DE102017212899A1

DE102017212899A1 - Verfahren zur Bahnkurvenberechnung und Regelung für ein Fahrerassistenzsystem sowie eine Steuereinheit und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017212899A1
Application number: DE102017212899.2A
Authority: DE
Inventors: Bodo Kleickmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: WO2019020354A1; DE102017212899B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bahnkurvenberechnung und Regelung für ein Fahrerassistenzsystem, wobei durch eine Steuereinheit (1) eine Anfangsbedingung S(t0), umfassend eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine Anfangsbeschleunigung a(t0), und eine Endbedingung S(te), umfassend eine Gesamtweglänge L und eine Endgeschwindigkeit v(te), empfangen werden. Durch die Steuereinheit wird eine Bahnkurve S(t) berechnet, welche der Anfangsbedingung S(t0) und der Endbedingung S(te) genügt. Dabei wird Zeitpunkten ti auf der Bahnkurve S(t), welche einen Zeitabstand dT zueinander aufweisen, eine jeweilige Sollbedingung S(ti), umfassend eine Soll-Position s(ti), eine Soll-Geschwindigkeit v(ti) und eine Soll-Beschleunigung a(ti), zugewiesen. Kennzeichnend für das Verfahren ist, dass die Steuereinheit (1) einen Verlauf der Bahnkurve S(t) derart einstellt, dass die Bahnkurve S(t) Randparameter, umfassend eine vorbestimmte Maximalbeschleunigung amax und einen vorbestimmten Maximalruck jmax, betragsmäßig einhält und eine Beschleunigung a(t) über die Bahnkurve S(t) einen stetigen Verlauf aufweist. Die Bahnkurve S(t) besteht aus mindestens einem Teilabschnitt, welcher einen konstanten Ruck aufweist. Durch die Steuereinheit (1) wird ein Kraftfahrzeug (Kfz) derart geregelt, dass es entlang der Bahnkurve S(t) fährt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bahnkurvenberechnung und Regelung für ein Fahrerassistenzsystem, eine Steuereinheit und ein Kraftfahrzeug
Fahrerassistenzsysteme, welche ein autonomes bzw. ein teilautonomes Fahren eines Kraftfahrzeugs ermöglichen, wie beispielsweise ein Parkassistenzsystem, berechnen eine Bahnkurve S(t) für eine Gesamtweglänge L, in welcher die Bewegung des Kraftfahrzeugs beschrieben wird. Eine Gesamtweglänge L kann beispielsweise den Abstand des Kraftfahrzeugs zu einer Parkposition umfassen. In der Bahnkurve S(t), auch Trajektorie genannt, werden der Ort, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung für die Gesamtweglänge L in Abhängigkeit der Zeit t beschrieben. Der Begriff Beschleunigung beschreibt sowohl die positive Beschleunigung, als auch eine Verzögerung, bzw. negative Beschleunigung.
In der Regel berechnen Fahrerassistenzsysteme Bahnkurven S(t), bei denen der Verlauf der Beschleunigung Sprungstellen zwischen Teilbereichen der Bahnkurve S(t) aufweisen kann. Der Verlauf der Beschleunigung der Bahnkurve S(t) ist somit nicht stetig. Der Ruck, welcher die zeitliche Ableitung der Beschleunigung ist, kann deshalb theoretisch unendlich große Werte annehmen. Aufgrund der Trägheit des Kraftfahrzeugs und der Aktorik wird der tatsächliche Ruck zwar abgemildert, kann aber trotzdem hohe Werte annehmen. Hohe Rucke haben eine negative Auswirkung auf das Komfortempfinden der Fahrzeuginsassen, weil sie als besonders unangenehm empfunden werden.
In der DE 10 2004 054 437 A1 werden ein Verfahren zur automatischen Steuerung und/oder Regelungen einer Bewegung eines Fahrzeugs während eines Einparkvorgangs und ein automatisches Einparksystem beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest ein Soll-Wert eines Längsbewegungsparameters in Abhängigkeit von einem Querbewegungsparameter und einer Position des Fahrzeugs entlang der Sollstrecke berechnet wird. Der Längsparameter wird in Abhängigkeit von dem berechneten Soll-Wert des Längsbewegungsparameters mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung vollautomatisch gesteuert und/oder geregelt. In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Soll-Wert des Längsbewegungsparameters in Abhängigkeit von zumindest einem Maximalwert des Längsbewegungsparameters, einer maximalen Längsgeschwindigkeit, einer maximalen Längsbeschleunigung oder einer maximalen Längsbeschleunigungsänderung des Fahrzeugs berechnet wird.
In der DE 10 2008 041 681 A1 werden eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zur Durchführung eines automatischen Einparkvorgangs beschrieben. Über eine Schnittstelle zu einer Antriebseinheit wird das Fahrzeug durch die Steuereinrichtung geführt, wobei mittels einer Bedieneinheit eine maximale vorgegebene Geschwindigkeit eingestellt werden kann.
In der DE 10 2013 214 299 A1 wird das Anpassen einer geregelten Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs im Fall einer erhöhten Latenzzeit einer Objekterkennung beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass eine über ein Fahrassistenzsystem geregelte Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angepasst wird, wenn bei einer Ultraschallsensorik zur Objekterkennung fahrzeugexterner Objekte eine höhere Latenzzeit zur Objekterkennung vorliegt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Bahnkurve für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches einen geringen Rechenaufwand erfordert.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bahnkurvenberechnung und eine Regelung für ein Fahrerassistenzsystem bereitgestellt. Im Rahmen des Verfahrens werden durch eine Steuereinheit eine Weglänge s(te) und eine Anfangsbedingung S(t0), umfassend eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine Anfangsbeschleunigung a(t0), empfangen. Durch die Steuereinheit wird eine Bahnkurve S(t) berechnet, welche der Anfangsbedingung S(t0) und der Endbedingung S(te) genügt. Durch die Steuereinheit wird Zeitpunkten auf der Bahnkurve S(t), welche einen Zeitabstand dT zueinander aufweisen, eine jeweilige Sollbedingung, umfassend eine Soll-Position s(t), eine Soll-Geschwindigkeit v(t) und eine Soll-Beschleunigung a(t), zugewiesen. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass die Bahnkurve S(t) Randparameter, umfassend eine vorbestimmte Maximalbeschleunigung amax und einen vorbestimmten Maximalruck jmax betragsmäßig einhält. Eine Beschleunigung weist über die Bahnkurve S(t) einen stetigen Verlauf auf. Die Bahnkurve S(t) besteht aus mindestens einem Teilabschnitt, welcher einen konstanten Ruck aufweist. Durch die Steuereinheit wird ein Kraftfahrzeug (Kfz) derart geregelt, dass es entlang der Bahnkurve S(t) fährt.
Mit anderen Worten wird durch die Steuereinheit eine Bahnkurve S(t) für eine Weglänge L berechnet, wobei eine Anfangsbedingung S(t0) und eine Endbedingung S(te) bei einer Gesamtweglänge L der Bahnkurve S(t) festgelegt sind. Dabei werden für Punkte auf der Bahnkurve S(t), welche durch einen Zeitabstand dT getrennt sind, eine Sollbedingung, umfassend eine Soll-Position s(t), eine Soll-Geschwindigkeit v(t) und eine Soll-Beschleunigung a(t), zugewiesen. Randparameter, umfassend eine vorbestimmte Maximalbeschleunigung amax und einen vorbestimmten Maximalruck jmax werden durch die Bahnkurve S(t) nicht überschritten. Der Verlauf einer Beschleunigung über die Bahnkurve S(t) weist keine Sprungstellen auf. Die Bahnkurve S(t) besteht aus mindestens einem Teilabschnitt, in welchem der Wert des Rucks konstant ist.
Die Anfangsbedingung S(t0) beschreibt den Startzeitpunkt t0 der Bahnkurve S(t) und umfasst die Anfangsgeschwindigkeit v(t0) als auch die Anfangsbeschleunigung a(t0) eines Kraftfahrzeugs. Die Anfangsbedingung S(t0) kann beispielsweise durch eine Kraftfahrzeugsensorik bereitgestellt werden und eine aktuelle Kraftfahrzeuggeschwindigkeit als Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine aktuelle Kraftfahrzeugbeschleunigung als Anfangsbeschleunigung a(t0) definieren. Die Weglänge L beschreibt eine Strecke zu dem Punkt, an dem das Kraftfahrzeug zum Stehen kommen soll. Mit anderen Worten wird durch die Gesamtweglänge L eine räumliche Strecke der Bahnkurve S(t) vorgegeben. Auf der Bahnkurve S(t) befinden sich Punkte, welche durch einen Zeitabstand dT voneinander beabstandet sind. Für jeden einzelnen Punkt ist eine jeweilige Sollbedingung definiert. Die Sollbedingung umfasst eine Soll-Position s(t), eine Soll-Geschwindigkeit v(t) und eine Soll-Beschleunigung a(t). Die Endbedingung beschreibt den Endpunkt te der Bahnkurve S(t) und umfasst eine Endgeschwindigkeit v(te) mit dem Betrag 0 m/s und die Gesamtweglänge L zur Endposition s(te). Die Randparameter umfassen eine Maximalgeschwindigkeit vmax, eine vorbestimmte Maximalbeschleunigung amax und einen vorbestimmten Maximalruck jmax, welche betragsmäßig nicht überschritten werden und von der Steuereinheit als Randparameter zur Berechnung der Bahnkurve S(t) verwendet werden. Die Bahnkurve S(t) ist in mindestens einen Teilabschnitt unterteilt. Ein Teilabschnitt weist eine jeweilige Dauer T auf und einen konstanten Wert des Rucks. Der Ruck ist die zeitliche Ableitung der Beschleunigung.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Bahnkurve S(t) für Fahrerassistenzsysteme bereitgestellt wird, in denen der Betrag des Rucks begrenzt ist, wodurch die Bewegung nicht von Fahrzeuginsassen als Unangenehm empfunden wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Betrag des Rucks in dem mindestens einen Teilabschnitt jeweils entweder den Betrag des vorbestimmten Maximalrucks jmax oder den Betrag 0 m/s³ aufweist. Mit anderen Worten weist die Beschleunigung innerhalb eines Teilabschnitts einen affinen Verlauf auf, wobei der Betrag der Steigung dem des Maximalrucks jmax entspricht, oder die Beschleunigung ist innerhalb eines Teilabschnitts konstant.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Bahnkurve S(t) zumindest eine Freirollphase als Teilabschnitt umfasst, in welcher die Geschwindigkeit konstant den Wert der Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist. Mit anderen Worten weist die Bahnkurve S(t) einen als Freirollphase bezeichneten Teilabschnitt auf. In diesem ist die Geschwindigkeit die Maximalgeschwindigkeit vmax und die Beschleunigung hat den Wert 0 m/s².
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch die Steuereinheit zwei Grenzgeschwindigkeiten va und vb sowie eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) berechnet werden. Durch die Steuereinheit wird eine Anfangsbeschleunigungsphase TA, deren Endgeschwindigkeit v(tA) die Maximalgeschwindigkeit vmax beträgt und welche mindestens zwei Teilabschnitte umfasst, berechnet. Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 beträgt 0 m/s², die Endbeschleunigung a(tA2) eines zweiten Teilabschnitts einer Dauer TA2 hat einen Betrag zwischen 0 m/s² und der Maximalbeschleunigung amax, und die Endbeschleunigung eines dritten Teilabschnitts einer Dauer TA3 beträgt 0 m/s², falls die Differenzgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist.
Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 weist einen Betrag zwischen 0 m/s² und der maximalen Beschleunigung auf, die Endbeschleunigung a(tA2) eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TA2 beträgt 0 m/s², falls die Differenzgeschwindigkeit größer als die Grenzgeschwindigkeit va und kleiner als die der Grenzgeschwindigkeit vb ist. Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 weist den Betrag der Maximalbeschleunigung amax, die Beschleunigung eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TA2 konstant den Betrag der Maximalbeschleunigung amax und die Endbeschleunigung a(tA3) eines dritten Teilabschnitts der Dauer TA3 einen Betrag von 0 m/s² auf, falls die Differenzgeschwindigkeit größer oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist.
Mit anderen Worten berechnet die Steuereinheit zwei Grenzgeschwindigkeiten va und vb und eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) in einem nächsten Schritt berechnet die Steuereinheit eine Anfangsbeschleunigungsphase TA, in der auf die Maximalgeschwindigkeit vmax beschleunigt wird. Die Anfangsbeschleunigungsphase TA besteht aus mindestens zwei Teilabschnitten und wird in Abhängigkeit der Differenzgeschwindigkeit berechnet.
Falls die Differenzgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist, ist die Anfangsbeschleunigungsphase TA wie folgt beschaffen: die Anfangsbeschleunigungsphase TA besteht aus drei Teilabschnitten TA1, TA2, TA3. Die Beschleunigung a(tA2) am Ende des ersten Teilabschnitts, welcher eine Dauer TA1 aufweist, beträgt 0 m/s². Die Beschleunigung a(tA2) am Ende des zweiten Teilabschnitts, welcher eine Dauer von TA2 aufweist, hat einen Betrag zwischen 0 m/s² und der Maximalbeschleunigung amax. Der dritte Teilabschnitt, welcher eine Dauer TA3 hat, hat eine Endbeschleunigung a(tA3) von 0 m/s². Falls die Differenzgeschwindigkeit größer als die Grenzgeschwindigkeit va und kleiner als die Grenzgeschwindigkeit vb ist, ist die Anfangsbeschleunigungsphase TA folgendermaßen beschaffen: Die Anfangsbeschleunigungsphase TA besteht aus zwei Teilabschnitten. Die Beschleunigung a(tA1) am Ende des ersten Teilabschnitts, welcher eine Dauer TA1 aufweist, hat einen Betrag zwischen 0 m/s² und der maximalen Beschleunigung. Die Beschleunigung a(tA2) am Ende des zweiten Teilabschnitts der Dauer TA2 beträgt null.
Falls die Differenzgeschwindigkeit größer oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist, weist die Beschleunigungsphase folgende Beschaffenheit auf: die Anfangsbeschleunigungsphase TA besteht aus drei Teilabschnitten TA1, TA2, TA3. Die Beschleunigung a(tA1) am Ende des ersten Teilabschnitts, welcher eine Dauer TA1 aufweist, hat den Betrag der Maximalbeschleunigung amax. In dem zweiten Teilabschnitt, welcher eine Dauer TA2 hat, weist die Beschleunigung konstant den Betrag der Maximalbeschleunigung amax auf. Die Beschleunigung a(tA3) am Ende des dritten Teilabschnitts, welcher eine Dauer TA3 hat, beträgt 0 m/s².
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch die Steuereinheit zwei Grenzgeschwindigkeiten va und vb sowie eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) berechnet werden. Durch die Steuereinheit wird eine Anfangsbeschleunigungsphase TA, deren Endgeschwindigkeit v(tA) die Maximalgeschwindigkeit vmax beträgt und welche mindestens zwei Teilabschnitte umfasst, berechnet. Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 beträgt 0 m/s², die Endbeschleunigung a(tA2) eines zweiten Teilabschnitts einer Dauer TA2 einen Betrag zwischen 0 m/s² und der Maximalbeschleunigung amax, und die Endbeschleunigung eines dritten Teilabschnitts einer Dauer TA3 beträgt 0 m/s², falls die Differenzgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist.
Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 weist einen Betrag zwischen 0 m/s² und der maximalen Beschleunigung auf, die Endbeschleunigung a(tA2) eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TA2 beträgt 0 m/s², falls die Differenzgeschwindigkeit kleiner als die Grenzgeschwindigkeit va und größer als die der Grenzgeschwindigkeit vb ist. Die Endbeschleunigung a(tA1) eines ersten Teilabschnitts der Dauer TA1 weist den Betrag der Maximalbeschleunigung amax, die Beschleunigung eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TA2 konstant den Betrag der Maximalbeschleunigung amax und die Endbeschleunigung a(tA3) eines dritten Teilabschnitts der Dauer TA3 einen Betrag von 0 m/s² auf, falls die Differenzgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch die Steuereinheit eine dritte Grenzgeschwindigkeit vc berechnet wird. In einem weiteren Schritt wird eine zweite Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Grenzgeschwindigkeit vc durch die Steuereinheit berechnet. Die Steuereinheit berechnet eine Endbeschleunigungsphase deren Endgeschwindigkeit v(te) 0 m/s beträgt und welche mindestens zwei Teilabschnitte umfasst. Die Endbeschleunigung eines ersten Teilabschnitts einer Dauer TC1 weist einen Wert auf, der sich aus der Multiplikation des negativen Maximalrucks jmax mit der Dauer TC1 ergibt, die Endbeschleunigung eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TC2 weist den Wert 0 m/s² auf, falls die Maximalgeschwindigkeit vmax kleiner ist als die zweite Differenzgeschwindigkeit dv2. Die Endbeschleunigung eines ersten Teilabschnitts der Dauer TC1 weist den Wert der Maximalbeschleunigung amax auf, die Beschleunigung eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TC2 konstant den Wert der Maximalbeschleunigung amax und die Beschleunigung eines dritten Teilabschnitts der Dauer TC3 einen Wert 0 m/s², falls die Maximalgeschwindigkeit vmax größer oder gleich der zweiten Differenzgeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten erfolgt in Abhängigkeit von einer zweite Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Grenzgeschwindigkeit vc eine Fallunterscheidung bei der Berechnung einer Endbeschleunigungsphase. Eine Endgeschwindigkeit v(te) der Endbeschleunigungsphase beträgt 0 m/s². Die Endbeschleunigungsphase besteht aus mindestens zwei Teilabschnitten. Falls die Maximalgeschwindigkeit vmax größer oder gleich der zweiten Differenzgeschwindigkeit ist, ist die Endbeschleunigungsphase wie folgt beschaffen:
Die Endbeschleunigungsphase besteht aus drei Teilabschnitten. Die Beschleunigung weist am Ende des ersten Teilabschnitts der Dauer TC1 den Wert der Maximalbeschleunigung amax auf. In dem zweiten Teilabschnitt der Dauer TC2 weist die Beschleunigung den Wert der Maximalbeschleunigung amax auf. In einem dritten Teilabschnitt der Dauer TC 3 weist die Endbeschleunigung den Betrag 0 m/s² auf. Falls die Maximalgeschwindigkeit vmax kleiner ist als die zweite Differenzgeschwindigkeit ist die Endbeschleunigungsphase wie folgt beschaffen: Die Endbeschleunigungsphase besteht aus zwei Teilabschnitten. Die Beschleunigung am Ende des ersten Teilabschnitts der Dauer TC1 hat einen Wert, der sich aus der Multiplikation des negativen Maximalrucks jmax mit der Dauer TC1 ergibt. Am Ende des zweiten Teilabschnitts der Dauer TC2 weist die Beschleunigung den Betrag 0 m/s² auf.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Steuereinheit eine Freirollphase berechnet wird, deren Weglänge einen Wert der Differenz der Weglänge s(te) und der in den Beschleunigungsphasen zurückgelegten Weglänge beträgt. Mit anderen Worten weist die Bahnkurve S(t) einen Teilabschnitt auf, in welchem die Geschwindigkeit den Betrag der Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist und die Weglänge zurückgelegt wird, welche nicht während einer Beschleunigungsphase zurückgelegt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Berechnung der Bahnkurve S(t) für eine verbleibende Weglänge einen geringen Rechenaufwand erfordert, weil die Berechnung der Bahnkurve S(t) analytisch und nachvollziehbar erfolgt, d.h. ohne Verwendung eines numerischen Verfahrens.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass für jeden Zeitpunkt t eine jeweilige Istbedingung, umfassend eine Ist-Position s'(t), eine Ist-Geschwindigkeit v'(t) und eine Ist-Beschleunigung a'(t), von der Steuereinheit empfangen und zu einem jeweiligen Zeitpunkt t mit der jeweiligen Sollbedingung verglichen wird. Im Fall einer Überschreitung zumindest eines vorgegebenen Toleranzwertes wird durch die Steuereinheit eine neue Bahnkurve S(t) mit der Istbedingung als Startbedingung für eine verbleibende Weglänge berechnet. Mit anderen Worten wird zu jedem Zeitpunkt t die Istbedingung mit der Sollbedingung verglichen und bei einer Überschreitung zumindest eines vorgegebenen Toleranzwertes eine Neuberechnung der Bahnkurve S(t) für die verbleibende Weglänge durch die Steuereinheit durchgeführt. Dabei wird die aktuelle Istbedingung als Anfangsbedingung zur Berechnung der Bahnkurve S(t) verwendet. Beispielsweise kann eine Fahrzeugsensorik die Istbedingung zu einem jeweiligen Zeitpunkt t erfassen und an die Steuereinheit übermitteln. Die Steuereinheit kann die Istbedingung mit der Sollbedingung vergleichen und eine Abweichung zwischen beiden Bedingungen berechnen. Wird zumindest ein vorgegebener Toleranzwert überschritten, berechnet die Steuereinheit für die verbleibende Weglänge eine neue Bahnkurve S(t), welche die ursprüngliche Bahnkurve S(t) ersetzt. So ist es beispielsweise möglich, dass es aufgrund von Sensor- oder Regelfehlern, Ungenauigkeiten der Sensorik zu Abweichungen zu einer Abweichung der Istbedingung von der Sollbedingung kommen kann. Es kann auch sein, dass sich das Umfeld des Kraftfahrzeugs verändert. So ist es beispielsweise möglich, dass sich ein benachbartes Kraftfahrzeug während eines Einparkvorgangs bewegt und sich dadurch die Weglänge verändert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf Abweichungen reagiert werden kann.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zu jedem Punkt eine Ist-Position s'(ti) und eine Ist-Geschwindigkeit v'(ti) empfangen werden und die Soll-Beschleunigung a(t) mittels einer Vorsteuerung zu einer vorgesteuerten Soll-Beschleunigung Fa(ti) umgewandelt wird. Durch die Steuereinheit wird mittels eines äußeren Regelkreises, welcher die Soll-Position s(ti) als Soll-Wert und die Ist-Position s'(ti) als Ist-Wert verwendet, eine Stellgeschwindigkeit vs(ti) als Stellgröße bestimmt. Durch die Steuereinheit wird mittels eines inneren Regelkreises, welcher die Summe der Stellgeschwindigkeit vs(ti)und der Soll-Geschwindigkeit v(ti) als Soll-Wert und die Ist-Geschwindigkeit v'(ti) als Ist-Wert verwendet ein Stellendwert Fv(ti) als Stellgröße bestimmt. Der Stellendwert und der Sollendwert werden durch die Steuereinheit addiert und an ein Fahrsystem übermittelt. Mit anderen Worten umfasst das Verfahren eine Weg- und Geschwindigkeitsregelung mit einer Beschleunigungsvorsteuerung. Ein äußerer Regelkreis ist dabei einen Wegregelkreis, welcher eine Soll-Position s(ti) mit einer Ist-Position s'(ti) vergleicht und darauf aufbauend eine Stellgeschwindigkeit berechnet, welche an einen inneren Geschwindigkeitsregelkreis weitergeleitet wird. Der innere Geschwindigkeitsregelkreis vergleicht die Summe der Stell- und der Soll-Geschwindigkeit v(ti) mit der Ist-Geschwindigkeit v'(ti) und berechnet einen Stellendwert, welcher an ein Fahrassistenzsystem übertragen wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl die Bahnkurvenberechnung, als auch die Regelung in einem Verfahren erfolgen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch die Steuereinheit zumindest ein Wert der Randparameter oder die Maximalgeschwindigkeit vmax durch einen Alternativwert ersetzt wird, wenn die Länge der unter Beachtung der Randparameter und der Maximalgeschwindigkeit vmax berechneten Bahnkurve S(t) die vorgegebene Gesamtweglänge L überschreitet. Mit anderen Worten erfolgt eine Neuberechnung der Bahnkurve S(t) unter Verwendung zumindest eines Alternativwertes für die Maximalgeschwindigkeit vmax, Maximalbeschleunigung amax und/oder den Maximalruck jmax, wenn die Bahnkurve S(t), welche durch die Steuereinheit berechnet wurde, die Weglänge L überschreiten würde. So kann es beispielsweise möglich sein, dass in der Steuereinheit ein Alternativwert für den Ruck gespeichert ist, durch welchen der Maximalruck jmax ersetzt wird, wenn es nicht möglich sein sollte, eine Bahnkurve S(t) für die vorgegebene Gesamtweglänge L zu berechnen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren eine größere Anzahl an vorgegebenen Weglängen berechnen kann.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches eine Steuereinheit zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 einen möglichen Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen erfindungsgemäßen Verlauf einer Bahnkurve S(t);
3 einen erfindungsgemäßen Verlauf einer Bahnkurve S(t);
4 einen erfindungsgemäßen Verlauf einer Bahnkurvenberechnung und Bahnkurvenregelung;
5 einen erfindungsgemäßen Verlauf einer Bahnkurvenregelung; und
6 einen möglichen Verlauf der ist Werte und der Sollwerte während einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Es kann sein, dass in einem ersten Schritt P1 eine Endbedingung S(te), umfassend die Gesamtweglänge L zur Endposition s(te) und eine Endgeschwindigkeit v(te) mit dem Betrag 0 m/s, und eine Anfangsbedingung S(t0), umfassend eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine Anfangsbeschleunigung a(t0) von einer Steuereinheit empfangen werden. Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor handeln. Es kann sein, dass die Steuereinheit aus der Gesamtweglänge L und der Anfangsbedingung S(t0) eine Bahnkurvenberechnung durchführt, wobei die Steuereinheit Zeitpunkten ti auf der Bahnkurve S(t), welche einen Zeitabstand dT zueinander aufweisen, eine jeweilige Sollbedingung S(ti), umfassend eine Soll-Position s(ti), eine Soll-Geschwindigkeit v(ti) und eine Soll-Beschleunigung a(ti) zuweist. Es kann sein, dass für die Bahnkurve S(t) Randparameter, umfassend eine Maximalbeschleunigung amax und ein Maximalruck jmax vorgegeben sind, welche betragsmäßig nicht überschritten werden. Es kann sein, dass die Beschleunigung über die Bahnkurve S(t) einen stetigen Verlauf aufweist. Es kann sein, dass der Ruck der Bahnkurve S(t) in den Teilabschnitten jeweils ausschließlich den Betrag des Maximalrucks jmax oder den Betrag 0 m/s³ aufweist. Es kann sein, dass die Bahnkurve S(t) zumindest eine Freirollphase TB als Teilabschnitt umfasst, welche konstant die Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist. Es kann sein, dass in einem zweiten Schritt eine Differenzgeschwindigkeit dt1 zwischen der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und der Maximalgeschwindigkeit vmax berechnet und darauf basierend eine Fallunterscheidung durchgeführt wird. Es kann sein, dass für den Fall, dass die Anfangsgeschwindigkeit v(t0) kleiner als die Maximalgeschwindigkeit vmax ist, eine Beschleunigungsphase berechnet wird. Es kann sein, dass durch die Steuereinheit zwei Grenzgeschwindigkeiten va und vb und eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) berechnet werden (P3a).
Die Grenzgeschwindigkeit va kann durch die Formel: $va = sgn (a (t0)) * {(a (t0))}^{2} / 2 / jmax$
und die Grenzgeschwindigkeit vb durch die Formel: $vb = ((a (t0) - amax) * (amax+a (t0)) - {(amax)}^{2}) / 2 / jmax$
festgelegt sein.
Falls v(t0) <vmax, kann vb durch die Formel: $vb = ((a (t0) + amax) * (amax-a (t0)) + {(amax)}^{2}) / 2 / jmax$
festgelegt sein.
Es kann sein, dass eine erste Beschleunigungsphase durch eine Steuereinheit berechnet wird, deren Endgeschwindigkeit v(tA) die Maximalgeschwindigkeit vmax beträgt und mindestens zwei Teilabschnitte umfasst. Es kann sein, dass zur Berechnung der ersten Beschleunigungsphase TA eine Fallunterscheidung (P4a) durchgeführt wird, welche zwischen drei Fällen unterscheiden kann. Es kann sein, dass in einem ersten Fall P5a, bei dem die Differenzgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist, eine Beschleunigungsphase berechnet wird, welche eine Dauer TA hat und aus drei Teilabschnitten TA1, TA2 und TA3 besteht. Es kann sein, dass die Beschleunigung a(tA1) am Ende des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert 0 m/s² aufweist, die Beschleunigung a(tA2) des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert zwischen 0 m/s² und der negativen Maximalbeschleunigung amax aufweist und die Beschleunigung a(tA3) am Ende des dritten Teilabschnitts TA3 einen Wert 0 m/s² aufweist. Es kann sein, dass in einem zweiten Fall P5b, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 größer als die Grenzgeschwindigkeit va und kleiner als die Grenzgeschwindigkeit vb ist, eine Beschleunigungsphase berechnet wird, welche aus zwei Teilabschnitten TA1,TA2 besteht. Es kann sein, dass die Beschleunigung a(tA1) am Ende des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert zwischen 0 m/s² und der Maximalbeschleunigung amax aufweist und die Beschleunigung a(tA2) am Ende des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert 0 m/s² aufweist. Es kann sein, dass in einem dritten Fall (P5c), wenn die Differenzgeschwindigkeit dv1 größer oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist, eine Beschleunigungsphase TA berechnet wird, welche aus drei Teilabschnitten TA1,TA2,TA3 besteht, wobei die Endbeschleunigung a(tA1) des ersten Teilabschnitts TA1 den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist, die Beschleunigung des zweiten Teilabschnitts TA2 konstant den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist und die Endbeschleunigung des dritten Teilabschnitts a(tA3) den Wert 0 m/s² aufweist.
Es kann sein, dass in einem nächsten Schritt P6 eine zweite Grenzgeschwindigkeit vc und eine zweite Differenzgeschwindigkeit dv2 zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Grenzgeschwindigkeit vc berechnet werden. Es kann sein, dass auf Grundlage der Grenzgeschwindigkeit vc und der Maximalgeschwindigkeit vmax eine Fallunterscheidung P7 durchgeführt wird. Es kann sein, dass für den Fall, dass die Maximalgeschwindigkeit vmax kleiner als die zweite Grenzgeschwindigkeit dv2 ist, eine zweite Beschleunigungsphase TC berechnet wird P8a, welche aus zwei Teilabschnitten TC1, TC2 besteht und die Beschleunigung a(tC1) am Ende des ersten Teilabschnitts TC1 einen Wert aufweist, der sich aus der Multiplikation des negativen Maximalrucks jmax mit der Dauer TC1 ergibt und die Endbeschleunigung a(tC2) eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TC2 den Wert 0 m/s² aufweist. Es kann sein, dass für den Fall, dass die Maximalgeschwindigkeit vmax größer oder gleich der zweiten Grenzgeschwindigkeit vc ist, eine Endbeschleunigungsphase C, bestehend aus drei Teilabschnitten berechnet wird P8b, wobei die Beschleunigung a(tC1) am Ende des ersten Teilabschnitts TC1 den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist, die Beschleunigung eines zweiten Teilabschnitts der Dauer TC2 konstant den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist und die Endbeschleunigung a(tC3) eines dritten Teilabschnitts der Dauer TC3 einen Wert 0 m/s² aufweist.
Die Grenzgeschwindigkeit vc kann durch $vc = ({(amax)}^{\land} 2 / jmax)$
definiert sein.
Es kann sein, dass die Steuereinheit eine Freirollphase berechnet P9, welche eine Dauer TB aufweist und in der die Geschwindigkeit v(t) konstant den Wert der Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist. Es kann sein, dass in dieser Freirollphase eine Länge LB zurückgelegt wird, welche eine Differenzlänge der Weglänge s(te) und der während der mindestens einen Beschleunigungsphase zurückgelegten Länge ist.
Es kann sein, dass die Steuereinheit überprüft, ob sich für die vorgegebenen Randparameter, umfassend einen Maximalruck jmax, eine Maximalbeschleunigung amax, und eine Maximalgeschwindigkeit vmax, eine Bahnkurve S(t) für die vorgegebene Wegstrecke berechnen lässt und in Anschluss daran eine Fallunterscheidung durchgeführt wird P10. Es kann sein, dass dies nicht möglich ist. Also, dass die kleinste erreichbare Weglänge L unter Erfüllung der Randparameter größer als die vorgegebene Weglänge L ist. Es kann für diesen Fall vorgesehen sein, dass zumindest ein Element der Randparameter durch zumindest ein Element von Alternativparametern, bestehend aus einem Alternativruck jalt, einer Alternativbeschleunigung aalt und einer Alternativgeschwindigkeit valt ersetzt wird P10a. So kann es beispielsweise möglich sein, dass die Alternativparameter eine Alternativgeschwindigkeit valt umfassen, welche kleiner als die Maximalgeschwindigkeit vmax ist oder die Alternativparameter einen alternativ Ruck jalt umfassen, welcher größer ist als der Maximalruck jmax. Es kann sein, dass in diesem Fall eine Bahnkurve S(t) für die vorgegebene Weglänge L, die Endgeschwindigkeit v(te) und die Anfangsbedingung berechnet wird, wobei die ursprüngliche Bahnkurve S(t) ersetzt wird. Es kann sein, dass im Fall der Berechnung einer Bahnkurve S(t) mit dem Verfahren fortgefahren wird. Es kann sein, dass die Sollbedingungen S(t) mit Istbedingungen S'(t) verglichen werden P11. Es kann beispielsweise möglich sein, dass die Istbedingungen S'(t), umfassend eine Ist-Geschwindigkeit v'(t), eine Ist-Beschleunigung a'(t), und ein Ist-Position s'(t) von einer Bewegungssteuerung A erfasst werden und diese durch die Steuereinheit mittels einer Kaskadenregelung R geregelt werden. Es kann sein, dass zumindest ein Wert der Istbedingung S'(t) von dem Wert der Sollbedingung S(t) abweicht und dabei ein vorgegebener Toleranzwert überschritten wird. Es kann sein, dass im Fall der Überschreitung, eine Bahnkurve S(t) berechnet wird, welche die aktuelle Istbedingung S'(t) als Anfangsbedingung S(t0) aufweist und welche die ursprüngliche Bahnkurve S(t) ersetzt P11a. es kann sein, dass durch die Steuereinheit (1) ein Kraftfahrzeug (Kfz) derart geregelt wird, dass es entlang der Bahnkurve S(t) fährt.
2 zeigt einen möglichen Verlauf einer erfindungsgemäßen Bahnkurve S(t). Es kann sein, dass die Kurve an einem Anfangszeitpunkt t0 beginnt, wobei die Kurve an diesem Zeitpunkt durch die Anfangsbedingung, umfassend eine Anfangsbeschleunigung a(t0) und eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) beschrieben wird. Es kann sein, dass die Anfangsgeschwindigkeit v(t0) 0 m/s und die Anfangsbeschleunigung a(t0) 0 m/s² betragen. Es kann sein, dass die Kurve an einem Endzeitpunkt te eine Endgeschwindigkeit v(te) von 0 m/s und eine Endposition s(te) mit dem Wert der Weglänge L hat. Es kann sein, dass die Bahnkurve S(t) aus drei Phasen besteht, wobei es sich um eine Anfangsbeschleunigungsphase TA, eine Freirollphase TB und eine Endbeschleunigungsphase TC handeln kann. Es kann sein, dass die Anfangsbeschleunigungsphase TA eine Dauer von TA hat und aus drei Teilabschnitten TA1,TA2,TA3 besteht. Es kann sein, dass der erste Teilabschnitt der Anfangsbeschleunigungsphase TA eine Dauer TA1 hat, wobei die Beschleunigung kontinuierlich mit dem Maximalruck jmax auf die Maximalbeschleunigung amax ansteigt. Es kann sein, dass die Beschleunigung in dem zweiten Teilabschnitt der Anfangsbeschleunigungsphase TA, welcher eine Dauer TA2 hat, konstant den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist. Es kann sein, dass in dem dritten Teilabschnitt der Anfangsbeschleunigungsphase TA ein kontinuierlicher Abfall der Beschleunigung auf den Wert 0 m/s² erfolgt, wobei die negative Steigung den Betrag des Maximalrucks jmax aufweist. Es kann sein, dass die Bahnkurve S(t) am Ende der Anfangsbeschleunigungsphase TA die Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist. Auf die Anfangsbeschleunigungsphase TA kann eine Freirollphase folgen, welche aus einem Teilabschnitt bestehen kann. In der Freirollphase kann die Geschwindigkeit den Wert der Maximalgeschwindigkeit vmax aufweisen. Auf die Freirollphase kann eine Endbeschleunigungsphase folgen, welche aus drei Teilabschnitten bestehen kann. Es kann sein, dass die Beschleunigung über den ersten Teilabschnitt, welcher eine Länge TC1 aufweist, konstant mit dem negativen Betrag des Maximalrucks jmax auf die negative Maximalbeschleunigung amax abfällt. Es kann sein, dass in dem zweiten Teilabschnitt der Endbeschleunigungsphase, welcher eine Dauer TC2 hat, konstant die negative Maximalbeschleunigung amax vorliegt. Es kann sein, dass die Beschleunigung in dem dritten Teilabschnitt, welcher eine Dauer TC3 aufweist, kontinuierlich mit dem Maximalruck jmax ansteigt. Es kann sein, dass am Ende des dritten Teilabschnitts der Endbeschleunigungsphase die Endbedingung erfüllt ist, d.h. dass die Endposition s(te) mit dem Wert der Wegstrecke und die Endgeschwindigkeit v(te) mit dem Wert 0 m/s erreicht sind. Es kann sein, dass für Zeitpunkt te ti,tj, auf der Bahnkurve S(t), welche durch einen Abstand dT beabstandet sind, eine jeweilige Sollbedingung, umfassend eine jeweilige Soll-Position s(t_i), eine Soll-Geschwindigkeit v(t) v(t_i) und eine Soll-Beschleunigung a(t) a(t_i) berechnet wird.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Verlauf einer Bahnkurve S(t). Es kann sein, dass eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) größer als 0 m/s und eine Anfangsbeschleunigung a(t0) größer als 0 m/s² ist. Die Bahnkurve S(t) kann in drei Phasen unterteilt sein: eine Anfangsbeschleunigungsphase TA, eine Freirollphase, und eine Endbeschleunigungsphase. Es kann sein, dass eine Weglänge L vorgegeben ist. Es kann sein, dass die Beschleunigung im ersten Teilabschnitt der Beschleunigungsphase den negativen Betrag des Maximalrucks jmax als Steigung aufweist und in dem zweiten Teilabschnitt der Anfangsbeschleunigungsphase TA eine Steigung aufweist, welche den positiven Betrag des Maximalrucks jmax entspricht. Es kann sein, dass zum Endzeitpunkt der Anfangsbeschleunigungsphase TA die Geschwindigkeit den Wert der Maximalgeschwindigkeit vmax hat und die Beschleunigung den Wert null. Es kann sein, dass nach der Anfangsbeschleunigungsphase TA eine Freirollphase folgt, in der die Bahnkurve S(t) konstant den Wert der Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist. Es kann sein, dass die Endbeschleunigungsphase aus drei Teilabschnitten besteht, wobei die Beschleunigung in dem ersten Teilabschnitt kontinuierlich mit dem negativen Betrag des Maximalrucks jmax auf den negativen Werte Maximalbeschleunigung amax abfällt, in einem zweiten Teilabschnitt konstant den Wert der negative Maximalbeschleunigung amax aufweist und in einem dritten Teilabschnitt kontinuierlich mit dem positiven Betrag des Maximalrucks jmax auf null ansteigt. Es kann sein, dass am Ende der Endbeschleunigungsphase die Endbedingung erfüllt ist.
4 zeigt einen erfindungsgemäßen Ablauf einer Berechnung und Regelung der Bahnkurve S(t). Es kann sein, dass eine Maximalgeschwindigkeit vmax, eine Maximalbeschleunigung amax und einen Maximalruck jmax an das Verfahren zu Bahnkurven Rechnung übermittelt werden es kann auch sein, dass eine Weglänge L, eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine Anfangsbeschleunigung a(t0) an das Verfahren übermittelt werden. Es kann sein, dass ein Zeitsignal an das Verfahren zur Bahnkurvenberechnung übermittelt wird, welches einen Takt vorgibt, welcher identisch ist mit dem Zeitabstand dT zwischen den Zeitpunkten der Bahnkurve S(t). Das Verfahren kann durch einen Auslöser eingeleitet werden, wobei es sich beispielsweise um ein Signal einer Taste handeln kann. Es kann sein, dass im Rahmen des Verfahrens soll Werte für jeweilige Zeitpunkt te der Bahnkurve S(t) berechnet werden, welche eine soll Beschleunigung, eine Soll-Geschwindigkeit v(t), und eine Soll-Position s(t) umfassen. Es kann sein, dass diese Werte an ein Regelungsverfahren übermittelt werden. Es kann sein, dass auch eine Ist-Geschwindigkeit v'(t) und eine Ist-Position s'(t) an das Regelverfahren übermittelt werden. Im Rahmen des Verfahrens kann ein Stellwert berechnet werden, welcher beispielsweise an eine Antriebssteuereinheit eines Kraftfahrzeugs übermittelt werden kann. Es kann sein, dass ein Sensor der Antrieb Steuereinheit eine Ist-Beschleunigung a'(t), eine Ist-Geschwindigkeit v'(t) und eine Ist-Position s'(t) erfasst.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen Ablauf des Regelungsverfahrens. Es kann sein, dass die Soll-Beschleunigung a(t) mittels eines P-Reglers vorgesteuert wird. Es kann sein, dass die Ist-Position s'(t) von der Soll-Position s(t) subtrahiert wird und das Ergebnis der Subtraktion mittels eines in eine Regelgeschwindigkeit umgewandelt wird. Es kann sein, dass die Ist-Geschwindigkeit v'(t) von der Summe der Soll-Geschwindigkeit v(t) und der Stellgeschwindigkeit subtrahiert wird und mittels eines PID-Reglers PIDg, welcher einen P-Regler Pg, einen I-Regler Ig und einen D-Regler Dg umfassen kann, bearbeitet wird. Das hieraus erzeugte Signal Fv kann zusammen mit der vorgestellten Soll-Geschwindigkeit v(ti) addiert und als Stellenwert F(ti) an die Antriebssteuereinheit A des Kraftfahrzeugs Kfz übertragen werden.
6 zeigt mögliche Verläufe der soll und der ist Werte einer Bahnkurve S(t). Die obere Kurve zeigt die Ist-Beschleunigung a'(t) und die Soll-Beschleunigung a(t), die mittlere Kurve die Ist-Geschwindigkeit v'(t) und die Soll-Geschwindigkeit v(t), und die untere Kurve die Ist-Position s'(t) und die Soll-Position s(t).
Die Bahnkurve kann z.B. durch folgenden Programmcode erstellt werden:
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Bahnkurve für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt wird, welches einen geringen Rechenaufwand erfordert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004054437 A1 [0004]
DE 102008041681 A1 [0005]
DE 102013214299 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Bahnkurvenberechnung und Regelung für ein Fahrerassistenzsystem, wobei a. durch eine Steuereinheit (1) eine Anfangsbedingung S(t0), umfassend eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0) und eine Anfangsbeschleunigung a(t0), und eine Endbedingung S(te), umfassend eine Gesamtweglänge L und eine Endgeschwindigkeit v(te), empfangen werden, b. durch die Steuereinheit (1) eine Bahnkurve S(t) berechnet wird, welche der Anfangsbedingung S(t0) und der Endbedingung S(te) genügt, und dabei c. durch die Steuereinheit (1) Zeitpunkten ti auf der Bahnkurve S(t), welche einen Zeitabstand dT zueinander aufweisen, eine jeweilige Sollbedingung S(ti), umfassend eine Soll-Position s(ti), eine Soll-Geschwindigkeit v(ti) und eine Soll-Beschleunigung a(ti), zugewiesen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) einen Verlauf der Bahnkurve S(t) derart einstellt, dass d. die Bahnkurve S(t) Randparameter, umfassend eine vorbestimmte Maximalbeschleunigung amax und einen vorbestimmten Maximalruck jmax, betragsmäßig einhält, e. eine Beschleunigung a(t) über die Bahnkurve S(t) einen stetigen Verlauf aufweist, f. die Bahnkurve S(t) aus mindestens einem Teilabschnitt besteht, welcher einen konstanten Ruck aufweist, wobei g. durch die Steuereinheit (1) ein Kraftfahrzeug (Kfz) derart geregelt wird, dass es entlang der Bahnkurve S(t) fährt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Rucks in dem mindestens einen Teilabschnitt jeweils entweder den Betrag des vorbestimmten Maximalrucks jmax oder den Betrag 0 aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurve S(t) zumindest eine Freirollphase TB als Teilabschnitt umfasst, welche konstant eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit vmax aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (1) für den Fall, dass eine Anfangsgeschwindigkeit v(t0), kleiner als eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit vmax ist, a.) zwei Grenzgeschwindigkeiten va, vb berechnet werden, b.) eine erste Differenzgeschwindigkeit dv1 zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) berechnet wird, c.) eine erste Beschleunigungsphase TA, deren Endgeschwindigkeit v(tAe) die Maximalgeschwindigkeit vmax beträgt und mindestens zwei Teilabschnitte TA1, TA2 umfasst, berechnet wird, wobei d.) eine Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert Null aufweist, eine Endbeschleunigung a(tA2e) des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert zwischen 0 und der negativen Maximalbeschleunigung amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA1e) eines dritten Teilabschnitts TA3 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist, e.) die Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert zwischen Null und amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA2e) des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 größer Grenzgeschwindigkeit va und kleiner Grenzgeschwindigkeit vb ist, f.) die Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist, die Beschleunigung a(t) des zweiten Teilabschnitts TA2 konstant den Wert der Maximalbeschleunigung amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA3e) des dritten Teilabschnitts TA3 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 größer oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (1) für den Fall, dass die Anfangsgeschwindigkeit v(t0) größer oder gleich einer vorbestimmten Maximalgeschwindigkeit vmax ist, a.) zwei Grenzgeschwindigkeiten va, vb berechnet werden, b.) eine erste Differenzgeschwindigkeit dv1 zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Anfangsgeschwindigkeit v(t0) berechnet wird, c.) eine erste Beschleunigungsphase TA, deren Endgeschwindigkeit v(tAe) die Maximalgeschwindigkeit vmax beträgt und mindestens zwei Teilabschnitte TA1, TA2 umfasst, berechnet wird, wobei d.) die Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert Null aufweist, die Endbeschleunigung a(tA2e) des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert zwischen 0 und der Maximalbeschleunigung amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA3e) eines dritten Teilabschnitts TA3 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 größer oder gleich der Grenzgeschwindigkeit va ist, e.) die Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 einen Wert zwischen Null und amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA2e) des zweiten Teilabschnitts TA2 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 kleiner Grenzgeschwindigkeit va und größer Grenzgeschwindigkeit vb ist, f.) die Endbeschleunigung a(tA1e) des ersten Teilabschnitts TA1 den Wert der negativen Maximalbeschleunigung amax aufweist, die Beschleunigung a(t) des zweiten Teilabschnitts TA2 konstant den Wert der negativen Maximalbeschleunigung amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tA3e) eines dritten Teilabschnitts TA3 einen Wert Null aufweist, falls die Differenzgeschwindigkeit dv1 kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit vb ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a.) durch die Steuereinheit (1) eine dritte Grenzgeschwindigkeit vc berechnet wird, b.) eine zweite Differenzgeschwindigkeit dv2 zwischen der Maximalgeschwindigkeit vmax und der Grenzgeschwindigkeit vc berechnet wird, c.) eine Endbeschleunigungsphase TC, deren Endgeschwindigkeit v(tCe) Null beträgt und mindestens zwei Teilabschnitte TC1, TC2 umfasst, berechnet wird, wobei d.) die Endbeschleunigung a(tC1e) des ersten Teilabschnitts TC1 einen Wert aufweist, der sich aus der Multiplikation des negativen Maximalrucks jmax mit der Dauer TC1 ergibt, und die Endbeschleunigung a(tC2e) des zweiten Teilabschnitts TC2 den Wert Null aufweist, falls die Maximalgeschwindigkeit vmax kleiner ist als die zweite Differenzgeschwindigkeit dv2, e.) die Endbeschleunigung a(tC1e) des ersten TC1 den Wert der vorbestimmten Maximalbeschleunigung amax aufweist, die Beschleunigung a(t) des zweiten Teilabschnitts TC2 konstant den Wert der vorbestimmten Maximalbeschleunigung amax aufweist, und die Endbeschleunigung a(tC3e) eines dritten Teilabschnitts TC3 einen Wert Null aufweist, falls die Maximalgeschwindigkeit vmax größer oder gleich der zweiten Differenzgeschwindigkeit dv2 ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (1) eine Freirollphase TB berechnet wird, deren Weglänge eine Differenz der Gesamtweglänge L und der in den Beschleunigungsphasen zurückgelegten Weglänge beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt ti eine jeweilige Istbedingung S'(ti), von der Steuereinheit (1) empfangen und mit der jeweiligen Sollbedingung S(ti) verglichen wird, wobei durch die Steuereinheit (1) im Fall einer Überschreitung zumindest eines vorgegebenen Toleranzwertes eine neue Bahnkurve S(t) mit der Istbedingung S'(ti) als Startbedingung S(t0) für eine verbleibende Weglänge berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a. durch die Steuereinheit (1) eine Ist-Position s'(ti) und eine Ist-Geschwindigkeit v'(ti) mit einer Schrittgröße dT empfangen werden, b. die Soll-Beschleunigung a(ti) mittels einer Vorsteuerung Pa zu einer vorgesteuerten Soll-Beschleunigung Fa(ti) umgewandelt wird, c. durch die Steuereinheit (1) mittels eines äußeren Regelkreises, welcher die Soll-Position s(ti) als Soll-Wert und die Ist-Position s'(ti) als Ist-Wert verwendet, eine Stellgeschwindigkeit vs(ti) als Stellgröße bestimmt wird, d. durch die Steuereinheit (1) mittels eines inneren Regelkreises, welcher die Summe der Stellgeschwindigkeit vs(ti) und der Soll-Geschwindigkeit v(ti) als Soll-Wert und die Ist-Geschwindigkeit v'(ti) als Ist-Wert verwendet, ein Stellendwert Fv(ti) als Stellgröße bestimmt wird, e. durch die Steuereinheit (1) mittels einer Addition des Stellendwertes Fv(ti) und der vorgesteuerten Soll-Beschleunigung Fa(ti) ein Maschinenstellwert F(ti) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (1) zumindest ein Wert der Randparameter oder eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit vmax durch einen jeweiligen Alternativwert ersetzt wird, wenn die Länge der Bahnkurve S(t), welche unter Erfüllung der Randparameter und der vorbestimmten Maximalgeschwindigkeit vmax berechnet wird, größer als die Gesamtweglänge L ist.
Steuereinheit (1) mit einer Prozessoreinrichtung eingerichtet zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren.
Kraftfahrzeug (Kfz) umfassend eine Steuereinheit (1) nach Anspruch 11.