DE102018125250B4 - Method and control unit for guiding a vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren (700) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (100) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs (100); wobei das Verfahren (700) umfasst,- Ermitteln (701) eines Wertes einer ersten Zustandskomponente (601) als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von einer Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße; wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) über das Systemmodell von einer Stellgröße (602) abhängig ist;- Ermitteln (702) von zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1;- Ermitteln (703) von Werten (611, 612, 613, 614) von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart, dass die ermittelten, zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente (603) an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden;- Ermitteln (704) eines Wertes der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) und auf Basis der Werte (611, 612, 613, 614) der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion (300), die eingerichtet ist, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente (601) und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) jeweils einen Wert der Stellgröße (602) zuzuweisen; und- Betreiben (705) eines Fahrzeugführungssystems (206) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße (602).Method (700) for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle (100) based on a system model of the vehicle (100); wherein the method (700) comprises - determining (701) a value of a first state component (601) as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle (100) from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (103); wherein the state variable of the vehicle (100) is dependent on a manipulated variable (602) via the system model; - determination (702) of time-variable restrictions (503) of the first state component (601) and / or the manipulated variable (602) for N points in time the time k, with N> 1; - determining (703) values (611, 612, 613, 614) of one or more second state components (603) of a constraint model at the time k in such a way that the determined, time-variable constraints ( 503) of the first state component (601) and / or of the manipulated variable (602) are approximated by values of at least one second state component (603) at the N times from time k; - determining (704) a value of the manipulated variable (602) the time k, based on the value of the first state component (601) and based on the values (611, 612, 613, 614) of the one or more second state components (603) at the time k and based on a predefined function (300) , the egg n is directed to assign a value of the manipulated variable (602) to different value combinations of the first state component (601) and the one or more second state components (603); and- operating (705) a vehicle guidance system (206) for automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle (100) as a function of the determined value of the manipulated variable (602).

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und entsprechende Steuereinheiten zur automatisierten Führung eines Fahrzeugs.The invention relates to methods and corresponding control units for the automated guidance of a vehicle.

Zur automatisierten Führung, insbesondere Quer- und/oder Längsführung, eines Fahrzeugs erfolgt typischerweise eine Trajektorienplanung, unter Berücksichtigung von zeitlich veränderlichen Beschränkungen aus einem Umfeldmodell des Umfelds des Fahrzeugs (z.B. ein maximal zulässiger Seitenabstand), sowie unter Berücksichtigung von physikalischen Fahrzeugbeschränkungen (z.B. eine maximal zulässige Krümmungsänderung, die durch das Fahrzeug umgesetzt werden kann). Im Rahmen der Trajektorienplanung kann eine endliche, geplante Zieltrajektorie für die Längs- und/oder die Querführung bereitgestellt werden.For automated guidance, in particular transverse and / or longitudinal guidance, of a vehicle, trajectory planning is typically carried out, taking into account temporally variable restrictions from an environment model of the surroundings of the vehicle (e.g. a maximum permissible lateral distance), and taking into account physical vehicle restrictions (e.g. a maximum permissible change in curvature that can be implemented by the vehicle). As part of the trajectory planning, a finite, planned target trajectory for the longitudinal and / or the transverse guidance can be provided.

Des Weiteren kann ein Trajektorienfolgeregler für die Längs- und/oder Querführung bereitgestellt werden, durch den bewirkt werden soll, dass das Fahrzeug einer geplanten Zieltrajektorie folgt. Zu diesem Zweck wird als Eingang eines Trajektorienfolgereglers die Differenz zwischen dem (durch die geplante Zieltrajektorie vorgegebenen) Soll-Zustand des Fahrzeugs und dem gemessenen Ist-Zustand des Fahrzeugs betrachtet, und es wird als Ausgang des Trajektorienfolgereglers eine von dem Fahrzeug zu erbringende Beschleunigung (für die Längsführung) bzw. Krümmung (für die Querführung) als Stellgröße ermittelt.Furthermore, a trajectory follower can be provided for the longitudinal and / or lateral guidance, which is intended to cause the vehicle to follow a planned target trajectory. For this purpose, the input of a trajectory follower is considered to be the difference between the target state of the vehicle (given by the planned target trajectory) and the measured actual state of the vehicle, and the output of the trajectory follower is an acceleration to be provided by the vehicle (for the longitudinal guide) or curvature (for the transverse guide) is determined as a manipulated variable.

Ferner wird zur Bereitstellung einer automatisierten Längs- und/oder Querführung typischerweise ein Fahrzeugführungssystem (in diesem Dokument auch als CVM (Central Vehicle Management)-Modul bezeichnet) verwendet, das die geforderte Krümmung (für die Querführung) bzw. Beschleunigung (für die Längsführung) auf die jeweiligen Fahrzeugeingänge (z.B. Antrieb, Bremse, Lenkwinkel, etc.) übersetzt und dynamische und/oder durch eine Reibwertänderung der Straße verursachte Effekte des Fahrzeugverhaltens mit einer internen Krümmungs- und/oder Beschleunigungsregelung weitgehend kompensiert.In addition, to provide automated longitudinal and / or lateral guidance, a vehicle guidance system (also referred to in this document as CVM (Central Vehicle Management) module) is typically used, which provides the required curvature (for lateral guidance) or acceleration (for longitudinal guidance). to the respective vehicle inputs (e.g. drive, brake, steering angle, etc.) and dynamic and / or effects of vehicle behavior caused by a change in the coefficient of friction of the road are largely compensated for with an internal curvature and / or acceleration control.

Aufgrund der Trennung zwischen Trajektorienplanung und Trajektorienfolgeregelung kann nicht immer sichergestellt werden, dass die im Rahmen der Trajektorienfolgeregelung ermittelte Krümmung bzw. Beschleunigung auch tatsächlich durch das Fahrzeug kollisionsfrei umgesetzt werden können.Due to the separation between trajectory planning and trajectory follow-up control, it cannot always be ensured that the curvature or acceleration determined within the scope of the trajectory follow-up control can actually be implemented by the vehicle without collision.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Trajektorienfolgeregelung für ein Fahrzeug bereitzustellen, durch die in ressourceneffizienter Weise eine zuverlässige und kollisionsfreie Umsetzung von Krümmungs- bzw. Beschleunigungsvorgaben gewährleistet wird.This document deals with the technical task of providing a trajectory sequence control for a vehicle through which a reliable and collision-free implementation of curvature and acceleration specifications is ensured in a resource-efficient manner.

Zum Stand der Technik wird ferner noch auf die Druckschriften DE 10 2017 010 180 B3 , DE 10 2015 015 302 A1 , DE 10 2012 001 405 A1 und DE 102 18 010 A1 verwiesen.For the state of the art, see the publications DE 10 2017 010 180 B3 , DE 10 2015 015 302 A1 , DE 10 2012 001 405 A1 and DE 102 18 010 A1 referenced.

Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The problem is solved by each of the independent claims. Advantageous embodiments are i.a. described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all features of the independent patent claim, which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent patent claims.

Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012). Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte können für einen Automatisierungsgrad „assistiertes Fahren“ und höher verwendet werden.In the context of the document, the term “automated driving” can be understood to mean driving with automated longitudinal or lateral guidance or autonomous driving with automated longitudinal and lateral guidance. The automated driving can be, for example, driving on the motorway for a longer period of time or driving for a limited time as part of parking or maneuvering. The term “automated driving” includes automated driving with any degree of automation. Exemplary degrees of automation are assisted, partially automated, highly automated or fully automated driving. These degrees of automation were defined by the Federal Highway Research Institute (BASt) (see BASt publication “Research compact”, edition 11/2012). With assisted driving, the driver continuously performs longitudinal or lateral guidance, while the system takes on the other function within certain limits. With partially automated driving (TAF), the system takes over the longitudinal and lateral guidance for a certain period of time and / or in specific situations, whereby the driver has to continuously monitor the system as with assisted driving. In highly automated driving (HAF), the system takes over the longitudinal and lateral guidance for a certain period of time without this the driver must constantly monitor the system; however, the driver must be able to take over driving the vehicle within a certain period of time. With fully automated driving (VAF), the system can automatically cope with driving in all situations for a specific application; a driver is no longer required for this application. The four degrees of automation mentioned above correspond to SAE levels 1 to 4 of the SAE J3016 standard (SAE - Society of Automotive Engineering). For example, highly automated driving (HAF) Level 3 corresponds to the SAE J3016 standard. In addition, SAE J3016 provides SAE level 5 as the highest level of automation, which is not included in the definition of BASt. SAE level 5 corresponds to driverless driving in which the system can automatically handle all situations like a human driver during the entire journey; a driver is generally no longer required. The aspects described in this document can be used for an “assisted driving” automation level and higher.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (insbesondere eines Kraftfahrzeugs) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs beschrieben. Dabei ist das Systemmodell bevorzugt zeitlich invariant und/oder linear, um eine ressourceneffiziente Ausführung des Verfahrens zu ermöglichen. Das Systemmodell kann eine Prädiktion einer bestimmten Anzahl von Zustandsgrößen bzw. Zustandskomponenten des Systems über ein bestimmtes Zeitintervall (dem sogenannten Planungshorizont) ermöglichen. Insbesondere kann es das Systemmodell ermöglichen, ausgehend von einem Anfangszustand rekursiv die Prädiktion der Zustandsgrößen bzw. Zustandskomponenten an aufeinander folgenden Zeitpunkten bzw. Zeitschritten zu ermöglichen. Ein solches Systemmodell wird in diesem Dokument auch aus ein rekursives Systemmodell bezeichnet.According to one aspect, a method for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle (in particular a motor vehicle) based on a system model of the vehicle is described. The system model is preferably invariant over time and / or linear in order to enable the method to be carried out in a resource-efficient manner. The system model can enable a certain number of state variables or state components of the system to be predicted over a certain time interval (the so-called planning horizon). In particular, the system model can make it possible, starting from an initial state, to recursively enable the prediction of the state variables or state components at successive points in time or time steps. Such a system model is also referred to in this document from a recursive system model.

Dabei kann das Systemmodell des Fahrzeugs ein erstes Teilmodell umfassen, das eine Approximation des Verhaltens des Fahrzeugführungssystems des Fahrzeugs darstellt, mit dem die automatisierte Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs umgesetzt wird. Das Fahrzeugführungssystem kann z.B. eine automatisierte Lenkvorrichtung, einen automatisierten Antrieb und/oder eine automatisierte Bremsvorrichtung umfassen. Des Weiteren kann das Systemmodell ein zweites Teilmodell umfassen, das die Bewegung und/oder die Kinematik des Fahrzeugs beschreibt.The system model of the vehicle can include a first partial model that represents an approximation of the behavior of the vehicle guidance system of the vehicle with which the automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle is implemented. The vehicle guidance system can e.g. comprise an automated steering device, an automated drive and / or an automated braking device. Furthermore, the system model can include a second partial model that describes the movement and / or the kinematics of the vehicle.

Insbesondere kann das Systemmodell eine Systemmatrix umfassen, die einen Zusammenhang zwischen unterschiedlichen Zustandsgrößen an einem Zeitpunkt k und einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 beschreibt. Des Weiteren kann das Systemmodell einen Eingangsvektor umfassen, der einen Einfluss einer Stellgröße des Systems auf die unterschiedlichen Zustandsgrößen beschreibt. Ferner kann das Systemmodell eine Ausgangsmatrix bzw. einen Ausgangsvektor umfassen, die bzw. der es ermöglicht, aus den Zustandsgrößen an einem bestimmten Zeitpunkt k eine Ausgangsgröße des Systems zu ermitteln.In particular, the system model can include a system matrix that describes a relationship between different state variables at a point in time k and a subsequent point in time k + 1. Furthermore, the system model can include an input vector that describes an influence of a manipulated variable of the system on the different state variables. Furthermore, the system model can comprise an output matrix or an output vector which makes it possible to determine an output variable of the system from the state variables at a specific point in time k.

Das Verfahren kann (an einem Zeitpunkt k) umfassen, das Ermitteln einer Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer (im Rahmen der Trajektorienplanung geplanten) Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als erste Zustandskomponente. Mit anderen Worten, es kann ein Wert einer ersten Zustandskomponente als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße ermittelt werden. Die erste Zustandskomponente kann als Regelfehler bzw. als Teil eines Regelfehlers betrachtet werden. Wie bereits oben dargelegt, kann das Systemmodell eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, auf Basis der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k (unter Verwendung der Systemmatrix) und auf Basis einer Stellgröße an dem Zeitpunkt k (unter Verwendung des Eingangsvektors) die erste Zustandskomponente an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren (durch Verwendung der Systemmatrix und/oder des Eingangsvektors). Mit anderen Worten, die Zustandsgröße des Fahrzeugs kann über das Systemmodell von einer Stellgröße abhängig sein.The method can include (at a point in time k) the determination of a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (planned within the scope of trajectory planning) as a first state component. In other words, a value of a first state component can be determined as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory. The first status component can be viewed as a control error or as part of a control error. As already explained above, the system model can be set up or have the property, based on the first status component at time k (using the system matrix) and based on a manipulated variable at time k (using the input vector), the first status component a subsequent point in time k + 1 (by using the system matrix and / or the input vector). In other words, the state variable of the vehicle can be dependent on a manipulated variable via the system model.

Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln von zeitlich variablen Beschränkungen der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1 (typischerweise N = 5, 8, 10 oder mehr). Insbesondere kann eine Beschränkung für die Zeitpunkte k, k + 1, k + 2, .., k + N - 1 bereitgestellt werden. Direkt aufeinander folgende Zeitpunkte können dabei gemäß einer Abtastrate zeitlich voneinander beabstandet sein (z.B. um 100ms, 50ms, 20ms oder weniger).In addition, the method includes determining temporally variable restrictions of the first state component and / or the manipulated variable for N points in time from the point in time k, with N> 1 (typically N = 5, 8, 10 or more). In particular, a restriction can be provided for the times k, k + 1, k + 2, .., k + N − 1. Directly consecutive points in time can be spaced apart in time according to a sampling rate (e.g. by 100 ms, 50 ms, 20 ms or less).

Die erste Zustandskomponente und/oder die Stellgröße können somit jeweils eine Beschränkung aufweisen, die sich mit der Zeit verändern kann. Beispielsweise kann die Abweichung der Querablage des Fahrzeugs von der geplanten Querablage abhängig von der aktuellen Umgebungssituation des Fahrzeugs variieren. Die zeitlich variable Beschränkung der ersten Zustandskomponente kann somit auf Basis von Sensordaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren (z.B. einer Kamera, einem Radarsensor, einem Ultraschallsensor, einem LIDAR-Sensor, etc.) des Fahrzeugs ermittelt werden. Dabei können die Sensordaten ein Umfeld des Fahrzeugs beschreiben.The first state component and / or the manipulated variable can thus each have a restriction that can change over time. For example, the deviation of the lateral storage of the vehicle from the planned lateral storage can vary depending on the current situation in the surroundings of the vehicle. The time-variable limitation of the first state component can thus be based on sensor data from one or more environmental sensors (e.g. a camera, a radar sensor, an ultrasonic sensor, a LIDAR sensor, etc.) of the vehicle. The sensor data can describe the surroundings of the vehicle.

Das Verfahren umfasst ferner das Approximieren der zeitlich variablen Beschränkung der ersten Zustandskomponente (oder ggf. der Stellgröße) durch ein (rekursives) Beschränkungsmodell mit ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten. Dabei kann das Beschränkungsmodell eingerichtet sein, die ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 auf Basis der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k zu ermitteln. Des Weiteren kann zumindest eine zweite Zustandskomponente die approximierte Beschränkung der ersten Zustandskomponente anzeigen. Das Beschränkungsmodell ist dabei bevorzugt linear und zeitinvariant. Insbesondere kann das Beschränkungsmodell bevorzugt durch eine zeitinvariante Beschränkungsmatrix beschrieben werden. Es kann somit ermöglicht werden, durch Definieren von ein oder mehreren zusätzlichen (zweiten) Zustandskomponenten eine zeitlich variable Beschränkung in linearer und zeitinvarianter Weise zu approximieren. Dabei kann ausgehend von einem Anfangszustand die zeitlich variable Beschränkung rekursiv mittels des Beschränkungsmodells (insbesondere mittels einer Beschränkungsmatrix) beschrieben werden. So können Beschränkungen einer Zustandsgröße und/oder einer Stellgröße in ressourceneffizienter Weise im Rahmen einer Trajektorienfolgeregelung berücksichtigt werden.The method further includes approximating the temporally variable limitation of the first state component (or, if applicable, the manipulated variable) by means of a (recursive) limitation model with one or more second state components. The restriction model can be set up to determine the one or more second state components at the subsequent point in time k + 1 on the basis of the one or more second state components at the point in time k. Furthermore, at least one second state component can display the approximated restriction of the first state component. The constraint model is preferably linear and time-invariant. In particular, the constraint model can preferably be described by a time-invariant constraint matrix. It can thus be made possible, by defining one or more additional (second) state components, to approximate a time-variable restriction in a linear and time-invariant manner. Starting from an initial state, the time-variable restriction can be described recursively by means of the restriction model (in particular by means of a restriction matrix). Limitations of a state variable and / or a manipulated variable can thus be taken into account in a resource-efficient manner within the framework of a trajectory sequence control.

Mit anderen Worten, es können Werte von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart ermittelt werden, dass die ermittelten, zeitlich variablen Beschränkungen der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden. Zu diesem Zweck kann ein lineares und zeitinvariantes Beschränkungsmodell verwendet werden. Das Beschränkungsmodell kann dabei eine zeitinvariante Beschränkungsmatrix aufweisen.In other words, values of one or more second state components of a restriction model can be determined at point in time k in such a way that the determined, temporally variable restrictions of the first state component and / or the manipulated variable are derived from values of at least one second state component at the N points in time the point in time k can be approximated. A linear and time-invariant constraint model can be used for this purpose. The constraint model can have a time-invariant constraint matrix.

Insbesondere kann ein Systemmodell des Fahrzeugs durch ein Beschränkungsmodell einer zeitlich variablen Beschränkung ergänzt werden. Es kann somit ein (rekursives) Gesamtmodell bereitgestellt werden, das sowohl das Systemmodell des Fahrzeugs als auch ein Beschränkungsmodell der Beschränkung der ersten Zustandskomponente (und/oder der Stellgröße) umfasst. So kann eine besonders ressourceneffiziente automatisierte Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (unter Berücksichtigung von Umfeldbedingungen und/oder technischen Beschränkungen) ermöglicht werden.In particular, a system model of the vehicle can be supplemented by a restriction model of a time-variable restriction. A (recursive) overall model can thus be provided which includes both the system model of the vehicle and a restriction model of the restriction of the first state component (and / or the manipulated variable). In this way, a particularly resource-efficient automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle (taking into account environmental conditions and / or technical restrictions) can be made possible.

Die durch das Beschränkungsmodell bewirkte approximierte Beschränkung der ersten Zustandskomponente (und/oder der Stellgröße) stellt bevorzugt an jedem der N Zeitpunkte eine gleiche oder stärkere Beschränkung dar, als die zeitlich variable Beschränkung der ersten Zustandskomponente (und/oder der Stellgröße). Mit anderen Worten, die approximierte Beschränkung ist bevorzugt an keinem Zeitpunkt großzügiger als die ursprüngliche zeitlich variable Beschränkung. So kann eine zuverlässige automatisierte Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs ermöglicht werden.The approximated restriction of the first state component (and / or the manipulated variable) brought about by the restriction model preferably represents an equal or stronger restriction at each of the N times than the temporally variable restriction of the first state component (and / or the manipulated variable). In other words, the approximated restriction is preferably at no point in time more generous than the original time-variable restriction. Reliable, automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle can thus be made possible.

In einem bevorzugten Beispiel ist die durch das Beschränkungsmodell bewirkte approximierte Beschränkung eine lineare Approximation der zeitlich variablen Beschränkung. Die Verwendung einer linearen Approximation ermöglicht eine besonders ressourceneffiziente automatisierte Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs.In a preferred example, the approximated constraint brought about by the constraint model is a linear approximation of the temporally variable constraint. The use of a linear approximation enables a particularly resource-efficient, automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle.

Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln eines Wertes der Stellgröße an dem Zeitpunkt k, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente und des Wertes der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion. Dabei ist die vordefinierte eingerichtet, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße zuzuweisen. Die vordefinierte Funktion kann z.B. in Form einer Look-Up Tabelle bereitgestellt werden. Alternativ oder ergänzend kann die vordefinierte Funktion als stückweise affine Funktion bereitgestellt werden.The method further comprises determining a value of the manipulated variable at time k, based on the value of the first state component and the value of the one or more second state components at time k, and based on a predefined function. The predefined one is set up to assign different value combinations of the first state component and the one or more second state components each with a (possibly different) value of the manipulated variable. The predefined function can e.g. in the form of a look-up table. Alternatively or in addition, the predefined function can be provided as a piecewise affine function.

Die vordefinierte Funktion kann z.B. für eine Wertekombination der ersten Zustandskomponente und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten, Koeffizienten bzw. Gewichte anzeigen, mit denen die erste Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und die ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k zu multiplizieren sind, um über die gewichtete Summe den Wert der Stellgröße an dem Zeitpunkt k zu ermitteln.The predefined function can e.g. for a value combination of the first state component and the one or more second state components, coefficients or weights with which the first state component at time k and the one or more second state components at time k are to be multiplied in order to obtain the To determine the value of the manipulated variable at time k.

Die vordefinierte Funktion kann dabei eine explizite modellprädiktive Regelung ermöglichen (mit einem Planungshorizont der zeitlichen Länge N). Des Weiteren kann die vordefinierte Funktion von dem (rekursiven) Systemmodell und/oder von dem (rekursiven) Beschränkungsmodell abhängig sein. Ferner kann die vordefinierte Funktion von einem Kostenfunktional abhängig sein, das einen Term bezüglich der ersten Zustandskomponente an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k umfasst.The predefined function can enable an explicit model predictive control (with a planning horizon of the time length N). Furthermore, the predefined function can be derived from the (recursive) System model and / or be dependent on the (recursive) constraint model. Furthermore, the predefined function can be dependent on a cost-functional which comprises a term relating to the first state component at the N times from time k.

Die vordefinierte Funktion kann im Vorfeld mittels eines Optimierungsverfahrens ermittelt worden sein. Dabei kann ein Kostenfunktional verwendet worden sein, das z.B. darauf ausgelegt ist, die Sequenz von Werten der Stellgröße an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k zu ermitteln, durch die das Kostenfunktional optimiert wird. Das Kostenfunktional kann dabei z.B. darauf ausgelegt sein, die (quadratische oder absolute) Summe der Werte der ersten Zustandskomponente an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k zu reduzieren, insbesondere zu minimieren. Dabei kann im Rahmen des Optimierungsverfahrens die approximierte Beschränkung der ersten Zustandskomponente (und/oder der Stellgröße) als Nebenbedingung berücksichtigt werden. Die Verwendung eines Beschränkungsmodells zur Beschreibung der approximierten Beschränkung ermöglicht dabei die Verwendung der multiparametrischen Programmierung zur Ermittlung der vordefinierten Funktion, und somit zur Ermittlung eines optimalen Wertes der Stellgröße.The predefined function can have been determined in advance by means of an optimization process. A cost functional may have been used, e.g. is designed to determine the sequence of values of the manipulated variable at the N times from time k, by means of which the cost-functional is optimized. The cost functional can e.g. be designed to reduce, in particular to minimize, the (quadratic or absolute) sum of the values of the first state component at the N times from time k. The approximated restriction of the first state component (and / or the manipulated variable) can be taken into account as a secondary condition within the framework of the optimization method. The use of a constraint model to describe the approximated constraint enables multiparametric programming to be used to determine the predefined function, and thus to determine an optimal value of the manipulated variable.

Die vordefinierte Funktion kann somit derart im Vorfeld zu der Ausführung des Verfahrens ermittelt worden sein, dass der für die Wertekombination aus der ersten Zustandskomponente und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k angezeigte Wert der Stellgröße für den Zeitpunkt k ein bestimmtes Kostenfunktional unter Berücksichtigung der zeitlich variablen Beschränkung der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße optimiert, insbesondere minimiert. Dabei kann das Kostenfunktional ein Kostenfunktional im Sinne der modellprädiktiven Regelung sein.The predefined function can thus be determined in advance of the execution of the method that the value of the manipulated variable displayed for the value combination of the first state component and the one or more second state components at the point in time k for the point in time k takes into account a certain cost-functional the time-variable limitation of the first state component and / or the manipulated variable is optimized, in particular minimized. The cost functional can be a cost functional in the sense of the model predictive regulation.

Außerdem umfasst das Verfahren das Betreiben des Fahrzeugführungssystems zur automatisierten Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße. Insbesondere kann der ermittelte Wert der Stellgröße, der als Regelungsanteil der Stellgröße betrachtet werden kann, mit einem Vorsteueranteil der Stellgröße kombiniert werden, um einen Gesamtwert der Stellgröße zu ermitteln. Der Gesamtwert der Stellgröße kann dann als Eingangsgröße des Fahrzeugführungssystems des Fahrzeugs verwendet werden.The method also includes the operation of the vehicle guidance system for automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle as a function of the determined value of the manipulated variable. In particular, the determined value of the manipulated variable, which can be viewed as a control component of the manipulated variable, can be combined with a precontrol component of the manipulated variable in order to determine an overall value of the manipulated variable. The total value of the manipulated variable can then be used as an input variable of the vehicle guidance system of the vehicle.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht es somit, zeitlich variable Beschränkungen einer Zustandskomponente eines Zustandsvektors des Fahrzeugs im Rahmen der Traj ektorienfolgeregelung zu berücksichtigen. So kann in effizienter Weise eine zuverlässige, ausführbare und kollisionsfreie automatisierte Längs- und/oder Querführung ermöglicht werden.The described method thus makes it possible to take into account temporally variable restrictions of a state component of a state vector of the vehicle within the framework of the trajectory sequence control. A reliable, executable and collision-free automated longitudinal and / or lateral guidance can thus be made possible in an efficient manner.

Das Verfahren wird typischerweise an einer Sequenz von Zeitpunkten k wiederholt, um die Stellgröße an der Sequenz von Zeitpunkten k zu ermitteln, und um das Fahrzeugführungssystem an der Sequenz von Zeitpunkten k zu betreiben. So kann eine zeitlich andauernde Trajektorienfolgeregelung bewirkt werden.The method is typically repeated at a sequence of times k in order to determine the manipulated variable at the sequence of times k and to operate the vehicle guidance system at the sequence of times k. A trajectory sequence control that lasts over time can thus be effected.

Die Zustandsgröße und/oder die Stellgröße können Werte relativ zu einer Referenzkurve bzw. zu einem Referenzverlauf anzeigen. Dabei kann die Referenzkurve insbesondere entlang einer von dem Fahrzeug befahrenden Fahrbahn verlaufen (z.B. entlang der Mitte einer Fahrspur). Das Verfahren kann insbesondere in einem entkrümmten Koordinatensystem bzw. in einem Frenet-Koordinatensystem durchgeführt werden (insbesondere für die automatisierte Querführung des Fahrzeugs). So können die Ressourceneffizienz und die Genauigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden.The state variable and / or the manipulated variable can display values relative to a reference curve or to a reference profile. The reference curve can in particular run along a roadway on which the vehicle is traveling (e.g. along the middle of a lane). The method can in particular be carried out in a de-curved coordinate system or in a Frenet coordinate system (in particular for the automated lateral guidance of the vehicle). In this way, the resource efficiency and the accuracy of the method can be further increased.

Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln von zeitlich variablen Beschränkungen der Stellgröße für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1. Dabei kann die zeitlich variable Beschränkung der Stellgröße auf Basis der aktuellen (Längs-)Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (an dem Zeitpunkt k) ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann die zeitlich variable Beschränkung der Stellgröße auf Basis einer technischen Beschränkung der Lenkvorrichtung, der Antriebsvorrichtung und/oder der Bremsvorrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden.The method can include the determination of time-variable restrictions of the manipulated variable for N points in time from time k, with N> 1. The time-variable restriction of the manipulated variable can be based on the current (longitudinal) driving speed of the vehicle (at time k ) be determined. Alternatively or additionally, the time-variable limitation of the manipulated variable can be determined on the basis of a technical limitation of the steering device, the drive device and / or the braking device of the vehicle.

Außerdem kann das Verfahren umfassen, das Approximieren der zeitlich variablen Beschränkung der Stellgröße durch ein weiteres (rekursives) Beschränkungsmodell mit ein oder mehreren dritten Zustandskomponenten. Dabei kann das weitere Beschränkungsmodell eingerichtet sein, die ein oder mehreren dritten Zustandskomponenten an dem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 auf Basis der ein oder mehreren dritten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k zu ermitteln, wobei zumindest eine dritte Zustandskomponente die approximierte Beschränkung der Stellgröße anzeigt. Es kann somit (alternativ oder ergänzend) eine (approximierte) zeitlich variable Beschränkung der Stellgröße mit in das Gesamtmodell aufgenommen werden. So kann in effizienter Weise gewährleistet werden, dass eine durch die Trajektorienfolgeregelung gestellte Stellgröße auch tatsächlich durch das Fahrzeug umgesetzt werden kann. Es wird somit eine zuverlässige Trajektorienfolgeregelung ermöglicht.In addition, the method can include approximating the time-variable restriction of the manipulated variable by means of a further (recursive) restriction model with one or more third state components. The further restriction model can be set up to determine the one or more third state components at the subsequent point in time k + 1 on the basis of the one or more third state components at point in time k, with at least one third state component indicating the approximate restriction of the manipulated variable. An (approximated) time-variable limitation of the manipulated variable can thus (alternatively or additionally) be included in the overall model. In this way it can be ensured in an efficient manner that a manipulated variable provided by the trajectory sequence control also can actually be implemented by the vehicle. Reliable trajectory sequencing is thus made possible.

Die Stellgröße an dem Zeitpunkt k kann auch auf Basis der ein oder mehreren dritten Zustandskomponenten ermittelt werden, wobei die vordefinierte Funktion zu diesem Zweck eingerichtet sein kann, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente, der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten und der ein oder mehreren dritten Zustandskomponenten jeweils einen unterschiedlichen Wert der Stellgröße zuzuweisen.The manipulated variable at time k can also be determined on the basis of the one or more third state components, the predefined function being able to be set up for this purpose, different value combinations of the first state component, the one or more second state components and the one or more third state components, respectively to assign a different value to the manipulated variable.

Für die automatisierte Querführung des Fahrzeugs kann die Zustandsgröße den Quotienten aus der Querabweichung des Fahrzeugs relativ zu der Referenzkurve bzw. zu einem Referenzverlauf und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Stellgröße für die automatisierte Querführung des Fahrzeugs das Produkt aus der Krümmung der von dem Fahrzeug zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen. So kann in effizienter und präziser Weise ein lineares zeitinvariantes Systemmodell bereitgestellt werden. Dies ermöglicht wiederum eine ressourceneffiziente und zuverlässige Trajektorienfolgeregelung eines Fahrzeugs.For the automated lateral guidance of the vehicle, the state variable can include the quotient of the lateral deviation of the vehicle relative to the reference curve or to a reference profile and the driving speed of the vehicle. As an alternative or in addition, the manipulated variable for the automated transverse guidance of the vehicle can comprise the product of the curvature of the trajectory to be driven by the vehicle and the driving speed of the vehicle. In this way, a linear, time-invariant system model can be provided in an efficient and precise manner. This in turn enables a resource-efficient and reliable trajectory sequence control of a vehicle.

Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln einer Abweichung eines Ist-Wertes einer weiteren Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von der Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der weiteren Zustandsgröße als weitere Zustandskomponente. Die weitere Zustandsgröße kann dabei einen Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs umfassen (z.B. relativ zu der Referenzkurve). Das Systemmodell kann eingerichtet sein, auf Basis der weiteren Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k die erste Zustandskomponente an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren. Durch die Berücksichtigung von mehreren Zustandsgrößen kann die Güte der Trajektorienfolgeregelung weiter erhöht werden.The method can include determining a deviation of an actual value of a further state variable of the vehicle from a planned value of the further state variable that is dependent on the target trajectory as a further state component. The further state variable can include a direction of travel angle of the vehicle (e.g. relative to the reference curve). The system model can be set up to predict the first status component at a subsequent time k + 1 on the basis of the further status component at time k. By taking several state variables into account, the quality of the trajectory sequence control can be further increased.

Für die automatisierte Längsführung des Fahrzeugs kann die Zustandsgröße eine Position des Fahrzeugs entlang der Längsrichtung des Fahrzeugs umfassen. Des Weiteren kann die Stellgröße für die automatisierte Längsführung eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung umfassen.For the automated longitudinal guidance of the vehicle, the state variable can include a position of the vehicle along the longitudinal direction of the vehicle. Furthermore, the manipulated variable for the automated longitudinal guidance can include an acceleration of the vehicle in the longitudinal direction.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Nummerierung der unterschiedlichen Zustandsgrößen bzw. Zustandskomponenten (d.h. der „ersten“, der „zweiten“ und der „dritten“ Zustandskomponenten) nur zur Identifikation von unterschiedlichen Zustandsgrößen bzw. Zustandskomponenten dient und insbesondere keine Reihenfolge anzeigen soll. Die unterschiedlichen Zustandskomponenten können z.B. in beliebiger Reihenfolge bzw. Anordnung in einem Zustandsvektor zusammengefasst werden.It should be noted that the numbering of the different state variables or state components (i.e. the "first", the "second" and the "third" state components) is only used to identify different state variables or state components and, in particular, should not indicate any sequence. The different state components can e.g. can be combined in any order or arrangement in a state vector.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs auf Basis eines (rekursiven) Systemmodells des Fahrzeugs beschrieben. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein (an einem Zeitpunkt k), eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als Wert einer ersten Zustandskomponente zu ermitteln. Dabei kann das Systemmodell eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, auf Basis der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer Stellgröße an dem Zeitpunkt k die erste Zustandskomponente an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren. Mit anderen Worten, die Zustandsgröße des Fahrzeugs kann über das Systemmodell von einer Stellgröße abhängig sein.According to a further aspect, a control unit for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle based on a (recursive) system model of the vehicle is described. The control unit can be set up (at a point in time k) to determine a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory as the value of a first state component. The system model can be set up or have the property of predicting the first status component at a subsequent time k + 1 on the basis of the first status component at time k and on the basis of a manipulated variable at time k. In other words, the state variable of the vehicle can be dependent on a manipulated variable via the system model.

Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, eine zeitlich variable Beschränkung bzw. zeitlich variable Beschränkungen der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1, zu ermitteln.The control unit is also set up to determine a time-variable restriction or time-variable restriction of the first state component and / or the manipulated variable for N points in time from point in time k, with N> 1.

Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, die zeitlich variable Beschränkung der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße durch ein (rekursives) Beschränkungsmodell mit ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten zu approximieren. Dabei kann das Beschränkungsmodell eingerichtet sein, die ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 auf Basis der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k zu ermitteln. Zumindest eine zweite Zustandskomponente zeigt dabei die approximierte Beschränkung der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße an. Mit anderen Worten, die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Werte von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart zu ermitteln, dass die zeitlich variablen Beschränkungen der ersten Zustandskomponente und/oder der Stellgröße durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden.In addition, the control unit is set up to approximate the temporally variable limitation of the first state component and / or the manipulated variable by means of a (recursive) limitation model with one or more second state components. The restriction model can be set up to determine the one or more second state components at the subsequent point in time k + 1 on the basis of the one or more second state components at the point in time k. At least one second state component shows the approximated limitation of the first state component and / or the manipulated variable. In other words, the control unit can be set up to determine values of one or more second state components of a constraint model at point in time k in such a way that the temporally variable constraints of the first state component and / or the manipulated variable by values of at least one second state component at the N. Points in time from the point in time k are approximated.

Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente und des Wertes der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion, die eingerichtet ist, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße zuzuweisen, einen Wert der Stellgröße an dem Zeitpunkt k zu ermitteln. Ein Fahrzeugführungssystem des Fahrzeugs kann dann in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße betrieben werden, um eine automatisierte Längs- und/oder Querführung entlang der geplanten Zieltrajektorie zu bewirken.Furthermore, the control unit is set up, based on the value of the first state component and the value of the one or more second state components at time k and based on a predefined function that is set up, different value combinations of the first state component and the one or more second state components to assign a (possibly different) value to the manipulated variable in each case, to determine a value of the manipulated variable at time k. A vehicle guidance system of the vehicle can then be operated as a function of the determined value of the manipulated variable in order to bring about an automated longitudinal and / or lateral guidance along the planned target trajectory.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs auf Basis eines (rekursiven) Systemmodells des Fahrzeugs beschrieben. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekt sind auch für dieses Verfahren anwendbar.According to a further aspect, a method for automated lateral guidance of a vehicle based on a (recursive) system model of the vehicle is described. The aspects described in this document are also applicable to this method.

Das Verfahren umfasst (an einem Zeitpunkt k), das Ermitteln einer Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als erste Zustandskomponente. Mit anderen Worten, es kann ein Wert einer ersten Zustandskomponente als die Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße ermittelt werden. Das Systemmodell kann dabei eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, auf Basis der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer Stellgröße an dem Zeitpunkt k die erste Zustandskomponente an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren. Mit anderen Worten, die Zustandsgröße des Fahrzeugs kann über das Systemmodell von einer Stellgröße abhängig sein.The method comprises (at a point in time k) the determination of a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory as a first state component. In other words, a value of a first state component can be determined as the deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory. The system model can be set up or have the property of predicting the first status component at a subsequent time k + 1 based on the first status component at time k and based on a manipulated variable at time k. In other words, the state variable of the vehicle can be dependent on a manipulated variable via the system model.

Die Zustandsgröße kann eine mit der (Längs-) Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs modulierte Basis-Zustandsgröße (z.B. die Querabweichung des Fahrzeugs) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Stellgröße eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs modulierte Basis-Stellgröße (z.B. die Krümmung einer von dem Fahrzeug zu fahrenden Trajektorie) umfassen. Das Modulieren kann dabei durch Multiplikation und/oder durch Division erfolgen.The state variable can include a basic state variable (e.g. the lateral deviation of the vehicle) modulated with the (longitudinal) driving speed of the vehicle. As an alternative or in addition, the manipulated variable can include a basic manipulated variable modulated with the driving speed of the vehicle (e.g. the curvature of a trajectory to be driven by the vehicle). The modulation can be done by multiplication and / or by division.

Insbesondere kann die Zustandsgröße den Quotienten aus der (relativen) Querabweichung des Fahrzeugs relativ zu einer Referenzkurve bzw. zu einem Referenzverlauf und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (in Längsrichtung) umfassen bzw. entsprechen. Des Weiteren kann die Stellgröße das Produkt aus der (relativen) Krümmung einer von dem Fahrzeug zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (in Längsrichtung) umfassen bzw. entsprechen.In particular, the state variable can include or correspond to the quotient of the (relative) transverse deviation of the vehicle relative to a reference curve or to a reference profile and the driving speed of the vehicle (in the longitudinal direction). Furthermore, the manipulated variable can include or correspond to the product of the (relative) curvature of a trajectory to be driven by the vehicle and the driving speed of the vehicle (in the longitudinal direction).

Durch die Wahl einer mit der Fahrgeschwindigkeit modulierten Zustandsgröße und/oder Stellgröße wird die Formulierung eines zeitinvarianten und linearen Systemmodells ermöglicht, was wiederum eine ressourceneffiziente automatisierte Querführung eines Fahrzeugs ermöglicht.By choosing a state variable and / or manipulated variable that is modulated with the driving speed, it is possible to formulate a time-invariant and linear system model, which in turn enables resource-efficient, automated lateral guidance of a vehicle.

Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln eines Wertes der Stellgröße an dem Zeitpunkt k, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion, die eingerichtet ist, unterschiedlichen Werten der ersten Zustandskomponente jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße zuzuweisen. Das Fahrzeugführungssystem des Fahrzeugs kann dann zur automatisierten Querführung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße betrieben werden, um das Fahrzeug entlang der Zieltrajektorie zu führen.The method further includes determining a value of the manipulated variable at point in time k, based on the value of the first state component at point in time k and based on a predefined function that is set up, different values of the first state component each have a (possibly different) value to assign the manipulated variable. The vehicle guidance system of the vehicle can then be operated for automated lateral guidance of the vehicle as a function of the determined value of the manipulated variable in order to guide the vehicle along the target trajectory.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs auf Basis eines (rekursiven) Systemmodells des Fahrzeugs beschrieben. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein (an einem Zeitpunkt k), eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs von einem von einer Zieltrajektorie abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als Werte einer ersten Zustandskomponente zu ermitteln. Dabei kann das Systemmodell eingerichtet sein, auf Basis der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer Stellgröße an dem Zeitpunkt k die erste Zustandskomponente an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren. Mit anderen Worten, die Zustandsgröße des Fahrzeugs kann über das Systemmodell von einer Stellgröße abhängig sein.According to a further aspect, a control unit for automated lateral guidance of a vehicle based on a (recursive) system model of the vehicle is described. The control unit can be set up (at a point in time k) to determine a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory as values of a first state component. In this case, the system model can be set up to predict the first status component at a subsequent time k + 1 on the basis of the first status component at time k and on the basis of a manipulated variable at time k. In other words, the state variable of the vehicle can be dependent on a manipulated variable via the system model.

Die Zustandsgröße kann eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs modulierte Basis-Zustandsgröße umfassen und/oder die Stellgröße kann eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs modulierte Basis-Stellgröße umfassen. Die Zustandsgröße umfasst bevorzugt den Quotienten aus einer Querabweichung des Fahrzeugs relativ zu einer Referenzkurve bzw. zu einem Referenzverlauf und einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Des Weiteren umfasst die Stellgröße bevorzugt das Produkt aus einer Krümmung einer von dem Fahrzeug zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.The state variable can comprise a base state variable modulated with the driving speed of the vehicle and / or the manipulated variable can comprise a base manipulated variable modulated with the driving speed of the vehicle. The state variable preferably comprises the quotient of a transverse deviation of the vehicle relative to a reference curve or to a reference profile and a driving speed of the vehicle. Furthermore, the manipulated variable preferably comprises the product of a curvature of a trajectory to be driven by the vehicle and the driving speed of the vehicle.

Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der ersten Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion, die eingerichtet ist, unterschiedlichen Werten der ersten Zustandskomponente jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße zuzuweisen, einen Werte der Stellgröße an dem Zeitpunkt k zu ermitteln. Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, ein Fahrzeugführungssystem des Fahrzeugs zur automatisierten Querführung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße zu betreiben.Furthermore, the control unit can be set up to assign a (possibly different) value of the manipulated variable to different values of the first state component, based on the first status component at time k and on the basis of a predefined function, a value of the manipulated variable to determine the point in time k. In addition, the control unit can be set up to operate a vehicle guidance system of the vehicle for automated lateral guidance of the vehicle as a function of the determined value of the manipulated variable.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.According to a further aspect, a motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which comprises the control unit described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The software program can be set up to be executed on a processor (e.g. on a control unit of a vehicle) and thereby to execute one of the methods described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to execute one of the methods described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in diverse ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in diverse ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 eine beispielhafte geplante Trajektorie für einen Spurwechsel;
  • 2a ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Trajektorienfolgeregelung;
  • 2b einen beispielhaften Signalflussplan der Regelstrecke;
  • 3 eine beispielhafte vordefinierte Funktion zur Ermittlung des Wertes einer Stellgröße;
  • 4a einen beispielhaften Regelkreis;
  • 4b einen beispielhaften Regelkreis mit modifizierten Zustands- und Stellgrößen;
  • 5 eine beispielhafte lineare Approximation einer zeitlich variablen Beschränkung;
  • 6 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Trajektorienfolgeregelung unter Verwendung von zusätzlichen Zustandskomponenten für zeitlich variable Beschränkungen;
  • 7a ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs; und
  • 7b ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show it
  • 1 an exemplary planned trajectory for a lane change;
  • 2a an exemplary block diagram of a trajectory sequence control;
  • 2 B an exemplary signal flow diagram of the controlled system;
  • 3 an exemplary predefined function for determining the value of a manipulated variable;
  • 4a an exemplary control loop;
  • 4b an exemplary control loop with modified state and manipulated variables;
  • 5 an exemplary linear approximation of a time-varying constraint;
  • 6 a block diagram of an exemplary trajectory sequence control using additional state components for time-variable restrictions;
  • 7a a flowchart of an exemplary method for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle; and
  • 7b a flowchart of an exemplary method for automated lateral guidance of a vehicle.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer zuverlässigen Trajektorienfolgeregelung, durch die Stell- bzw. Sollgrößen zur Steuerung eines Fahrzeugs vorgegeben werden, die durch das Fahrzeug tatsächlich umgesetzt werden können, und durch die Kollisionen mit Umgebungsobjekten zuverlässig vermieden werden können. Im Folgenden wird eine Trajektorienfolgeregelung für die Querführung eines Fahrzeugs beschrieben. Die dabei beschriebenen Aspekte sind in entsprechender Weise für die Längsführung anwendbar.As stated at the beginning, the present document is concerned with the provision of a reliable trajectory sequence control, through which manipulated or setpoint values for controlling a vehicle are specified, which can actually be implemented by the vehicle and which can reliably prevent collisions with surrounding objects. A trajectory sequence control for lateral guidance of a vehicle is described below. The aspects described here can be used in a corresponding manner for the longitudinal guidance.

1 zeigt ein Fahrzeug 100 (dargestellt durch ein Rechteck), das auf einer (entkrümmten) Fahrbahn 101 fährt. Zur Führung des Fahrzeugs 100 kann eine Referenz-bzw. Zieltrajektorie 103 (relativ zu einer bestimmten Referenzkurve 102, etwa der Mitte der benachbarten Fahrspur) vorgegeben werden. Die Referenz- bzw. Zieltrajektorie 103 kann derart in Abhängigkeit von Sensordaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren 111 des Fahrzeugs 100 ermittelt werden, dass durch eine Fahrt des Fahrzeug 100 entlang der Referenz- bzw. Zieltrajektorie 103 Kollisionen mit ein oder mehreren detektierten Umfeldobjekten (z.B. anderen Verkehrsteilnehmern, Fahrbahnrändern, etc.) vermieden werden. Die Zieltrajektorie 103 kann im Rahmen einer Trajektorienplanung ermittelt werden. 1 shows a vehicle 100 (represented by a rectangle), which is on a (uncurved) roadway 101 moves. To guide the vehicle 100 can be a reference or. Target trajectory 103 (relative to a specific reference curve 102 , roughly the middle of the adjacent lane). The reference or target trajectory 103 can in this way depending on sensor data from one or more environment sensors 111 of the vehicle 100 can be determined that by driving the vehicle 100 along the reference or target trajectory 103 Collisions with one or more detected objects in the vicinity (e.g. other Road users, lane edges, etc.) are avoided. The target trajectory 103 can be determined as part of a trajectory planning.

Aus 1 ist ersichtlich, dass durch die Referenz- bzw. Zieltrajektorie 103 eine bestimmte geplante Krümmung κ* vorgegeben wird, während die von dem Fahrzeug 100 tatsächlich gefahrene Trajektorie eine bestimmte gefahrene Ist-Krümmung κist aufweist. Ferner kann im Rahmen der Trajektorienplanung ein geplanter relativer Fahrrichtungswinkel θ r *

Figure DE102018125250B4_0001
und/oder eine geplante relative Querabweichung d r *
Figure DE102018125250B4_0002
relativ zu der Referenzkurve 102 ermittelt werden. Das Fahrzeug 100 kann abweichend dazu einen tatsächlichen bzw. aktuellen Fahrrichtungswinkel θr und/oder eine tatsächliche bzw. aktuelle relative Querabweichung dr aufweisen. Aufgabe der Trajektorienfolgeregelung ist es, die Abweichung zwischen der geplanten Zieltrajektorie 103 und der tatsächlich gefahrenen Trajektorie zu reduzieren, insbesondere zu minimieren. Zu diesem Zweck können im Rahmen der Trajektorienfolgeregelung der Regelfehler Δθ = θ r * θ r
Figure DE102018125250B4_0003
des relativen Fahrtrichtungswinkels und/oder der Regelfehler Δ d = d r *
Figure DE102018125250B4_0004
d r
Figure DE102018125250B4_0005
der relativen Querabweichung reduziert, insbesondere minimiert, werden.Out 1 it can be seen that through the reference or target trajectory 103 a certain planned curvature κ * is given while that of the vehicle 100 actually driven trajectory has a certain driven actual curvature κ ist . Furthermore, a planned relative angle of travel can be used as part of the trajectory planning θ r *
Figure DE102018125250B4_0001
and / or a planned relative lateral deviation d r *
Figure DE102018125250B4_0002
relative to the reference curve 102 be determined. The vehicle 100 can differ from this have an actual or current direction of travel angle θ r and / or an actual or current relative transverse deviation d r . The task of the trajectory sequence control is to determine the deviation between the planned target trajectory 103 and to reduce the trajectory actually driven, in particular to minimize it. For this purpose, the control error Δθ = θ r * - θ r
Figure DE102018125250B4_0003
the relative travel direction angle and / or the control error Δ d = d r * -
Figure DE102018125250B4_0004
d r
Figure DE102018125250B4_0005
the relative transverse deviation reduced, in particular minimized.

Das Fahrzeug 100 umfasst typischerweise zumindest eine Steuereinheit 110, die eingerichtet ist, auf Basis der Sensordaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren 111 eine Zieltrajektorie 103 zu ermitteln. Des Weiteren können auf Basis der Sensordaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren 111 und/oder auf Basis der Sensordaten von ein oder mehreren Fahrzeugsensoren (z.B. einem Geschwindigkeitssensor, einem Gierratensensor, einem Inertialsensor, etc.) die Ist-Werte der ein oder mehreren Zustandsgrößen (z.B. der tatsächliche bzw. aktuelle Fahrrichtungswinkel θr und/oder die tatsächliche bzw. aktuelle relative Querabweichung dr ) ermittelt werden. Außerdem kann auf Basis des Regelfehlers im Rahmen der Trajektorienfolgeregelung ein Wert einer Stellgröße (z.B. der Krümmung κsoll der von dem Fahrzeug 100 zu fahrenden Trajektorie) ermittelt werden. Eine Steuervorrichtung 112 (z.B. eine Antriebsvorrichtung, eine Bremsvorrichtung und/oder eine Lenkvorrichtung) des Fahrzeugs 100 kann dann in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße angesteuert werden, um eine automatisierte Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen.The vehicle 100 typically comprises at least one control unit 110 that is set up based on the sensor data of the one or more environment sensors 111 a target trajectory 103 to determine. Furthermore, based on the sensor data of the one or more environment sensors 111 and / or on the basis of the sensor data from one or more vehicle sensors (e.g. a speed sensor, a yaw rate sensor, an inertial sensor, etc.) the actual values of the one or more state variables (e.g. the actual or current driving direction angle θ r and / or the actual or current relative transverse deviation d r ) can be determined. In addition, on the basis of the control error within the trajectory tracking κ a value of a control variable (for example the curvature to that of the vehicle 100 to be driven trajectory) can be determined. A control device 112 (for example a drive device, a braking device and / or a steering device) of the vehicle 100 can then be controlled as a function of the determined value of the manipulated variable to provide automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle 100 to enable.

2a zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Trajektorienfolgereglers 200. In der Planungseinheit 202 können unter Berücksichtigung der aktuellen Referenz 201, 102 eine geplante Zieltrajektorie 103, insbesondere eine geplante Krümmung κ*, ein geplanter Fahrtrichtungswinkel θ r *

Figure DE102018125250B4_0006
und/oder eine geplante Querabweichung d r * ,
Figure DE102018125250B4_0007
ermittelt werden. In einer Vorsteuereinheit 203 kann eine Kompensation des zu regelnden Fahrzeugführungssystems 206 erfolgen. Zu diesem Zweck ist eine Inversion der Übertragungsstrecke Gcsm(s) des zu regelnden Fahrzeugführungssystems 206 erforderlich. Das Fahrzeugführungssystem 206 kann typischerweise durch ein PDT4-Übertragungsglied und mit ausreichender Genauigkeit durch ein Modell 3ter Ordnung modelliert und/oder approximiert werden. Um die Inversion eines solchen Modells zu ermöglichen, kann durch Verwendung eines Doppelintegrators die Nennerordnung des Modells erhöht, und das Modell dadurch invertierbar gemacht werden. Als Eingangsgröße der Vorsteuerreinheit 203 kann dann die zweite Ableitung der geplanten Krümmung κ*, d.h. der geplante Querruck κ̈*, betrachtet werden. Die Vorsteuereinheit 203 kann dann als Übertragungsfunktion eine Kombination aus einem Doppelintegrator und dem invertierten Modell (3ter Ordnung) von Gcsm(s) aufweisen. Durch die Vorsteuereinheit 203 wird ein Vorsteueranteil κν, der zu fahrenden (Soll-) Krümmung κsoll (d.h. der Stellgröße) bereitgestellt. Die Soll-Krümmung κsoll ergibt sich dabei aus dem Vorsteueranteil κν, und dem Regelungsanteil κr. 2a FIG. 10 shows a block diagram of an exemplary trajectory follower 200 . In the planning unit 202 can taking into account the current reference 201 , 102 a planned target trajectory 103 , in particular a planned curvature κ *, a planned travel direction angle θ r *
Figure DE102018125250B4_0006
and / or a planned transverse deviation d r * ,
Figure DE102018125250B4_0007
be determined. In a pilot control unit 203 can compensate the vehicle control system to be controlled 206 respectively. For this purpose, an inversion of the transmission path G csm (s) of the vehicle guidance system to be controlled is required 206 required. The vehicle guidance system 206 may typically through a pDT4-transmitting member and are modeled with sufficient accuracy by a model of order 3 and / or approximated. In order to enable the inversion of such a model, the denominator order of the model can be increased by using a double integrator, and the model can thereby be made invertible. As an input variable for the pilot control unit 203 the second derivative of the planned curvature κ *, ie the planned transverse jerk κ̈ *, can then be considered. The pilot control unit 203 may then have a transfer function of a combination of a double integrator, and the inverted model (3 th order) of csm G (s). Through the pilot control unit 203 a pre-control component κ ν , the (target) curvature κ to be driven (ie the manipulated variable) is provided. To the desired curvature κ there results from the pilot portion κ ν, and the control portion κ r.

Die Soll-Krümmung κsoll wird durch das Fahrzeugführungssystem 206 (das z.B. eine elektrische Servolenkung als Steuervorrichtung 112 umfasst) umgesetzt. Wie bereits oben dargelegt, kann das Fahrzeugführungssystem 206 durch ein CVM-Modell Gcsm(s) beschrieben werden. Dabei können (typischerweise unbekannte) Störungen zκ, auf die Krümmung einwirken (wie z.B. ein Seitenwind). Es ergibt sich als Ausgang des Fahrzeugführungssystems 206 die von dem Fahrzeug 100 tatsächlich gefahrene Ist-Krümmung κist. Mittels eines kinematischen Modells 207 zur Beschreibung der Fahrzeugquerbewegung Gkin(s) können aus der Ist-Krümmung κist der Ist-Fahrrichtungswinkel θr und/oder die Ist-Querabweichung dr ermittelt werden. Dabei können der Fahrrichtungswinkel θ und/oder die Querabweichung d jeweils als Zustandsgröße des Systemmodells des Fahrzeugs 100 betrachtet werden.The target curvature κ target is determined by the vehicle guidance system 206 (e.g. an electric power steering as a control device 112 includes) implemented. As already explained above, the vehicle guidance system 206 can be described by a CVM model G csm (s). Disturbances z κ (typically unknown) can act on the curvature (such as a cross wind, for example). It results as the output of the vehicle guidance system 206 those of the vehicle 100 actually traveled actual curvature is κ. Using a kinematic model 207 can describing the vehicle transverse movement kin G (s) from the actual curvature κ is the actual driving direction angle θ r and / or the actual lateral deviation d r are determined. The direction of travel angle θ and / or the transverse deviation d can each be used as a state variable of the system model of the vehicle 100 to be viewed as.

Das kinematische Modell 207 ist beispielhaft in 2b dargestellt. Dabei sind κref die Krümmung der Referenzkurve 102, θref der Fahrrichtungswinkel der Referenzkurve 102, ν die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100, 1 s

Figure DE102018125250B4_0008
ein (einfacher) Integrator und sin die Sinus-Funktion. Das CVM-Modell Gcsm(s) kann dabei in einen Anteil Geps(s) für die elektrische Servolenkung und einen Anteil Gfzg(s) für die Querdynamik des Fahrzeugs 100 aufgeteilt werden.The kinematic model 207 is exemplary in 2 B shown. Here, κ ref are the curvature of the reference curve 102 , θ ref is the driving direction angle of the reference curve 102 , ν is the driving speed of the vehicle 100 , 1 s
Figure DE102018125250B4_0008
a (simple) integrator and sin is the sine function. The CVM model G csm (s) can be used in a part G eps (s) for the electric power steering and a part G fzg (s) for the transverse dynamics of the vehicle 100 be divided.

Auf Basis der Regelfehler Δθ und Δd kann mittels eines Reglers 204, 205 der Regelungsanteil κr der Soll-Krümmung (d.h. der Stellgröße) ermittelt werden. Dabei kann in der Regelungseinheit 204 eine explizite modellprädiktive Regelung (EMPC) erfolgen. Die zur Durchführung einer derartigen Zustandsregelung erforderlichen Zustände bzw. Zustandskomponenten xΔcvm des zu regelnden Systems 206 können über eine Parallelmodelleinheit 205 aus dem Regelungsanteil κr ermittelt werden. Dabei entsprechen die Zustände bzw. Zustandskomponenten xΔcvm dem durch den Regelungsanteil κr der Soll-Krümmung bewirkten Zustandsanteil (was durch das Δ Symbol angezeigt werden soll). Des Weiteren kann in der Regelungseinheit 204 der Vorsteueranteil κν, der Soll-Krümmung berücksichtigt werden.On the basis of the control errors Δθ and Δd, a controller 204 , 205 the control component κ r of the target curvature (ie the manipulated variable) can be determined. This can be done in the control unit 204 an explicit model predictive control (EMPC) takes place. The states or state components x Δcvm of the system to be controlled that are required to carry out such a state control 206 can use a parallel model unit 205 can be determined from the control component κ r . The states or state components x Δcvm correspond to the state component caused by the control component κ r of the target curvature (which is to be indicated by the Δ symbol). Furthermore, in the control unit 204 the input control component κ ν , the target curvature must be taken into account.

Die Übertragungsfunktion Gcsm(s) des CVM-Modells (d.h. des Modells des Fahrzeugführungssystems 206) kann durch ein PDT4-Glied, d.h. durch ein Modell 4ter Ordnung, beschrieben werden. Es kann gezeigt werden, dass auch ein reduziertes Modell 3ter Ordnung weiterhin eine relativ gute Approximation der Übertragungsfunktion liefert. Diese Übertragungsfunktion für die Ordnung l = 3 kann wie folgt angegeben werden: G c v m l = 3 ( s ) = c 1 a 0 S + c 0 a 0 a 3 a 0 S 3 + a 2 a 0 S 2 + a 1 a 0 S + 1 .

Figure DE102018125250B4_0009
The transfer function G csm (s) of the CVM model (ie the model of the vehicle guidance system 206 ) Can be prepared by a pDT4 gate, ie ter by a model order 4 will be described. It can be shown that even a reduced model of order 3 further provides a relatively good approximation of the transfer function. This transfer function for the order l = 3 can be given as follows: G c v m l = 3 ( s ) = c 1 a 0 S. + c 0 a 0 a 3 a 0 S. 3 + a 2 a 0 S. 2 + a 1 a 0 S. + 1 .
Figure DE102018125250B4_0009

Dabei können die Werte der unterschiedlichen Parameter des Modells auf Basis von Messungen an einem bestimmten Fahrzeug 100 bzw. Fahrzeug-Typ ermittelt werden. Aus der o.g. Übertragungsfunktion ergibt sich eine Modellbeschreibung im (kontinuierlichen) Zustandsraum: x ˙ Δ c v m ( t ) = [ 0 1 0 0 0 1 a 0 a 1 a 2 ] A c v m l = 3 x Δ c v m ( t ) [ 0 0 1 ] B c v m l = 3 κ r ( t ) , κ Δ i s t ( t ) = [ c 0 c 1 c 2 ] C c v m l = 3 x Δ c v m ( t ) .

Figure DE102018125250B4_0010
The values of the different parameters of the model can be based on measurements on a specific vehicle 100 or vehicle type can be determined. A model description in the (continuous) state space results from the above transfer function: x ˙ Δ c v m ( t ) = [ 0 1 0 0 0 1 - a 0 - a 1 - a 2 ] A. c v m l = 3 x Δ c v m ( t ) [ 0 0 1 ] B. c v m l = 3 κ r ( t ) , κ Δ i s t ( t ) = [ c 0 c 1 c 2 ] C. c v m l = 3 x Δ c v m ( t ) .
Figure DE102018125250B4_0010

Dabei ist κΔist der durch den Regelungsanteil κr der Soll-Krümmung bewirkte Anteil der Ist-Krümmung κist. Die Matrix A c v m l = 3

Figure DE102018125250B4_0011
stellt die Systemmatrix des Systemmodells des Fahrzeugführungssystems 206 dar, der Vektor B c v m l = 3
Figure DE102018125250B4_0012
stellt den Eingangsvektor des Systemmodells des Fahrzeugführungssystems 206 dar, und der Vektor C c v m l = 3
Figure DE102018125250B4_0013
stellt den Ausgangsvektor des Systemmodells des Fahrzeugführungssystems 206 dar. Bei der o.g. Darstellung des Systemmodells handelt es sich um eine kontinuierliche Zustandsdarstellung, die durch bekannte Verfahren der Diskretisierung in eine zeitdiskrete (rekursive) Zustandsdarstellung überführt werden kann.Here, κ Δist by the control portion κ r is the desired curvature caused proportion of the actual curvature κ. The matrix A. c v m l = 3
Figure DE102018125250B4_0011
represents the system matrix of the system model of the vehicle guidance system 206 represent, the vector B. c v m l = 3
Figure DE102018125250B4_0012
represents the input vector of the system model of the vehicle guidance system 206 represent, and the vector C. c v m l = 3
Figure DE102018125250B4_0013
represents the output vector of the system model of the vehicle guidance system 206 The above representation of the system model is a continuous state representation which can be converted into a time-discrete (recursive) state representation using known discretization methods.

Anhand des o.g. Systemmodells (insbesondere anhand einer zeitdiskreten Version des Systemmodells) können innerhalb der Parallelmodelleinheit 205 die Zustände xΔcvm des zu regelnden Systems 206 an einer Sequenz von Zeitpunkten ermittelt werden.Using the above-mentioned system model (in particular using a time-discrete version of the system model), within the parallel model unit 205 the states x Δcvm of the system to be controlled 206 can be determined at a sequence of points in time.

Die Regelungseinheit 204 kann eingerichtet sein, eine modellprädiktive Regelung (englisch, model predictive control, MPC) durchzuführen. Die modellprädiktive Regelung ist ein digitaler Regelungsalgorithmus, bei dem ein zeitlicher Verlauf der Stellgröße (z.B. des Regelungsanteils κr der Soll-Krümmung) durch Lösen eines Optimierungsproblems ermittelt wird. Die Optimierung basiert auf einem Systemmodell, das die Streckendynamik beschreibt, sodass der zeitliche Verlauf der ein oder mehreren Systemzustände bzw. Zustandskomponenten in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Stellgrößen vorhergesagt werden kann.The control unit 204 can be set up to carry out a model predictive control (MPC). The model predictive control is a digital control algorithm in which a time course of the manipulated variable (eg the control component κ r of the target curvature) is determined by solving an optimization problem. The optimization is based on a system model that describes the system dynamics so that the time course of the one or more system states or state components can be predicted as a function of a time course of the manipulated variables.

Welche Zustandsverläufe dabei optimal sind, wird im Allgemeinen anhand eines linearen oder quadratischen Gütekriteriums definiert und in einem Kostenfunktional festgehalten. Um die optimale Stellgrößenfolge zu berechnen, wird das formulierte Kostenfunktional für einen endlichen Prädiktionshorizont (von N Zeitschritten) mit numerischen Optimierungsverfahren minimiert. Das System wird dabei ausgehend von einem Anfangszustand in einen gewünschten Endzustand überführt (der sich z.B. aus der Referenz- bzw. Zieltrajektorie 103) ergibt.Which state curves are optimal is generally defined using a linear or quadratic quality criterion and recorded in a cost function. To the optimal To calculate the sequence of manipulated variables, the formulated cost-functional for a finite prediction horizon (of N time steps) is minimized using numerical optimization methods. The system is transferred from an initial state to a desired final state (which is derived from the reference or target trajectory, for example 103 ) results.

Die Idee der modellprädiktiven Regelung besteht darin, das Optimierungsproblem zyklisch auf einem fortschreitenden Horizont zu lösen. Dabei wird in jedem Zeitschritt k typischerweise ausschließlich das erste Intervall der Stellgrößenfolge als Stellgröße zur Steuerung des Systems verwendet. Die Stellgröße im darauffolgenden Zeitschritt k + 1 wird unter Berücksichtigung der gemessenen Zustandsrückführung (Ausgangszustand) neu berechnet. Die fortlaufende Optimierung zur Laufzeit bietet die Möglichkeit, durch Anpassungen des Prädiktionsmodells auf Parameterschwankungen bzw. auf ein nichtlineares zeitvariantes Verhalten der Regelstrecke zu reagieren.The idea of model predictive control is to solve the optimization problem cyclically on a progressive horizon. In each time step k, only the first interval of the manipulated variable sequence is typically used as the manipulated variable for controlling the system. The manipulated variable in the subsequent time step k + 1 is recalculated taking into account the measured state feedback (initial state). The continuous optimization during runtime offers the possibility of reacting to parameter fluctuations or to a non-linear time-variant behavior of the controlled system by adapting the prediction model.

Ein weiterer Vorteil der MPC ist die Fähigkeit, physikalische und/oder leistungsorientierte Beschränkungen der Regelstrecke zu berücksichtigen. Zum einen kann eine Begrenzung der Stellgröße in die Regelungsaufgabe einbezogen werden. Zum anderen ist es möglich, durch die Beschränkung von ein oder mehreren Systemzuständen bzw. Zustandskomponenten unerwünschtes Überschwingen zu unterbinden und/oder sicherheitskritische Zustände zu vermeiden.Another advantage of the MPC is the ability to take physical and / or performance-related restrictions of the controlled system into account. On the one hand, a limitation of the manipulated variable can be included in the control task. On the other hand, by restricting one or more system states or state components, it is possible to prevent undesired overshoots and / or to avoid safety-critical states.

Aufgrund der Tatsache, dass bei einer modellprädiktiven Regelung die Stellgröße über eine Optimierung ermittelt wird, fällt zur Laufzeit ein relativ hoher Rechenaufwand an. Um diesen Rechenaufwand zu reduzieren wird in der Regelungseinheit 204 bevorzugt eine explizite modellprädiktive Regelung verwendet.Due to the fact that in a model predictive control the manipulated variable is determined via an optimization, a relatively high computational effort arises at runtime. In order to reduce this computational effort, the control unit 204 preferably an explicit model predictive control is used.

Ein beispielhaftes Kostenfunktional für eine modellprädiktive Regelung ist J ( x ( 0 ) , U ) = k = 0 N x ( k ) T Qx ( k ) + k = 0 N 1 u ( k ) T R u ( k )

Figure DE102018125250B4_0014
wobei U ein Vektor der zu ermittelnden Stellgrößenfolge u(k) für k = 0, ... , N - 1, ist, wobei x(k) der Systemzustand zum Zeitpunkt k ist, und wobei x(0) der Anfangszustand ist, und wobei Q und R eine Wichtungsmatrix bzw. ein Wichtungsskalar sind. Der Systemzustand x(k) umfasst typischerweise eine Vielzahl von Zustandskomponenten. Die Systemdynamik des Gesamtmodells und der Anfangszustand können durch eine zeitdiskrete Zustandsdarstellung wie folgt beschrieben werden x ( k + 1 ) = Ax ( k ) ) + B u ( k ) ,   n × n ,   n , x ( 0 ) = x 0 ,
Figure DE102018125250B4_0015
und das Kostenfunktional kann in Abhängigkeit von Beschränkungen für die Stellgröße und/oder für die einzelnen Zustandskomponenten optimiert, insbesondere minimiert, werden, u m i n u ( k ) u m a x , k = 0, , N 1 x m i n x ( k ) x m a x , k = 1, , N .
Figure DE102018125250B4_0016
An exemplary cost functional for a model predictive control is J ( x ( 0 ) , U ) = k = 0 N x ( k ) T Qx ( k ) + k = 0 N - 1 u ( k ) T R. u ( k )
Figure DE102018125250B4_0014
where U is a vector of the manipulated variable sequence u (k) to be determined for k = 0, ..., N - 1, where x (k) is the system state at time k, and where x (0) is the initial state, and where Q and R are a weighting matrix and a weighting scalar, respectively. The system state x (k) typically comprises a large number of state components. The system dynamics of the overall model and the initial state can be described using a discrete-time state representation as follows x ( k + 1 ) = Ax ( k ) ) + B. u ( k ) , A. n × n , B. n , x ( 0 ) = x 0 ,
Figure DE102018125250B4_0015
and the cost-functional can be optimized, in particular minimized, depending on restrictions for the manipulated variable and / or for the individual state components, u m i n u ( k ) u m a x , k = 0, ... , N - 1 x m i n x ( k ) x m a x , k = 1, ... , N .
Figure DE102018125250B4_0016

Bei der modellprädiktiven Regelung kann das o.g. linear-quadratische Optimierungsproblem online gelöst werden, um ausgehend von einem gemessenen Anfangszustand x(0) eine optimale Stellgrößenfolge U und insbesondere einen optimalen zu verwendenden Wert u(0) der Stellgröße zu ermitteln. Durch den relativ hohen Rechenaufwand zur Laufzeit ist der Einsatz insbesondere für die Regelung eines Fahrzeugführungssystems 206, bei dem die Lösung in relativ kurzer Zeit (z.B. in wenigen Millisekunden) ermittelt werden muss, begrenzt.With model predictive control, the above-mentioned linear-quadratic optimization problem can be solved online in order to determine an optimal manipulated variable sequence U and in particular an optimal value u (0) of the manipulated variable to be used based on a measured initial state x (0). Due to the relatively high computing effort during runtime, it is used in particular for regulating a vehicle guidance system 206 , in which the solution has to be determined in a relatively short time (e.g. in a few milliseconds).

Für die Regelung linearer zeitinvarianter Systeme mit (zeitlich) konstanten Beschränkungen lässt sich durch einen expliziten Entwurf der modellprädiktiven Regelung der Rechenaufwand während des Betriebs eines Fahrzeugs 100 deutlich reduzieren, ohne dass auf die positiven Eigenschaften der modellprädiktiven Regelung verzichtet werden muss. Der Hauptgedanke der expliziten modellprädiktiven Regelung besteht darin, das quadratische Programm als multiparametrisches quadratisches Programm zu formulieren, um dieses mit Methoden der multiparametrischen (MP) Optimierung bereits im Vorfeld offline zu lösen. Wird davon ausgegangen, dass die möglichen Anfangszustände x(0) in einem festgelegten Wertebereich liegen, so können diese als freie parametrische Variablen in einem MP-Optimierungsproblem definiert werden. Demzufolge wird durch die Optimierung das Minimum des quadratischen Kostenfunktionals bzw. die optimale Stellgröße u(0) in Abhängigkeit des festgelegten Wertebereichs von Anfangszuständen x(0) vorberechnet.For the control of linear time-invariant systems with (time) constant restrictions, the computational effort during the operation of a vehicle can be reduced by an explicit design of the model predictive control 100 can be significantly reduced without having to forego the positive properties of model predictive control. The main idea of the explicit model predictive control is to formulate the quadratic program as a multiparametric quadratic program in order to solve this offline in advance using methods of multiparametric (MP) optimization. If it is assumed that the possible initial states x (0) lie in a specified range of values, then these can be defined as free parametric variables in an MP optimization problem. As a result, will The optimization precalculates the minimum of the quadratic cost function or the optimal manipulated variable u (0) depending on the specified range of values of the initial states x (0).

Dabei wird mithilfe der sogenannten KKT (Karush-Kuhn-Tucker)-Optimalitätsbedingungen eine stückweise affine Funktion entwickelt, die über polyhedrische Partitionen des zulässigen Zustandsraumes definiert ist. Der zur Laufzeit anfallende Rechenaufwand wird dadurch, ähnlich wie bei einer Lookup-Tabelle, auf einen Mengenzugehörigkeitstest reduziert, sodass die Regelung auf Steuergeräten 110 eines Fahrzeugs 100 in Echtzeit ausgeführt werden kann.With the help of the so-called KKT (Karush-Kuhn-Tucker) optimality conditions, a piecewise affine function is developed, which is defined by polyhedral partitions of the permissible state space. The computational effort that arises during runtime is reduced to a quantity affiliation test, similar to a lookup table, so that control is carried out on control units 110 of a vehicle 100 can be executed in real time.

Die Komplexität der expliziten MPC bzw. der affinen Funktion ist von der verwendeten Systemordnung des Systemmodells und dem Optimierungshorizont N abhängig. Mit jeder System ordnung steigt die Dimensionalität der Polyeder, während die Anzahl der Partitionen in der Regel exponentiell mit der Länge des Optimierungshorizonts N ansteigt.The complexity of the explicit MPC or the affine function depends on the system order used in the system model and the optimization horizon N. The dimensionality of the polyhedra increases with every system order, while the number of partitions usually increases exponentially with the length of the optimization horizon N.

Es kann gezeigt werden, dass das o.g. Optimierungsproblem in folgendes multiparametrisches Optimierungsproblem überführt werden kann, J * ( x ( 0 ) ) = min z 1 2 z T Hz                   uBv . Gz W + Sx ( 0 ) .

Figure DE102018125250B4_0017
Dabei repräsentiert z die oben genannte stückweise affine Funktion, die im Zuge der Optimierung über polyhedrische Partitionen definiert wird. „uBv.“ steht für „unter der Bedingung von“. Insbesondere gilt z = ^ U + H 1 F T x ( 0 ) und S = ^ E + GH 1 F T
Figure DE102018125250B4_0018
mit H = B T Q B , F = A T Q B , Y = A T Q A
Figure DE102018125250B4_0019
sowie G = [ I n N B I n N B I N I N ] , W= [ X m a x X m i n U m a x U m i n ] , E= [ I n N A I n N A 0 0 ] .
Figure DE102018125250B4_0020
It can be shown that the above mentioned optimization problem can be converted into the following multiparametric optimization problem, J * ( x ( 0 ) ) = min z 1 2 z T Hz uBv . Gz W. + Sx ( 0 ) .
Figure DE102018125250B4_0017
Here, z represents the piecewise affine function mentioned above, which is defined in the course of the optimization using polyhedral partitions. "UBv." Stands for "on condition of". In particular, z = ^ U + H - 1 F. T x ( 0 ) and S. = ^ E. + GH - 1 F. T
Figure DE102018125250B4_0018
With H = B. T Q B. , F. = A. T Q B. , Y = A. T Q A.
Figure DE102018125250B4_0019
as G = [ I. n N B. - I. n N B. I. N - I. N ] , W = [ X m a x - X m i n U m a x - U m i n ] , E = [ - I. n N A. I. n N A. 0 0 ] .
Figure DE102018125250B4_0020

Des Weiteren gilt [ x ( 1 ) x ( 2 ) x ( N ) ] X = [ A A 2 A N ] A x ( 0 ) + [ B 0 0 AB B 0 A N 1 B AB B ] B [ u ( 0 ) u ( 1 ) u ( N 1 ) ] U

Figure DE102018125250B4_0021
und für die Beschränkungen der Stellgröße U m i n = [ u m i n ( 0 ) , , u m i n ( N 1 ) ] T , U m a x = [ u m a x ( 0 ) , , u m a x ( N 1 ) ] T
Figure DE102018125250B4_0022
sowie für die Beschränkungen der einzelnen Zustandskomponenten X m i n = [ x m i n ( 1 ) , , x m i n ( N ) ] T , X m a x = [ x m a x ( 1 ) , , x m a x ( N ) ] T
Figure DE102018125250B4_0023
Des Weiteren sind IN und InN Einheitsmatrizen der Größe N bzw. nN, wobei n die Systemordnung des Gesamtmodells (d.h. die Anzahl der Zustandskomponenten) ist.Furthermore applies [ x ( 1 ) x ( 2 ) x ( N ) ] X = [ A. A. 2 A. N ] A. x ( 0 ) + [ B. 0 ... 0 FROM B. ... 0 A. N - 1 B. ... FROM B. ] B. [ u ( 0 ) u ( 1 ) u ( N - 1 ) ] U
Figure DE102018125250B4_0021
and for the restrictions of the manipulated variable U m i n = [ u m i n ( 0 ) , ... , u m i n ( N - 1 ) ] T , U m a x = [ u m a x ( 0 ) , ... , u m a x ( N - 1 ) ] T
Figure DE102018125250B4_0022
as well as for the limitations of the individual state components X m i n = [ x m i n ( 1 ) , ... , x m i n ( N ) ] T , X m a x = [ x m a x ( 1 ) , ... , x m a x ( N ) ] T
Figure DE102018125250B4_0023
Furthermore, I N and I nN are unit matrices of size N and nN, respectively, where n is the system order of the overall model (ie the number of state components).

Unter der Voraussetzung, dass das betrachtete Gesamtmodell und die Beschränkunken zeitinvariant sind, kann somit das o.g. multiparametrische Optimierungsproblem für unterschiedliche Anfangszustände x(0) gelöst werden, um eine stückweise affine Funktion zu ermitteln, die für unterschiedliche Anfangszustände x(0) jeweils einen Wert der Stellgröße u(0) anzeigt.Provided that the overall model under consideration and the constraints are time-invariant, the above-mentioned multiparametric optimization problem for different initial states x (0) can be solved in order to determine a piece-wise affine function, which shows a value of the manipulated variable u (0) for different initial states x (0).

Für ein vereinfachtes Gesamtmodell mit den Zuständen bzw. Zustandskomponenten Querabweichung Δd und Kurswinkelfehler Δθ kann die in 3 dargestellte stückweise affine Funktion 300 ermittelt werden. Wie aus 3 ersichtlich, kann aus dem Anfangszustand x(0) in Bezug auf die Querabweichung Δd und Kurswinkelfehler Δθ („theta“) direkt die Krümmung κ („kappa“) als Funktionswert ermittelt werden.For a simplified overall model with the states or state components lateral deviation Δd and course angle error Δθ, the in 3 shown piecewise affine function 300 be determined. How out 3 As can be seen, the curvature κ (“kappa”) can be determined directly as a functional value from the initial state x (0) in relation to the lateral deviation Δd and course angle error Δθ (“theta”).

Weiter oben wurde bereits eine Beschreibung des CVM-Modells im Zustandsraum angegeben. Zur Prädiktion der relativen Fahrzeugbewegung entlang einer vorgegebenen Trajektorie, kann das CVM-Modell mit den Zuständen bzw. Zustandskomponenten xΔcvm um die Zustände bzw. Zustandskomponenten der Querabweichung Δd(t) und des Kurswinkelfehlers Δθ(t) erweitert werden. Dabei gilt (wie aus 2b ersichtlich) Δ d ˙ ( t ) = v ( t ) s i n ( Δ θ ( t ) ) , und Δ θ ˙ ( t ) = v ( t ) κ Δ i s t ( t ) .

Figure DE102018125250B4_0024
Unter Berücksichtigung der Linearisierung der Sinus-Funktion für relativ kleine Werte von Δθ(t) ergibt sich daraus das lineare zeitvariante System [ Δ d ˙ ( t ) Δ θ ˙ ( t ) ] = [ 0 v ( t ) 0 0 ] A k i n ( t ) [ Δ d ( t ) Δ θ ( t ) ] x Δ k i n ( t ) + [ 0 v ( t ) ] B k i n ( t ) κ Δ i s t ( t )
Figure DE102018125250B4_0025
und zusammengefasst für das Gesamtsystem bzw. für das Gesamtmodell (in kontinuierlicher Zustandsdarstellung) [ x ˙ Δ k i n ( t ) x ˙ Δ c v m ( t ) ] = [ A k i n ( t ) B k i n ( t ) C c v m          0           A c v m ] A g e s ( t ) [ x Δ k i n ( t ) x Δ c v m ( t ) ] x Δ g e s ( t ) + [ 0 B c v m ] B g e s ( t ) κ r ( t )
Figure DE102018125250B4_0026
Dieses Gesamtmodell ist aufgrund der Abhängigkeit von der (typischerweise nicht konstanten) Fahrgeschwindigkeit ν(t) zeitvariant. Um ein zeitinvariantes Gesamtsystem bereitzustellen, kann anstelle der Krümmung κr(t) die mit der Fahrgeschwindigkeit ν(t) multiplizierte Krümmung κr(t), d.h. κ ˜ r ( t ) = κ r ( t ) v ( t )
Figure DE102018125250B4_0027
betrachtet werden. Die modifizierte Stellgröße κ̃r(t) des modifizierten Reglers kann als (zeitlicher Verlauf der) Gierrate betrachtet werden. Außerhalb der Regelung kann dann durch Rücksubstitution auf Basis der ermittelten modifizierten Stellgröße κ̃r(t) und auf Basis der Fahrgeschwindigkeit ν(t) der Regelungsanteil κr(t) der Soll-Krümmung κsoll(t) ermittelt werden.A description of the CVM model in the state space has already been given above. To predict the relative vehicle movement along a given trajectory, the CVM model with the states or state components x Δcvm can be expanded to include the states or state components of the lateral deviation Δd (t) and the heading angle error Δθ (t). The following applies here (as in 2 B visible) Δ d ˙ ( t ) = v ( t ) s i n ( Δ θ ( t ) ) , and Δ θ ˙ ( t ) = v ( t ) κ Δ i s t ( t ) .
Figure DE102018125250B4_0024
Taking into account the linearization of the sine function for relatively small values of Δθ (t), the linear time-variant system results [ Δ d ˙ ( t ) Δ θ ˙ ( t ) ] = [ 0 v ( t ) 0 0 ] A. k i n ( t ) [ Δ d ( t ) Δ θ ( t ) ] x Δ k i n ( t ) + [ 0 v ( t ) ] B. k i n ( t ) κ Δ i s t ( t )
Figure DE102018125250B4_0025
and summarized for the overall system or for the overall model (in continuous status display) [ x ˙ Δ k i n ( t ) x ˙ Δ c v m ( t ) ] = [ A. k i n ( t ) B. k i n ( t ) C. c v m 0 A. c v m ] A. G e s ( t ) [ x Δ k i n ( t ) x Δ c v m ( t ) ] x Δ G e s ( t ) + [ 0 B. c v m ] B. G e s ( t ) κ r ( t )
Figure DE102018125250B4_0026
This overall model is time-variant due to the dependence on the (typically not constant) driving speed ν (t). In order to provide a time-invariant overall system, instead of the curvature κ r (t), the curvature κ r (t) multiplied by the driving speed ν (t), ie κ ˜ r ( t ) = κ r ( t ) v ( t )
Figure DE102018125250B4_0027
to be viewed as. The modified manipulated variable κ̃ r (t) of the modified controller can be viewed as the (time course of) yaw rate. Outside the control can then be back-substitution based on the determined modified manipulated variable κ r (t) and on the basis of the vehicle speed ν (t) of the control portion κ r (t) of the target curvature to κ (t) are determined.

Des Weiteren kann anstelle der Querabweichung Δd(t) der modifizierte Zustand bzw. die modifizierte Zustandskomponente Δd̃(t), mit Δ d ˜ ( t ) = Δ d ( t ) / v ( t )

Figure DE102018125250B4_0028
betrachtet werden. Es ergibt sich dann das zeitinvariante modifizierte Gesamtmodell (in kontinuierlicher Zustandsdarstellung) [ Δ d ˜ ˙ ( t ) Δ θ ˙ ( t ) x ˙ Δ c v m ( t ) ] = [ [ 0 1 0 0 ] [ 0 1 ] C c v m l 0 0 A c v m l ] A ¯ g e s [ Δ d ˜ ( t ) Δ θ ( t ) x Δ c v m ( t ) ] x ¯ Δ g e s ( t ) + [ 0 0 B c v m l ] B g e s κ ˜ r ( t )
Figure DE102018125250B4_0029
Furthermore, instead of the transverse deviation Δd (t), the modified state or the modified state component Δd̃ (t), with Δ d ˜ ( t ) = Δ d ( t ) / v ( t )
Figure DE102018125250B4_0028
to be viewed as. The result is the time-invariant modified overall model (in a continuous representation of the state) [ Δ d ˜ ˙ ( t ) Δ θ ˙ ( t ) x ˙ Δ c v m ( t ) ] = [ [ 0 1 0 0 ] [ 0 1 ] C. c v m l 0 0 A. c v m l ] A. ¯ G e s [ Δ d ˜ ( t ) Δ θ ( t ) x Δ c v m ( t ) ] x ¯ Δ G e s ( t ) + [ 0 0 B. c v m l ] B. G e s κ ˜ r ( t )
Figure DE102018125250B4_0029

Wie bereits oben dargelegt, kann das o.g. Gesamtmodell durch Diskretisierung in ein (rekursives) zeitdiskretes Gesamtmodell überführt werden.As already explained above, the o.g. The overall model can be converted into a (recursive) time-discrete overall model through discretization.

Die 4a und 4b zeigen den ursprünglichen Regler (mit einem zeitvarianten Gesamtmodell) und den modifizierten Regler (mit einem zeitinvarianten Gesamtmodell).The 4a and 4b show the original controller (with a time-variant overall model) and the modified controller (with a time-invariant overall model).

Die von einem Fahrzeug 100 umsetzbare Krümmung hängt typischerweise von einem beschränkten Lenkwinkelbereich des Fahrzeugs 100 und der maximal realisierbaren Querbeschleunigung des Fahrzeugs 100 ab. Die maximal realisierbare Querbeschleunigung hängt wiederum von der Fahrgeschwindigkeit v(k) des Fahrzeugs 100 an einem Zeitpunkt k ab. Für den maximal bzw. minimal zulässigen Regelungsanteil der Soll-Krümmung (d.h. der zu ermittelten Stellgröße) gilt somit: κ r m a x ( k ) = κ s o l l m a x ( k ) κ v ( k )   bzw . κ r m i n ( k ) = κ s o l l m i n ( k ) κ v ( k ) .

Figure DE102018125250B4_0030
Dabei sind κ s o l l m a x ( t ) bzw . κ s o l l m i n ( t )
Figure DE102018125250B4_0031
Grenzwerte für die zulässige (gesamte) Soll-Krümmung.The one from a vehicle 100 convertible curvature typically depends on a limited steering angle range of the vehicle 100 and the maximum realizable transverse acceleration of the vehicle 100 from. The maximum transverse acceleration that can be achieved depends in turn on the driving speed v (k) of the vehicle 100 at a point in time k. For the maximum or minimum permissible control component of the set curvature (i.e. the manipulated variable to be determined), the following applies: κ r m a x ( k ) = κ s O l l m a x ( k ) - κ v ( k ) or . κ r m i n ( k ) = κ s O l l m i n ( k ) - κ v ( k ) .
Figure DE102018125250B4_0030
Are there κ s O l l m a x ( t ) or . κ s O l l m i n ( t )
Figure DE102018125250B4_0031
Limit values for the permissible (total) nominal curvature.

Auf der Zustandsseite ist typischerweise die zulässige maximale (d.h. linksseitige) Querabweichung bzw. minimale (d.h. rechtsseitige) Querabweichung aufgrund von sich ändernden Situationen im Umfeld des Fahrzeugs 100 zeitlich variabel, d.h. Δ d m a x ( k )  bzw Δ d m i n ( k )

Figure DE102018125250B4_0032
Für die oben definierten modifizierten Größen ergibt sich κ ˜ r m a x ( k ) = κ r m a x ( k ) ν ( k )  bzw κ ˜ r m i n ( k ) = κ r m i n ( k ) ν ( k )
Figure DE102018125250B4_0033
Δ d ˜ m a x ( k ) = Δ d m a x ( k ) / ν ( k ) ,     Δ d ˜ m i n ( k ) = Δ d m i n ( k ) / ν ( k )
Figure DE102018125250B4_0034
Somit ergibt sich für die zu berücksichtigenden Nebenbedingungen bzw. Beschränkungen κ ˜ m i n ( k ) κ ˜ r ( k ) κ ˜ m a x ( k ) , k = 0 , , N 1,
Figure DE102018125250B4_0035
w m i n Δ c v m x Δ c v m ( k ) w m a x Δ c v m ,
Figure DE102018125250B4_0036
Δ θ m i n Δ θ ( k ) Δ θ m a x ,
Figure DE102018125250B4_0037
Δ d ˜ m i n ( k ) Δ d ˜ ( k ) Δ d ˜ m a x ( k ) , k = 0, , N .
Figure DE102018125250B4_0038
Dabei beschreiben die konstanten Vektoren w m a x Δ c v m l  und  w m i n Δ c v m l
Figure DE102018125250B4_0039
(zeitlich konstante) Beschränkungen für die Zustände bzw. Zustandskomponenten xΔcvm des CVM-Modells.On the status side, there is typically the permissible maximum (ie left-hand) transverse deviation or minimum (ie right-hand) transverse deviation due to changing situations in the vicinity of the vehicle 100 variable over time, ie Δ d m a x ( k ) or . Δ d m i n ( k )
Figure DE102018125250B4_0032
For the modified quantities defined above, this results κ ˜ r m a x ( k ) = κ r m a x ( k ) ν ( k ) or . κ ˜ r m i n ( k ) = κ r m i n ( k ) ν ( k )
Figure DE102018125250B4_0033
Δ d ˜ m a x ( k ) = Δ d m a x ( k ) / ν ( k ) , Δ d ˜ m i n ( k ) = Δ d m i n ( k ) / ν ( k )
Figure DE102018125250B4_0034
This results in the secondary conditions or restrictions to be taken into account κ ˜ m i n ( k ) κ ˜ r ( k ) κ ˜ m a x ( k ) , k = 0 , ... , N - 1,
Figure DE102018125250B4_0035
w m i n Δ c v m x Δ c v m ( k ) w m a x Δ c v m ,
Figure DE102018125250B4_0036
Δ θ m i n Δ θ ( k ) Δ θ m a x ,
Figure DE102018125250B4_0037
Δ d ˜ m i n ( k ) Δ d ˜ ( k ) Δ d ˜ m a x ( k ) , k = 0, ... , N .
Figure DE102018125250B4_0038
Describe the constant vectors w m a x Δ c v m l and w m i n Δ c v m l
Figure DE102018125250B4_0039
Restrictions (constant over time) for the states or state components x Δcvm of the CVM model.

Die zeitlich veränderlichen Beschränkungen können durch eine Funktion mit ein oder mehreren Funktionsparametern approximiert werden. Insbesondere können die zeitlich veränderlichen Beschränkungen jeweils durch eine lineare Funktion approximiert werden. Die Approximation kann dabei derart erfolgen, dass die Approximation immer einschränkender und/oder zumindest nicht weniger einschränkend ist als die ursprüngliche zeitlich veränderliche Beschränkung.The time-varying restrictions can be approximated by a function with one or more function parameters. In particular, the time-varying restrictions can each be approximated by a linear function. The approximation can take place in such a way that the approximation is always more restrictive and / or at least not less restrictive than the original time-variable restriction.

5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Beschränkung 503 einer Variable 502 (z.B. einer Stellgröße oder einer Zustandskomponente) als Funktion der Zeit 501. Des Weiteren zeigt 5 die Approximation 504 der Beschränkung 503 durch eine lineare Funktion. 5 shows the time course of the restriction 503 a variable 502 (e.g. a manipulated variable or a status component) as a function of time 501 . Furthermore shows 5 the approximation 504 the restriction 503 by a linear function.

Bei Verwendung einer linearen Approximation ergibt sich für die vorliegenden Variablen 502 (d.h. für die modifizierte Zustandskomponente und für die modifizierte Stellgröße) Δ d ˜ m i n ( k ) Δ d ˜ m i n 0 + Δ d ˜ m i n m k , Δ d ˜ m a x ( k ) Δ d ˜ m a x 0 + Δ d ˜ m a x m k ,

Figure DE102018125250B4_0040
κ ˜ m i n ( k ) κ ˜ m i n 0 + κ ˜ m i n m k , κ ˜ m a x ( k ) κ ˜ m a x 0 + κ ˜ m a x m k ,
Figure DE102018125250B4_0041
mit κ ˜ m i n 0 = κ ˜ m i n ( 0 ) κ ˜ m a x 0 = κ ˜ m a x ( 0 ) ,
Figure DE102018125250B4_0042
Δ d ˜ m i n 0 = Δ d ˜ m i n ( 0 ) Δ d ˜ m a x 0 = Δ d ˜ m a x ( 0 ) .
Figure DE102018125250B4_0043
Für die Steigungen ergibt sich κ ˜ m i n m = m a x ( { κ ˜ m i n ( 1 ) κ ˜ m i n 0 1 , κ ˜ m i n ( 2 ) κ ˜ m i n 0 2 , , κ ˜ m i n ( N 1 ) κ ˜ m i n 0 N 1 } ) ,
Figure DE102018125250B4_0044
κ ˜ m a x m = m i n ( { κ ˜ m a x ( 1 ) κ ˜ m a x 0 1 , κ ˜ m a x ( 2 ) κ ˜ m a x 0 2 , , κ ˜ m a x ( N 1 ) Δ d ˜ m a x 0 N 1 } )
Figure DE102018125250B4_0045
sowie Δ d ˜ m i n m = m a x ( { Δ d ˜ m i n ( 1 ) Δ d ˜ m i n 0 1 , Δ d ˜ m i n ( 2 ) Δ d ˜ m i n 0 2 , , Δ d ˜ m i n ( N ) Δ d ˜ m i n 0 N } ) ,
Figure DE102018125250B4_0046
Δ d ˜ m a x m = m i n ( { Δ d ˜ m a x ( 1 ) Δ d ˜ m a x 0 1 , Δ d ˜ m a x ( 2 ) Δ d ˜ m a x 0 2 , , Δ d ˜ m a x ( N ) Δ d ˜ m a x 0 N } ) .
Figure DE102018125250B4_0047
Die approximierten, zeitlich veränderlichen Beschränkungen können in Zustandsform beschrieben und dadurch in dem Gesamt-Zustandsmodell berücksichtigt werden, [ [ Δ d ˜ m a x ( k + 1 ) m d ˜ m a x ( k + 1 ) Δ d ˜ m i n ( k + 1 ) m d ˜ m i n ( k + 1 ) κ ˜ m a x ( k + 1 ) m κ ˜ m a x ( k + 1 ) κ ˜ m i n ( k + 1 ) m κ ˜ m i n ( k + 1 ) ] x a ( k + 1 ) = [ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 ] A a [ Δ d ˜ m a x ( k ) m d ˜ m a x ( k ) Δ d ˜ m i n ( k ) m d ˜ m i n ( k ) κ ˜ m a x ( k ) m κ ˜ m a x ( k ) κ ˜ m i n ( k ) m κ ˜ m i n ( k ) ] x a ( k ) ]
Figure DE102018125250B4_0048
If a linear approximation is used, this results in 502 (ie for the modified state component and for the modified manipulated variable) Δ d ˜ m i n ( k ) Δ d ˜ m i n 0 + Δ d ˜ m i n m k , Δ d ˜ m a x ( k ) Δ d ˜ m a x 0 + Δ d ˜ m a x m k ,
Figure DE102018125250B4_0040
κ ˜ m i n ( k ) κ ˜ m i n 0 + κ ˜ m i n m k , κ ˜ m a x ( k ) κ ˜ m a x 0 + κ ˜ m a x m k ,
Figure DE102018125250B4_0041
With κ ˜ m i n 0 = κ ˜ m i n ( 0 ) κ ˜ m a x 0 = κ ˜ m a x ( 0 ) ,
Figure DE102018125250B4_0042
Δ d ˜ m i n 0 = Δ d ˜ m i n ( 0 ) Δ d ˜ m a x 0 = Δ d ˜ m a x ( 0 ) .
Figure DE102018125250B4_0043
For the slopes results κ ˜ m i n m = m a x ( { κ ˜ m i n ( 1 ) - κ ˜ m i n 0 1 , κ ˜ m i n ( 2 ) - κ ˜ m i n 0 2 , ... , κ ˜ m i n ( N - 1 ) - κ ˜ m i n 0 N - 1 } ) ,
Figure DE102018125250B4_0044
κ ˜ m a x m = m i n ( { κ ˜ m a x ( 1 ) - κ ˜ m a x 0 1 , κ ˜ m a x ( 2 ) - κ ˜ m a x 0 2 , ... , κ ˜ m a x ( N - 1 ) - Δ d ˜ m a x 0 N - 1 } )
Figure DE102018125250B4_0045
as Δ d ˜ m i n m = m a x ( { Δ d ˜ m i n ( 1 ) - Δ d ˜ m i n 0 1 , Δ d ˜ m i n ( 2 ) - Δ d ˜ m i n 0 2 , ... , Δ d ˜ m i n ( N ) - Δ d ˜ m i n 0 N } ) ,
Figure DE102018125250B4_0046
Δ d ˜ m a x m = m i n ( { Δ d ˜ m a x ( 1 ) - Δ d ˜ m a x 0 1 , Δ d ˜ m a x ( 2 ) - Δ d ˜ m a x 0 2 , ... , Δ d ˜ m a x ( N ) - Δ d ˜ m a x 0 N } ) .
Figure DE102018125250B4_0047
The approximated, temporally variable restrictions can be described in state form and thus taken into account in the overall state model, [ [ Δ d ˜ m a x ( k + 1 ) m d ˜ m a x ( k + 1 ) Δ d ˜ m i n ( k + 1 ) m d ˜ m i n ( k + 1 ) κ ˜ m a x ( k + 1 ) m κ ˜ m a x ( k + 1 ) κ ˜ m i n ( k + 1 ) m κ ˜ m i n ( k + 1 ) ] x a ( k + 1 ) = [ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 ] A. a [ Δ d ˜ m a x ( k ) m d ˜ m a x ( k ) Δ d ˜ m i n ( k ) m d ˜ m i n ( k ) κ ˜ m a x ( k ) m κ ˜ m a x ( k ) κ ˜ m i n ( k ) m κ ˜ m i n ( k ) ] x a ( k ) ]
Figure DE102018125250B4_0048

Dabei kann die Matrix Aa als (zeitinvariante) Beschränkungsmatrix bezeichnet werden, durch die ein (rekursives) Beschränkungsmodell zur Beschreibung der ein oder mehreren Beschränkungen bereitgestellt wird. Es wird somit ermöglicht, eine zeitinvariante Beschränkung einer Stellgröße und/oder einer Zustandskomponente mittels eines linearen und zeitinvarianten Beschränkungsmodells zu beschreiben.The matrix A a can be referred to as a (time-invariant) constraint matrix, by means of which a (recursive) constraint model for describing the one or more constraints is provided. It is thus possible to describe a time-invariant limitation of a manipulated variable and / or a state component by means of a linear and time-invariant limitation model.

Als Gesamtmodell inklusive der approximierten zeitvarianten Beschränkungen ergibt sich dann (in einer zeitdiskreten Zustandsdarstellung) [ X ˜ Δ g e s ( k + 1 ) X a ( k + 1 ) ] = [ A ˜ g e s D 0      0 A a ] [ X ˜ Δ g e s ( k ) X a ( k ) ] + [       0 B ˜ g e s D ] .

Figure DE102018125250B4_0049
Dabei ist A ˜ g e s D
Figure DE102018125250B4_0050
die zeitdiskretisierte Version der Matrix A ˜ g e s . B ˜ g e s D
Figure DE102018125250B4_0051
ist die zeitdiskretisierte Version von Bges.The overall model including the approximated time-variant restrictions then results (in a time-discrete state representation) [ X ˜ Δ G e s ( k + 1 ) X a ( k + 1 ) ] = [ A. ˜ G e s D. 0 0 A. a ] [ X ˜ Δ G e s ( k ) X a ( k ) ] + [ 0 B. ˜ G e s D. ] .
Figure DE102018125250B4_0049
It is A. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0050
the time-discretized version of the matrix A. ˜ G e s . B. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0051
is the time-discretized version of B tot .

6 stellt den sich unter Verwendung der expliziten modellprädiktiven Regelung ergebenden Regelkreis 600 dar. Über die CVM-Parallelmodelleinheit 205 werden die Zustände bzw. Zustandskomponenten 604 xΔcvm(k) des CVM-Modells an einem bestimmten Zeitpunkt k bereitgestellt. Bei Verwendung eines CVM-Modells der Ordnung l = 3 weist der Zustandsvektor xΔcvm(k) vier Zustandskomponenten 604 auf. Des Weiteren ergibt sich über die Messung der Ist-Querabweichung dr(k) und über die Messung des Ist-Fahrtrichtungswinkel θr(k) unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit v(k) und dem geplanten Fahrtrichtungswinkel θ r *

Figure DE102018125250B4_0052
sowie der geplanten Querabweichung d r * ,
Figure DE102018125250B4_0053
der modifizierte Fahrdynamik-Zustandsvektor x ˜ Δ k i n ( k ) = [ Δ d ˜ ( k ) Δ θ ( k ) ]
Figure DE102018125250B4_0054
mit zwei Zustandsgrößen bzw. zwei (ersten) Zustandskomponenten 601. Außerdem können die zeitabhängigen Beschränkungen für die (modifizierte) Stellgröße und/oder für die (modifizierte) Querabweichung durch acht zusätzliche (zweite) Zustandskomponenten 603 xa(k) geschrieben werden. Es ergibt sich somit ein Gesamtzustandsvektor x(k) mit 14 Zustandskomponenten. Die Werte 611, 612, 613, 614 der (zweiten) Zustandskomponenten 603 xa(k) an einem bestimmten Anfangszeitpunkt können durch Approximation der zeitabhängigen Beschränkungen ermittelt werden. 6 represents the control loop resulting from the use of the explicit model predictive control 600 About the CVM parallel model unit 205 become the states or state components 604 x Δcvm (k) of the CVM model provided at a specific point in time k. If a CVM model of order l = 3 is used, the state vector x Δcvm (k) has four state components 604 on. Furthermore, the measurement of the actual transverse deviation d r (k) and the measurement of the actual direction of travel angle θ r (k), taking into account the speed v (k) and the planned angle of travel direction θ r *
Figure DE102018125250B4_0052
as well as the planned transverse deviation d r * ,
Figure DE102018125250B4_0053
the modified driving dynamics state vector x ˜ Δ k i n ( k ) = [ Δ d ˜ ( k ) Δ θ ( k ) ]
Figure DE102018125250B4_0054
with two state variables or two (first) state components 601 . In addition, the time-dependent restrictions for the (modified) manipulated variable and / or for the (modified) lateral deviation can be set by eight additional (second) state components 603 x a (k) can be written. This results in an overall state vector x (k) with 14 state components. The values 611 , 612 , 613 , 614 the (second) state components 603 x a (k) at a certain starting point in time can be determined by approximating the time-dependent restrictions.

Innerhalb der Regelungseinheit 204 kann der Anfangszustand x(0), d.h. der aktuelle Zustand an einem bestimmten Zeitpunkt k, ermittelt werden. Der Anfangszustand zeigt dabei die Werte (d.h. eine Wertekombination) der unterschiedlichen Zustandskomponenten 601, 603 an dem bestimmten Zeitpunkt k (d.h. an dem Anfangszeitpunkt) an. Auf Basis der im Vorfeld ermittelten stückweise affinen Funktion 300 (z.B. in Form einer Look-Up Tabelle) kann dann ein entsprechender Wert für die modifizierte Stellgröße 602 κ̃r(0) an dem Zeitpunkt k ermittelt werden, die durch die aktuelle Fahrgeschwindigkeit v(0) geteilt werden kann, um den Regelanteil κr(0) der Soll-Krümmung κsoll(0) zu bestimmen.Within the control unit 204 the initial state x (0), ie the current state at a specific point in time k, can be determined. The initial state shows the values (ie a combination of values) of the different state components 601 , 603 at the specific point in time k (ie at the start point in time). On the basis of the piecewise affine function determined in advance 300 (eg in the form of a look-up table) can then be a corresponding value for the modified manipulated variable 602 κ̃ r (0) can be determined at the point in time k, which can be divided by the current driving speed v (0) in order to determine the control component κ r (0) of the desired curvature κ soll (0).

Der o.g. Prozess kann iterative für eine Sequenz von Zeitpunkten k wiederholt werden, um eine Trajektorienfolgeregelung bereitzustellen.The above process can be repeated iteratively for a sequence of points in time k in order to provide a trajectory sequence control.

In entsprechender Weise kann eine Trajektorienfolgeregelung für die Längsführung bereitgestellt werden. Als Stellgröße dient dabei die Längs-Beschleunigung ν̇(k), deren Beschränkungen von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v(k) abhängen. Das Zustandsmodell umfasst als Zustandskomponente die Positionsabweichung in Längsrichtung, welche Umgebungs-abhängigen Beschränkungen unterworfen ist. Die zeitabhängigen Beschränkungen können durch die in diesem Dokument beschriebene Approximation und/oder die Berücksichtigung der Funktionsparameter als Zustandskomponenten berücksichtigt werden. Das Modell der Fahrdynamik ist im Falle der Längsführung typischerweise bereits zeitinvariant, so dass eine Verwendung einer modifizierten Zustandskomponente und/oder einer modifizierten Stellgröße typischerweise nicht erforderlich sind.In a corresponding manner, a trajectory sequence control can be provided for the longitudinal guidance. The longitudinal acceleration ν̇ (k) serves as the manipulated variable, the limitations of which depend on the current driving speed v (k). The state model includes the position deviation in the longitudinal direction as a state component, which is subject to environment-dependent restrictions. The time-dependent restrictions can be taken into account as state components by the approximation described in this document and / or the consideration of the functional parameters. In the case of longitudinal guidance, the model of the driving dynamics is typically already time-invariant, so that a modified state component and / or a modified manipulated variable is typically not required.

7a zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 700 zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs 100 auf Basis eines (rekursiven) Systemmodells des Fahrzeugs 100. Das Verfahren 700 kann durch eine Steuereinheit 110 des Fahrzeugs 100 ausgeführt werden. 7a shows a flow diagram of an exemplary method 700 for the automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle 100 based on a (recursive) system model of the vehicle 100 . The procedure 700 can through a control unit 110 of the vehicle 100 are executed.

Das Verfahren 700 umfasst, an einem Zeitpunkt k, das Ermitteln 701 einer Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße (z.B. der relativen Querabweichung dr) des Fahrzeugs 100 von einem von der Zieltrajektorie 103 abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als Wert einer ersten Zustandskomponente 601 (insbesondere als Anfangswert der ersten Zustandskomponente 601). Das (zeitdiskrete) Systemmodell kann dabei eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente 601 an dem Zeitpunkt k und auf Basis des Wertes einer Stellgröße 602 (z.B. des Regelungsanteils κr der Krümmung) an dem Zeitpunkt k den Wert der ersten Zustandskomponente 601 an einem nachfolgenden Zeitpunkt k+1 zu prädizieren. Das Systemmodell kann z.B. durch die Systemmatrix A ˜ g e s D

Figure DE102018125250B4_0055
und durch die Eingangsmatrix B ˜ g e s D
Figure DE102018125250B4_0056
beschrieben werden.The procedure 700 comprises, at a point in time k, the determination 701 a deviation of an actual value of a state variable (for example the relative transverse deviation d r ) of the vehicle 100 from one of the target trajectory 103 dependent planned value of the state variable as the value of a first state component 601 (in particular as the initial value of the first state component 601 ). The (discrete-time) system model can be set up or have the property based on the value of the first state component 601 at time k and based on the value of a manipulated variable 602 (for example the control component κ r of the curvature) at the point in time k the value of the first state component 601 to predict k + 1 at a subsequent point in time. The system model can be, for example, through the system matrix A. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0055
and through the input matrix B. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0056
to be discribed.

Außerdem umfasst das Verfahren 700 das Ermitteln 702 von zeitlich variablen Beschränkungen 503 der ersten Zustandskomponente 601 und/oder der Stellgröße 602 für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N>1 (typischerweise N = 5, 8, 10 oder mehr). Die zeitlich variablen Beschränkungen 503 können auf Basis der Sensordaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren 111 des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können die variablen Beschränkungen 503 auf Basis der (prädizierten) Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 und/oder auf Basis einer technischen Beschränkung der Lenk- und/oder Antriebs- und/oder Bremsvorrichtung 112 des Fahrzeugs 100 ermittelt werden.The procedure also includes 700 determining 702 of time-variable restrictions 503 the first state component 601 and / or the manipulated variable 602 for N times from time k, with N> 1 (typically N = 5, 8, 10 or more). The time-variable restrictions 503 can be based on the sensor data of the one or more environment sensors 111 of the vehicle 100 be determined. Alternatively or in addition, the variable restrictions 503 based on the (predicted) driving speed v of the vehicle 100 and / or based on a technical limitation of the steering and / or drive and / or braking device 112 of the vehicle 100 be determined.

Das Verfahren 700 umfasst ferner das Approximieren 703 der zeitlich variablen Beschränkungen 503 der ersten Zustandskomponente 601 und/oder der Stellgröße 602 durch ein rekursives (zeitdiskretes) Beschränkungsmodell (z.B. mit der System- bzw. Beschränkungsmatrix Aa) mit ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603. Dabei kann das Beschränkungsmodell eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, einen Wert der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603 an dem nachfolgenden Zeitpunkt k+1 auf Basis der Werte der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603 an dem Zeitpunkt k zu ermitteln. Dabei zeigt zumindest eine zweite Zustandskomponente 603 die approximierte Beschränkung 504 der ersten Zustandskomponente 601 und/oder der Stellgröße 602 an. Das Beschränkungsmodell ist bevorzugt linear und zeitinvariant. Es wird somit durch die Verwendung eines linearen und zeitinvarianten (rekursiven) Beschränkungsmodells ermöglicht, eine (ggf. nichtlineare) zeitvariante Beschränkung 503 zu beschreiben.The procedure 700 further comprises approximating 703 the time-variable restrictions 503 the first state component 601 and / or the manipulated variable 602 by a recursive (time-discrete) constraint model (eg with the system or constraint matrix A a ) with one or more second state components 603 . The restriction model can be set up or have the property of a value of the one or more second state components 603 at the subsequent point in time k + 1 on the basis of the values of the one or more second state components 603 to be determined at time k. It shows at least a second state component 603 the approximated constraint 504 the first state component 601 and / or the manipulated variable 602 on. The constraint model is preferably linear and time-invariant. The use of a linear and time-invariant (recursive) constraint model thus enables a (possibly non-linear) time-variant constraint 503 to describe.

Mit anderen Worten, das Verfahren 700 kann umfassen, das Ermitteln 703 von Werten 611, 612, 613, 614 von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603 eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart, dass die ermittelten, zeitlich variablen Beschränkungen 503 der ersten Zustandskomponente 601 und/oder der Stellgröße 602 durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente 603 an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden.In other words, the procedure 700 may include determining 703 of values 611 , 612 , 613 , 614 of one or more second state components 603 of a restriction model at the point in time k such that the determined, time-variable restrictions 503 the first state component 601 and / or the manipulated variable 602 by values of at least one second state component 603 can be approximated at the N times from time k.

Des Weiteren umfasst das Verfahren 700 das Ermitteln 704 eines Wertes der Stellgröße 602 an dem Zeitpunkt k, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente 601 und der Werte der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603 an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion 300, die eingerichtet ist, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente 601 und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten 603 jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße 602 zuzuweisen. Das Verfahren 700 umfasst ferner das Betreiben 705 des Fahrzeugführungssystems 206 des Fahrzeugs 100 (insbesondere das Betreiben der Lenk- und/oder Antriebs- und/oder Bremsvorrichtung 112 des Fahrzeugs 100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße. So kann in ressourceneffizienter Weise eine robuste und präzise Trajektorienfolgeregelung entlang der geplanten Zieltrajektorie 103 ermöglicht werden.The method also includes 700 determining 704 a value of the manipulated variable 602 at time k, based on the value of the first state component 601 and the values of the one or more second state components 603 at time k and on the basis of a predefined function 300 that is set up, different value combinations of the first state component 601 and the one or more second state components 603 each one (possibly different) value of the manipulated variable 602 assign. The procedure 700 also includes operating 705 of the vehicle guidance system 206 of the vehicle 100 (in particular operating the steering and / or drive and / or braking device 112 of the vehicle 100 ) depending on the determined value of the manipulated variable. In this way, a robust and precise trajectory sequencing control along the planned target trajectory can be carried out in a resource-efficient manner 103 are made possible.

7b zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 710 zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs 100 auf Basis eines (zeitdiskreten) Systemmodells des Fahrzeugs 100. Das Verfahren 710 kann durch eine Steuereinheit 110 des Fahrzeugs 100 ausgeführt werden. 7b shows a flow diagram of an exemplary method 710 for automated lateral guidance of a vehicle 100 based on a (time-discrete) system model of the vehicle 100 . The procedure 710 can through a control unit 110 of the vehicle 100 are executed.

Das Verfahren 710 umfasst (an einem Zeitpunkt k), das Ermitteln 711 einer Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs 100 von einem von einer Zieltrajektorie 103 abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße als Wert einer ersten Zustandskomponenten 601. Dabei kann das Systemmodell eingerichtet sein bzw. die Eigenschaft aufweisen, auf Basis eines Wertes der ersten Zustandskomponente 601 an dem Zeitpunkt k und auf Basis eines Wertes einer Stellgröße 602 an dem Zeitpunkt k den Wert der ersten Zustandskomponente 601 an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren. Das Systemmodell kann z.B. durch die Systemmatrix A ˜ g e s D

Figure DE102018125250B4_0057
und durch die Eingangsmatrix B ˜ g e s D
Figure DE102018125250B4_0058
beschrieben werden.The procedure 710 comprises (at a point in time k) the determining 711 a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle 100 from one of a target trajectory 103 dependent planned value of the state variable as the value of a first state component 601 . The system model can be set up or have the property on the basis of a value of the first state component 601 at time k and based on a value of a manipulated variable 602 at the point in time k the value of the first state component 601 to predict k + 1 at a subsequent point in time. The system model can be, for example, through the system matrix A. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0057
and through the input matrix B. ˜ G e s D.
Figure DE102018125250B4_0058
to be discribed.

Die Zustandsgröße kann eine mit der (Längs-)Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 modulierte Basis-Zustandsgröße (z.B. die Querabweichung dr(k) des Fahrzeugs 100) umfassen. Die Stellgröße 602 kann eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 modulierte Basis-Stellgröße (z.B. die Krümmung κr(k)) umfassen. Die Modulation kann dabei das Multiplizieren und/oder das Dividieren umfassen.The state variable can be related to the (longitudinal) driving speed of the vehicle 100 modulated basic state variable (eg the transverse deviation d r (k) of the vehicle 100 ) include. The manipulated variable 602 can one with the driving speed of the vehicle 100 modulated basic manipulated variable (eg the curvature κ r (k)). The modulation can include multiplying and / or dividing.

Die Zustandsgröße ist bevorzugt der Quotient aus der Querabweichung dr(k) des Fahrzeugs 100 relativ zu einer Referenzkurve 102 und der Fahrgeschwindigkeit v(k) des Fahrzeugs 100 (insbesondere ist die erste Zustandskomponente bevorzugt Δd̃(k)). Des Weiteren ist die Stellgröße 602 bevorzugt das Produkt aus der Krümmung κr(k) einer von dem Fahrzeug zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit v(k) des Fahrzeugs (insbesondere ist die Stellgröße 602 bevorzugt κ̃r(k)). So kann die Verwendung eines linearen und zeitinvarianten Systemmodells für die Regelung ermöglicht werden. Dies ermöglicht wiederum die Verwendung einer ressourceneffizienten expliziten modellprädiktiven Regelung.The state variable is preferably the quotient from the transverse deviation d r (k) of the vehicle 100 relative to a reference curve 102 and the driving speed v (k) of the vehicle 100 (In particular, the first state component is preferably Δd̃ (k)). Furthermore, the manipulated variable is 602 preferably the product of the curvature κ r (k) of a trajectory to be driven by the vehicle and the driving speed v (k) of the vehicle (in particular the manipulated variable is 602 preferably κ̃ r (k)). This enables the use of a linear and time-invariant system model for the control. This in turn enables the use of a resource-efficient explicit model predictive control.

Das Verfahren 710 kann ferner umfassen, das Ermitteln 712 eines Wertes der Stellgröße 602 an dem Zeitpunkt k auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente 601 an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion 300, die eingerichtet ist, unterschiedlichen Werten der ersten Zustandskomponente 601 jeweils einen (ggf. unterschiedlichen) Wert der Stellgröße 602 zuzuweisen. Die vordefinierte Funktion 300 kann im Vorfeld durch multiparametrische Programmierung ermittelt worden sein.The procedure 710 may further include determining 712 a value of the manipulated variable 602 at the point in time k based on the value of the first state component 601 at time k and on the basis of a predefined function 300 , which is set up, different values of the first state component 601 each one (possibly different) value of the manipulated variable 602 assign. The predefined function 300 can be determined in advance by multiparametric programming.

Außerdem umfasst das Verfahren das Betreiben 713 des Fahrzeugführungssystems 206 des Fahrzeugs 100 (insbesondere das Betreiben der Lenk- und/oder Antriebs- und/oder Bremsvorrichtung 112 des Fahrzeugs 100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße 602. Zu diesem Zweck kann der Wert der Stellgröße 602 an dem Zeitpunkt k anhand der Fahrgeschwindigkeit v(k) des Fahrzeugs 100 an dem Zeitpunkt k modifiziert werden, um den Regelungsanteil κr(k) der Stellgröße 602 zu ermitteln. Der Regelungsanteil kann dann mit einem Vorsteilanteil kombiniert werden, um den Gesamtwert der Stellgröße 602 zu ermitteln. Das Fahrzeugführungssystem 206 kann dann auf Basis des Gesamtwertes der Stellgröße 602 betrieben werden.The method also includes operating 713 of the vehicle guidance system 206 of the vehicle 100 (in particular operating the steering and / or drive and / or braking device 112 of the vehicle 100 ) depending on the determined value of the manipulated variable 602 . For this purpose, the value of the manipulated variable 602 at the point in time k based on the vehicle speed v (k) 100 be modified at the point in time k to the control component κ r (k) of the manipulated variable 602 to determine. The control component can then be combined with an advance component to form the total value of the manipulated variable 602 to determine. The vehicle guidance system 206 can then be based on the total value of the manipulated variable 602 operate.

So kann in ressourceneffizienter Weise eine robuste und präzise Trajektorienfolgeregelung entlang der geplanten Zieltrajektorie 103 ermöglicht werden.In this way, a robust and precise trajectory sequencing control along the planned target trajectory can be carried out in a resource-efficient manner 103 are made possible.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.

Claims (16)

Verfahren (700) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (100) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs (100); wobei das Verfahren (700) umfasst, - Ermitteln (701) eines Wertes einer ersten Zustandskomponente (601) als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von einer Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße; wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) über das Systemmodell von einer Stellgröße (602) abhängig ist; - Ermitteln (702) von zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1; - Ermitteln (703) von Werten (611, 612, 613, 614) von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart, dass die ermittelten, zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente (603) an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden; - Ermitteln (704) eines Wertes der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) und auf Basis der Werte (611, 612, 613, 614) der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion (300), die eingerichtet ist, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente (601) und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) jeweils einen Wert der Stellgröße (602) zuzuweisen; und - Betreiben (705) eines Fahrzeugführungssystems (206) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße (602).Method (700) for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle (100) based on a system model of the vehicle (100); wherein the method (700) comprises - determining (701) a value of a first state component (601) as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle (100) from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (103); wherein the state variable of the vehicle (100) is dependent on a manipulated variable (602) via the system model; - Determination (702) of temporally variable restrictions (503) of the first state component (601) and / or the manipulated variable (602) for N times from time k, with N>1; - Determination (703) of values (611, 612, 613, 614) of one or more second state components (603) of a constraint model at the point in time k such that the determined, time-variable constraints (503) of the first state component (601) and / or the manipulated variable (602) are approximated by values of at least one second state component (603) at the N times from time k; - Determination (704) of a value of the manipulated variable (602) at the point in time k, based on the value of the first state component (601) and based on the values (611, 612, 613, 614) of the one or more second state components (603) at time k and on the basis of a predefined function (300) which is set up to assign different value combinations of the first state component (601) and the one or more second state components (603) each with a value of the manipulated variable (602); and - operating (705) a vehicle guidance system (206) for automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle (100) as a function of the determined value of the manipulated variable (602). Verfahren (700) gemäß Anspruch 1, wobei die vordefinierte Funktion (300) - eine explizite modellprädiktive Regelung ermöglicht; und/oder - von dem Systemmodell und von dem Beschränkungsmodell abhängig ist; und/oder - von einem Kostenfunktional abhängig ist, das einen Term bezüglich der ersten Zustandskomponente an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k umfasst.Method (700) according to Claim 1 , wherein the predefined function (300) - enables an explicit model predictive control; and / or - is dependent on the system model and on the restriction model; and / or - is dependent on a cost-functional which comprises a term relating to the first state component at the N times from the time k. Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Systemmodell zeitlich invariant und/oder linear ist; und/oder - das Systemmodell eingerichtet ist und/oder die Eigenschaft aufweist, auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) an dem Zeitpunkt k und auf Basis des Wertes der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k einen Werte der ersten Zustandskomponente (601) an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein - the system model is invariant over time and / or linear; and or - The system model is set up and / or has the property, based on the value of the first state component (601) at time k and based on the value of the manipulated variable (602) at time k, a value of the first state component (601) at a subsequent point in time k + 1 to be predicted. Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - durch das Beschränkungsmodell bewirkte approximierte Beschränkungen (504) der ersten Zustandskomponente (601) an jedem der N Zeitpunkte eine gleiche oder stärkere Beschränkung darstellen, als die zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601); und/oder - die durch das Beschränkungsmodell bewirkten approximierten Beschränkungen (504) eine lineare Approximation der zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) darstellen.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein - approximated restrictions (504) of the first state component (601) brought about by the restriction model represent an equal or greater restriction than the temporally variable restrictions (503) of the first state component (601) at each of the N times; and or - The approximated restrictions (504) brought about by the restriction model represent a linear approximation of the temporally variable restrictions (503) of the first state component (601). Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (700) an einer Sequenz von Zeitpunkten k wiederholt wird, um Werte der Stellgröße (602) an der Sequenz von Zeitpunkten k zu ermitteln, und um das Fahrzeugführungssystem (206) an der Sequenz von Zeitpunkten k zu betreiben.The method (700) according to any one of the preceding claims, wherein the method (700) is repeated at a sequence of times k in order to determine values of the manipulated variable (602) at the sequence of times k, and the vehicle guidance system (206) at the To operate sequence of times k. Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Systemmodell des Fahrzeugs (100) umfasst, - ein erstes Teilmodell, das eine Approximation eines Verhaltens des Fahrzeugführungssystems (206) darstellt; und/oder - ein zweites Teilmodell, das eine Bewegung und/oder Kinematik des Fahrzeugs (100) beschreibt.The method (700) according to any one of the preceding claims, wherein the system model of the vehicle (100) comprises - A first partial model that represents an approximation of a behavior of the vehicle guidance system (206); and or - A second partial model that describes a movement and / or kinematics of the vehicle (100). Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Zustandsgröße und die Stellgröße Werte relativ zu einer Referenzkurve (102) anzeigen; und - die Referenzkurve (102) insbesondere entlang einer von dem Fahrzeug (100) befahrenden Fahrbahn (101) verläuft.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein - the state variable and the manipulated variable display values relative to a reference curve (102); and - The reference curve (102) runs in particular along a roadway (101) on which the vehicle (100) is traveling. Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) auf Basis von Sensordaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren (111) des Fahrzeugs (100) ermittelt werden; und - die Sensordaten ein Umfeld des Fahrzeugs (100) anzeigen; und/oder - die zeitlich variablen Beschränkungen (503) der Stellgröße (602) ermittelt werden, auf Basis einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100), und/oder auf Basis einer technischen Beschränkung einer Lenkvorrichtung (112), einer Antriebsvorrichtung (112) und/oder einer Bremsvorrichtung (112) des Fahrzeugs (100).Method (700) according to one of the preceding claims, wherein - The temporally variable restrictions (503) of the first state component (601) are determined on the basis of sensor data from one or more environment sensors (111) of the vehicle (100); and - the sensor data indicate an environment of the vehicle (100); and or - The temporally variable restrictions (503) of the manipulated variable (602) are determined on the basis of a current driving speed of the vehicle (100), and / or on the basis of a technical restriction of a steering device (112), a drive device (112) and / or a Braking device (112) of the vehicle (100). Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Querführung des Fahrzeugs (100), - die Zustandsgröße den Quotienten aus einer Querabweichung des Fahrzeugs (100) relativ zu einer Referenzkurve (102) und einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) umfasst; und/oder - die Stellgröße (602) das Produkt aus einer Krümmung einer von dem Fahrzeug (100) zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) umfasst.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein for lateral guidance of the vehicle (100), - the state variable comprises the quotient of a lateral deviation of the vehicle (100) relative to a reference curve (102) and a travel speed of the vehicle (100); and or - the manipulated variable (602) comprises the product of a curvature of a trajectory to be driven by the vehicle (100) and the driving speed of the vehicle (100). Verfahren (700) gemäß Anspruch 9, wobei - das Verfahren (700) umfasst, Ermitteln einer Abweichung eines Ist-Wertes einer weiteren Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von der Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der weiteren Zustandsgröße als weitere Zustandskomponente; wobei das Systemmodell eingerichtet ist und/oder die Eigenschaft aufweist, auf Basis der weiteren Zustandskomponente an dem Zeitpunkt k die erste Zustandskomponente (601) an einem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 zu prädizieren; und - die weitere Zustandsgröße einen Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs (100) umfasst.Method (700) according to Claim 9 - The method (700) comprises determining a deviation of an actual value of a further state variable of the vehicle (100) from a planned value of the further state variable that is dependent on the target trajectory (103) as a further state component; wherein the system model is set up and / or has the property of predicting the first status component (601) at a subsequent time k + 1 on the basis of the further status component at time k; and - the further state variable comprises an angle of travel direction of the vehicle (100). Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Längsführung des Fahrzeugs (100) - die Zustandsgröße eine Position des Fahrzeugs (100) entlang einer Längsrichtung des Fahrzeugs (100) umfasst; und/oder - die Stellgröße (602 eine Beschleunigung des Fahrzeugs (100) in Längsrichtung umfasst.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein for a longitudinal guidance of the vehicle (100) - The state variable comprises a position of the vehicle (100) along a longitudinal direction of the vehicle (100); and or - The manipulated variable (602 includes an acceleration of the vehicle (100) in the longitudinal direction. Verfahren (700) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Beschränkungsmodell eingerichtet ist und/oder die Eigenschaft aufweist, Werte der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) an dem nachfolgenden Zeitpunkt k + 1 auf Basis der Werte der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) an dem Zeitpunkt k zu ermitteln; und/oder - das Beschränkungsmodell zeitinvariant und linear ist.Method (700) according to one of the preceding claims, wherein - the restriction model is set up and / or has the property of determining values of the one or more second state components (603) at the subsequent point in time k + 1 on the basis of the values of the one or more second state components (603) at the point in time k; and or - the constraint model is time-invariant and linear. Steuereinheit (110) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs (100) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs (100); wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - einen Wert einer ersten Zustandskomponente (601) als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von einer Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße zu ermitteln; wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) über das Systemmodell von einer Stellgröße (602) abhängig ist; - zeitlich variable Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) für N Zeitpunkte ab dem Zeitpunkt k, mit N > 1, zu ermitteln; - Werte (611, 612, 613, 614) von ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) eines Beschränkungsmodells an dem Zeitpunkt k derart zu ermitteln, dass die zeitlich variablen Beschränkungen (503) der ersten Zustandskomponente (601) und/oder der Stellgröße (602) durch Werte von zumindest einer zweiten Zustandskomponente (603) an den N Zeitpunkten ab dem Zeitpunkt k approximiert werden; - auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) und des Wertes der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion (300), die eingerichtet ist, unterschiedlichen Wertekombinationen der ersten Zustandskomponente (601) und der ein oder mehreren zweiten Zustandskomponenten (603) jeweils einen Wert der Stellgröße (602) zuzuweisen, einen Wert der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k zu ermitteln, und - ein Fahrzeugführungssystem (206) zur automatisierten Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße (602) zu betreiben.Control unit (110) for automated longitudinal and / or lateral guidance of a vehicle (100) based on a system model of the vehicle (100); wherein the control unit (110) is set up, - to determine a value of a first state component (601) as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle (100) from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (103); wherein the state variable of the vehicle (100) is dependent on a manipulated variable (602) via the system model; - to determine temporally variable restrictions (503) of the first state component (601) and / or of the manipulated variable (602) for N points in time from point in time k, with N> 1; - to determine values (611, 612, 613, 614) of one or more second state components (603) of a restriction model at time k in such a way that the temporally variable restrictions (503) of the first state component (601) and / or the manipulated variable ( 602) are approximated by values of at least one second state component (603) at the N times from the time k; - On the basis of the value of the first state component (601) and the value of the one or more second state components (603) at the time k and on the basis of a predefined function (300) which is set up, different value combinations of the first state component (601) and to assign a value of the manipulated variable (602) to the one or more second state components (603), to determine a value of the manipulated variable (602) at time k, and - To operate a vehicle guidance system (206) for automated longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle (100) as a function of the determined value of the manipulated variable (602). Verfahren (710) zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs (100) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs (100); wobei das Verfahren (710) umfasst, - Ermitteln (711) eines Wertes einer ersten Zustandskomponente (601) als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von einer Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße; wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) über das Systemmodell von einer Stellgröße (602) abhängig ist; wobei die Zustandsgröße eine mit einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) modulierte Basis-Zustandsgröße umfasst und/oder die Stellgröße (602) eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) modulierte Basis-Stellgröße umfasst; - Ermitteln (712) eines Wertes der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion (300), die eingerichtet ist, unterschiedlichen Werten der ersten Zustandskomponente (601) jeweils einen Wert der Stellgröße (602) zuzuweisen; und - Betreiben (713) eines Fahrzeugführungssystems (206) zur automatisierten Querführung des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße (602).Method (710) for automated lateral guidance of a vehicle (100) based on a system model of the vehicle (100); the method comprising (710), - determining (711) a value of a first state component (601) as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle (100) from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (103); wherein the state variable of the vehicle (100) is dependent on a manipulated variable (602) via the system model; wherein the state variable comprises a base state variable modulated with a driving speed of the vehicle (100) and / or the manipulated variable (602) comprises a base manipulated variable modulated with the driving speed of the vehicle (100); - Determination (712) of a value of the manipulated variable (602) at the point in time k on the basis of the value of the first state component (601) at the point in time k and on the basis of a predefined function (300) which is set up to different values of the first state component ( 601) assign a value to the manipulated variable (602) in each case; and - Operation (713) of a vehicle guidance system (206) for automated lateral guidance of the vehicle (100) as a function of the determined value of the manipulated variable (602). Verfahren (710) gemäß Anspruch 14, wobei - die Zustandsgröße den Quotienten aus einer Querabweichung des Fahrzeugs (100) relativ zu einer Referenzkurve (102) und einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) umfasst; und/oder - die Stellgröße (602) das Produkt aus einer Krümmung einer von dem Fahrzeug (100) zu fahrenden Trajektorie und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) umfasst.Method (710) according to Claim 14 , in which - the state variable comprises the quotient of a lateral deviation of the vehicle (100) relative to a reference curve (102) and a driving speed of the vehicle (100); and / or - the manipulated variable (602) comprises the product of a curvature of a trajectory to be driven by the vehicle (100) and the driving speed of the vehicle (100). Steuereinheit (110) zur automatisierten Querführung eines Fahrzeugs (100) auf Basis eines Systemmodells des Fahrzeugs (100); wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - einen Wert einer ersten Zustandskomponente (601) als eine Abweichung eines Ist-Wertes einer Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) von einem von einer Zieltrajektorie (103) abhängigen geplanten Wert der Zustandsgröße zu ermitteln; wobei die Zustandsgröße des Fahrzeugs (100) über das Systemmodell von einer Stellgröße (602) abhängig ist; wobei die Zustandsgröße eine mit einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) modulierte Basis-Zustandsgröße umfasst und/oder wobei die Stellgröße (602) eine mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) modulierte Basis-Stellgröße umfasst; - auf Basis des Wertes der ersten Zustandskomponente (601) an dem Zeitpunkt k und auf Basis einer vordefinierten Funktion (300), die eingerichtet ist, unterschiedlichen Werten der ersten Zustandskomponente (601) jeweils einen Wert der Stellgröße (602) zuzuweisen, einen Werte der Stellgröße (602) an dem Zeitpunkt k zu ermitteln; und - ein Fahrzeugführungssystem (206) zur automatisierten Querführung des Fahrzeugs (100) des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stellgröße (602) zu betreiben.Control unit (110) for automated lateral guidance of a vehicle (100) based on a system model of the vehicle (100); wherein the control unit (110) is set up, - to determine a value of a first state component (601) as a deviation of an actual value of a state variable of the vehicle (100) from a planned value of the state variable that is dependent on a target trajectory (103); wherein the state variable of the vehicle (100) is dependent on a manipulated variable (602) via the system model; wherein the state variable comprises a base state variable modulated with a driving speed of the vehicle (100) and / or wherein the manipulated variable (602) comprises a base manipulated variable modulated with the driving speed of the vehicle (100); - On the basis of the value of the first state component (601) at the point in time k and on the basis of a predefined function (300) which is set up to assign a value of the manipulated variable (602) to different values of the first state component (601), a value of the Determine manipulated variable (602) at time k; and - to operate a vehicle guidance system (206) for automated lateral guidance of the vehicle (100) of the vehicle (100) as a function of the determined value of the manipulated variable (602).
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