwa 1500 J (Joule) während der Fahrt an. Der SWA-basierte Regler benötigt mehr als 4500 J an Arbeit. Diese beträchtliche Differenz belegt das gleichmäßigere Lenkverhalten des drehmomentbasierten Steuersystems.
Einbeziehen von Hindernissen in das Potentialfeld
Wie vorstehend erörtert, können während der Konstruktion des Potentialfelds Hindernisse als ein abstoßendes Potential einbezogen werden. Dadurch entfällt möglicherweise das Erfordernis, den Sollweg ausdrücklich derart zu berechnen/aktualisieren, dass er ein erkanntes Hindernis aufweist. 10 veranschaulicht eine Testfahrt auf der VDA-Oberfläche, wobei sich ein statisches Hindernis links von dem Sollweg des Fahrzeugs befindet. Der Computer 12 definiert ein erstes Potentialfeld 34a um den Sollweg herum, wie vorstehend beschrieben. Der Computer 12 definiert ferner ein zweites Potentialfeld 34b um das statische Objekt herum. Durch die kombinierten Potentialfelder 34a, 34b wird das Fahrzeug 10 derart einen gefahrenen Weg 31 entlang geführt, dass es das Hindernis reibungslos umgeht.
SCHLUSSBEMERKUNG
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet hier, dass eine Form, eine Struktur, ein Maß, eine Quantität, eine Zeit usw. aufgrund von Unvollkommenheiten im Hinblick auf Materialien, Bearbeitung, Herstellung usw. von einer genauen beschriebenen Geometrie, einer Entfernung, einem Maß, einer Quantität, einer Zeit usw. abweichen können.
Der Begriff „beispielhaft” wird hier in dem Sinn verwendet, dass er ein Beispiel bezeichnet, z. B. sollte ein Verweis auf ein „beispielhaftes Widget” einfach als Bezugnahme auf ein Beispiel eines Widget verstanden werden.
Datenverarbeitungsvorrichtungen wie die hier erörterten weisen im Allgemeinen jeweils Anweisungen, die durch einen oder mehrere Datenverarbeitungsvorrichtungen wie die vorstehend bezeichneten ausführbar sind, und zum Ausführen von Blöcken oder Schritten von vorstehend beschriebenen Prozessen auf. Zum Beispiel sind vorstehend erörterte Prozessblöcke möglicherweise als durch Computer ausführbare Anweisungen verkörpert.
Durch Computer ausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert sein, die unter Verwendung verschiedener Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden, darunter ohne Einschränkung und entweder einzeln oder kombiniert, Java^TM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, HTML usw. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus, wodurch er einen oder mehrere Prozesse ausführt, darunter einen oder mehrere der hier beschriebenen Prozesse. Derartige Anweisungen sowie andere Daten können unter Verwendung verschiedener computerlesbarer Medien gespeichert und gesendet werden. Bei einer Datei in einer Datenverarbeitungsvorrichtung handelt es sich im Allgemeinen um eine Sammlung von Daten, die auf einem computerlesbaren Medium wie beispielsweise einem Speichermedium, einem Direktzugriffsspeicher usw. gespeichert ist.
Zu einem computerlesbaren Medium zählt jedes Medium, das daran teilnimmt, Daten (z. B. Anweisungen) bereitzustellen, die von einem Computer gelesen werden können.
Ein derartiges Medium kann zahlreiche Formen annehmen, darunter, aber ohne darauf beschränkt zu sein, nichtflüchtige Medien, flüchtige Medien usw. Zu nichtflüchtigen Medien zählen zum Beispiel optische oder magnetische Platten sowie andere permanente Speicher. Zu flüchtigen Medien zählt dynamischer Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory, DRAM), der üblicherweise einen Hauptspeicher bildet. Zu üblichen Formen computerlesbarer Medien zählen zum Beispiel: eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, ein CDROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierband, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASHEEPROM, ein beliebiger anderer Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette oder jedes andere Medium, von dem ein Computer lesen kann.
In den Zeichnungen zeigen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente an. Außerdem könnten einige oder alle dieser Elemente geändert werden. Im Hinblick auf die hier beschriebenen Medien, Prozesse, Systeme, Verfahren usw. sollte beachtet werden, dass, obwohl die Schritte derartiger Prozesse usw. als in einer bestimmten geordneten Reihenfolge erfolgend beschrieben wurden, solche Prozesse praktisch derart angewendet werden könnten, dass die beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge als der hier beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass bestimmte Schritte gleichzeitig ausgeführt werden könnten, dass andere Schritte hinzugefügt werden könnten, oder dass bestimmte hier beschriebene Schritte entfallen können. Anders ausgedrückt: Die Beschreibungen von Prozessen werden hier zum Zweck einer Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen gegeben, und sollten keinesfalls als die beanspruchte Erfindung einschränkend aufgefasst werden.
Demzufolge sollte beachtet werden, dass die vorstehende Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Zahlreiche von den angegebenen Beispielen abweichende Ausführungsformen und Anwendungen wären beim Lesen der vorstehenden Beschreibung für Fachleute ersichtlich. Der Schutzbereich der Erfindung sollte nicht mit Bezug auf die vorstehende Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen mit Bezug auf die angefügten Ansprüche zusammen mit dem vollständigen Schutzbereich von Äquivalenten bestimmt werden, worauf bei derartigen Ansprüchen ein Anspruch besteht. Es wird vorausgesehen und ist beabsichtigt, dass zukünftige Entwicklungen des hier erörterten Standes der Technik eintreten werden, und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in derartige zukünftige Ausführungsformen einbezogen werden. Zusammengefasst sollte beachtet werden, dass die Erfindung modifiziert und variiert werden kann und lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche eingeschränkt wird.
Alle in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollen ihre einfachen und gewöhnlichen Bedeutungen haben, wie sie von Fachleuten verstanden werden, sofern hier nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Insbesondere sollte eine Verwendung der Singularartikel wie zum Beispiel „ein”, „eine”, „der”, „die”, „das” usw. so aufgefasst werden, dass ein oder mehrere der angegebenen Elemente aufgeführt werden, sofern nicht in einem Anspruch eine ausdrückliche Einschränkung mit gegensätzlicher Bedeutung angeführt wird.

Claims

System, das einen Computer mit einem Prozessor und einem Speicher umfasst, wobei in dem Speicher Anweisungen gespeichert sind, die derart durch den Prozessor ausführbar sind, dass der Computer programmiert ist zum: Ermitteln, entlang eines von einem Fahrzeug zu befahrenden Sollwegs, eines Potentialfelds, das einen Fahrkorridor für das Fahrzeug repräsentiert; Erkennen einer ersten Position des Fahrzeugs relativ zu dem Potentialfeld zu einer aktuellen Zeit und Aufbringen eines Drehmoments auf eine Lenksäule des Fahrzeugs, zumindest zum Teil auf Grundlage der ersten Position, wobei das Potentialfeld ein anziehendes Potential aufweist, das das Fahrzeug derart leitet, dass es in dem Korridor bleibt.
System nach Anspruch 1, wobei der Computer dafür programmiert ist, das anziehende Potential mit einer zunehmenden ersten Entfernung der ersten Position von dem nominellen Pfad zu erhöhen.
System nach Anspruch 2, wobei eine erste Beziehung zwischen dem anziehenden Potential und der ersten Entfernung quadratisch ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Potentialfeld derart definiert ist, dass sich der Sollweg annähernd in einer Mitte des Potentialfelds entlang einer Bewegungsrichtung befindet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Computer ferner programmiert ist zum: Erkennen einer zweiten Position relativ zu dem Potentialfeld, wobei die zweite Position eine projizierte zukünftige Position des Fahrzeugs eine erste vorgegebene Zeitspanne nach der aktuellen Zeit anzeigt, wobei ein Ermitteln des auf die Lenksäule des Fahrzeugs aufzubringenden Drehmoments zumindest zum Teil auf der zweiten Position beruht.
System nach Anspruch 5, wobei das aufgebrachte Drehmoment zumindest zum Teil auf Grundlage einer ersten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und einer ersten Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird und der Computer ferner dafür programmiert ist, die zweite Position derart zu berechnen, dass sie gleich der ersten Position plus eine erste Verschiebung gleich dem Produkt der ersten Geschwindigkeit und der ersten vorgegebenen Zeitspanne entlang der ersten Bewegungsrichtung ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Potentialfeld ferner ein abstoßendes Potential aufweist, wobei das abstoßende Potential das Fahrzeug von einem Objekt innerhalb einer vorgegebenen Entfernung von dem Sollweg wegführt.
System nach Anspruch 7, wobei der Computer ferner programmiert ist zum: Berechnen des abstoßenden Potentials auf Grundlage einer zweiten Entfernung des Fahrzeugs von dem Objekt.
System nach Anspruch 8, wobei das abstoßende Potential mit abnehmender zweiter Entfernung zunimmt.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Potentialfeld eine Summe aus dem anziehenden Potentialfeld und dem abstoßenden Potentialfeld ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Computer ferner programmiert ist zum: Berechnen eines negativen Gradienten
und Ermitteln des Drehmoments zum Teil auf Grundlage des negativen Gradienten, wobei U_(x) das Potentialfeld an einem Standort x in einer zweidimensionalen Ebene ist.
System nach Anspruch 11, wobei der Computer ferner programmiert ist zum: Ermitteln des Drehmoments τ(t) = K_pF(x_t+L) + K_d d / dtF(x_t+L), wobei: F(x_t+L) der negative Gradient des Potentialfelds an einem projizierten zukünftigen Standort x_t+L ist; t eine aktuelle Zeit ist; L eine vorgegebene Zeitspanne ist; K_p eine Proportionalverstärkung ist und K_d eine Ableitungsverstärkung ist.
Verfahren, das umfasst: Ermitteln, entlang eines von einem Fahrzeug zu befahrenden Sollwegs, eines Potentialfelds, das einen Fahrkorridor für das Fahrzeug repräsentiert; Erkennen einer ersten Position des Fahrzeugs relativ zu dem Potentialfeld zu einer aktuellen Zeit und Aufbringen eines Drehmoments auf eine Lenksäule des Fahrzeugs, zumindest zum Teil auf Grundlage der ersten Position, wobei das Potentialfeld ein anziehendes Potential aufweist, das das Fahrzeug derart führt, dass es in dem Korridor bleibt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Computer dafür programmiert ist, das anziehende Potential mit einer zunehmenden ersten Entfernung von dem Sollweg zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine erste Beziehung zwischen dem anziehenden Potential und der ersten Entfernung quadratisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Potentialfeld derart definiert ist, dass sich der Sollweg annähernd in einer Mitte des Potentialfelds entlang einer Bewegungsrichtung befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, das ferner umfasst: Erkennen einer zweiten Position relativ zu dem Potentialfeld, wobei die zweite Position eine projizierte zukünftige Position des Fahrzeugs eine erste vorgegebene Zeitspanne nach der aktuellen Zeit anzeigt, wobei ein Ermitteln des auf die Lenksäule des Fahrzeugs aufzubringenden Drehmoments zumindest zum Teil auf der zweiten Position beruht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das aufgebrachte Drehmoment zumindest zum Teil auf Grundlage einer ersten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und einer ersten Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird und der Computer ferner dafür programmiert ist, die zweite Position derart zu berechnen, dass sie gleich der ersten Position plus eine erste Verschiebung gleich dem Produkt der ersten Geschwindigkeit und der ersten vorgegebenen Zeitspanne entlang der ersten Bewegungsrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Potentialfeld ferner ein abstoßendes Potential aufweist, wobei das abstoßende Potential das Fahrzeug von einem Objekt innerhalb einer vorgegebenen Entfernung von dem Sollweg wegführt.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Berechnen des abstoßenden Potentials auf Grundlage einer zweiten Entfernung des Fahrzeugs von dem Objekt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das abstoßende Potential mit abnehmender zweiter Entfernung zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Potentialfeld eine Summe aus dem anziehenden Potentialfeld und dem abstoßenden Potentialfeld ist.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 22, das ferner umfasst: Berechnen eines negativen Gradienten
und Ermitteln des Drehmoments zum Teil auf Grundlage des negativen Gradienten, wobei U_(x ₎ das Potentialfeld an einem Standort x in einer zweidimensionalen Ebene ist.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner umfasst: Ermitteln des Drehmoments τ(t) = K_pF(x_t+L) + K_d d / dtF(x_t+L), wobei: F(x_t+L) der negative Gradient des Potentialfelds an einem projizierten zukünftigen Standort x_t+L ist; t eine aktuelle Zeit ist; L eine vorgegebene Zeitspanne ist; K_p eine Proportionalverstärkung ist und K_d eine Ableitungsverstärkung ist.