DE102018217845A1

DE102018217845A1 - Einrichtung und Verfahren zum Regeln eines Prozesses

Info

Publication number: DE102018217845A1
Application number: DE102018217845.3A
Authority: DE
Inventors: Juan Herrera
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-05-23
Also published as: GB201719326D0; GB2568548A; GB2568548B; US11042133B2; US20190155229A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Regeln eines Fahrzeuges bereit, Folgendes umfassend: Vorhersagen eines ersten Parameters eines Fahrzeugzustands zu jedem aus mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem ersten Parameter eines aktuellen Fahrzeugzustands und einem ersten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell, Vorhersagen eines zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter des aktuellen Fahrzeugzustands, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands und einem zweiten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell, und Bestimmen von einer oder mehreren Eingangsgrößen für das Fahrzeug zu jedem der Zeitpunkte in Abhängigkeit von den Vorhersagen der ersten und zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten und gewünschten ersten und zweiten Parametern der Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung und Verfahren und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Einrichtung und Verfahren zum Regeln eines Prozesses. Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren, eine Regeleinrichtung, ein System, ein Fahrzeug und Computersoftware.
HINTERGRUND
In vielen Anwendungen ist es notwendig, einen Prozess zu regeln. Der Prozess wird geregelt, um einen gewünschten Zustand wie etwa eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Ein Beispiel für einen Prozess, der geregelt werden kann, ist ein Fahrzeug. Ein oder mehrere Aspekte des Fahrzeugs können geregelt werden, wie etwa eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine Lenkung des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann geregelt werden, um einen gewünschten Zustand von einem aktuellen Zustand des Fahrzeugs aus zu erreichen. Der aktuelle und der gewünschte Zustand können durch einen oder mehrere Parameter des Fahrzeugs wie etwa eine Bewegungsrichtung und eine Position des Fahrzeugs definiert werden.
Einige Regelungsschemata wie etwa Proportional-Integral-Differential (Proportional-Integral-Derivative - PID)-Regelungsschemata reagieren nur auf einen gemessenen Zustand des Prozesses. Es sind ebenfalls modellprädiktive Regelungsschemata (Model Predictive Control - MPC) bekannt, die darauf abzielen, den gewünschten Zustand des Prozesses durch Vorhersagen eines oder mehrerer zukünftiger Zustände des Prozesses, basierend auf dem aktuellen Zustand, zu erreichen. Die MPC-Regelung basiert auf einem Modell des sich in Regelung befindlichen Prozesses sowie auf Informationen über den aktuellen Zustand des Prozesses. Es können jedoch bei einigen Prozessen Nichtlinearitäten vorliegen, die das Berechnen von Eingangsgrößen für den Prozess erschweren.
Es ist eine Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung, ein oder mehrere Probleme des Standes der Technik zumindest abzuschwächen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren, eine Regeleinrichtung, ein System, ein Fahrzeug und Computersoftware nach den beigefügten Patentansprüchen bereit.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln eines Fahrzeugs bereitgestellt, Folgendes umfassend: Vorhersagen eines ersten Parameters eines Fahrzeugzustands zu jedem aus mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem ersten Parameter eines aktuellen Fahrzeugzustands und einem ersten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell, Vorhersagen eines zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter des aktuellen Fahrzeugzustands, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands und einem zweiten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell, und Bestimmen von einer oder mehreren Eingangsgrößen für das Fahrzeug zu jedem der Zeitpunkte in Abhängigkeit von den Vorhersagen des ersten und des zweiten Parameters auf der Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten und gewünschten ersten und zweiten Parametern der Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten. Vorteilhaft kann die Verwendung von zwei Modellen Probleme ansprechen, die mit der gegenseitigen Abhängigkeit des ersten und des zweiten Parameters wie etwa Nichtlinearitäten oder Kreuzkopplung verbunden sind.
Das Vorhersagen des zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten kann das Bereitstellen der mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands als eine Eingabe in das zweite Modell umfassen. Vorteilhaft gestattet das Bereitstellen der mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands an das zweite Modell ein Entkoppeln des ersten und des zweiten Modells.
Jede Vorhersage des ersten Parameters des Fahrzeugzustands kann als eine Eingabe in eine trigonometrische Funktion bereitgestellt werden, die mit dem zweiten Modell verbunden ist. Mit der trigonometrischen Funktion ist eine Nichtlinearität verbunden, die bei einigen Ausführungsformen durch die Verwendung des ersten und des zweiten Modells abgeschwächt wird.
Der erste Parameter des Fahrzeugzustands ist gegebenenfalls eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und das erste Modell ist ein mit dem Fahrzeug verbundenes Rotationsmodell. Vorteilhaft kann die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bestimmt werden.
Der zweite Parameter des Fahrzeugzustands ist gegebenenfalls eine Position des Fahrzeugs und das zweite Modell ist ein mit dem Fahrzeug verbundenes Translationsmodell. Vorteilhaft kann die Position des Fahrzeugs bestimmt werden.
Das Bestimmen der einen oder der mehreren Eingangsgrößen kann das Bestimmen einer Minimierung von mindestens einer Kostenfunktion, die mit der einen oder den mehreren Eingangsgrößen verbunden ist, umfassen. Vorteilhaft gestattet die Kostenfunktion, dass diejenigen Eingangsgrößen bestimmt werden, die zu ihrem Erreichen die niedrigste Eingabe erfordern.
Das Bestimmen der Minimierung der mindestens einen Kostenfunktion umfasst gegebenenfalls das Bestimmen einer Minimierung einer Kostenfunktion, die mit dem ersten Modell verbunden ist. Vorteilhaft werden die Eingangsgrößen, die mit dem ersten Modell verbunden sind, bestimmt.
Das Bestimmen der Minimierung von mindestens einer Kostenfunktion umfasst gegebenenfalls das Bestimmen einer Minimierung einer Kostenfunktion, die mit dem zweiten Modell verbunden ist. Vorteilhaft werden die Eingangsgrößen, die mit dem zweiten Modell verbunden sind, bestimmt.
Die Kostenfunktion kann eine oder mehrere Gewichtungen umfassen. Eine Gewichtung kann mit jeder der Eingangsgrößen verbunden sein. Eine Gewichtung kann mit jedem aus dem einen oder den mehreren Parametern verbunden sein, die mit den Fahrzeugzuständen verbunden sind. Vorteilhaft werden die Gewichtungen verwendet, um die Eingangsgrößen zu bestimmen.
Gegebenenfalls werden einer oder beide aus dem ersten und dem zweiten Parameter des Fahrzeugzustands in Abhängigkeit von jeweiligen gewünschten ersten und zweiten Parametern des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten vorhergesagt. Vorteilhaft wird das Fahrzeug geregelt, um die gewünschten Zustände zu erreichen.
Die Vorhersagen des ersten und des zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem der mehreren Zeitpunkte können mit jeweiligen gewünschten Zuständen des Fahrzeugs zu jedem der jeweiligen Zeitpunkte verbunden sein. Vorteilhaft kann ein Fehler bestimmt werden, der mit jedem Zeitpunkt verbunden ist.
Gegebenenfalls stellt das Verfahren ein modellprädiktives Regelungsschema (model predictive control scheme - MPC) unter Verwendung des ersten und des zweiten Modells, die mit dem Fahrzeug verbunden sind, bereit. Vorteilhaft gestattet die Verwendung des MPC-Schemas die Kenntnis zukünftiger Zustände des Fahrzeugs, die zum Bestimmen von Eingangsgrößen in das Fahrzeug verwendet werden können.
Das Rotationsmodell kann ein Bewegungsrichtungsmodell eines kinematischen Fahrzeugmodells sein.
Das Positionsmodell kann ein Positionsmodell eines kinematischen Fahrzeugmodells sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln eines Prozesses bereitgestellt, Folgendes umfassend: das Bestimmen von mehreren Vorhersagen eines ersten Parameters des Prozesses in Abhängigkeit von einem aktuellen ersten Parameter des Prozesses und einem ersten mit dem Prozess verbundenen Modell, das Bestimmen von mehreren Vorhersagen eines zweiten Parameters des Prozesses zu jedem der mehreren Zeitpunkte in Abhängigkeit von einem aktuellen zweiten Parameter des Prozesses, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Prozesses und einem zweiten mit dem Prozess verbundenen Modell.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Regeleinrichtung bereitgestellt, Folgendes umfassend: Eingangsmittel zum Empfangen eines Signals, das einen aktuellen Zustand eines Fahrzeugs anzeigt, Speichermittel zum Speichern eines ersten und eines zweiten Modells, die mit dem Fahrzeug verbunden sind, Verarbeitungsmittel, angeordnet, um einen ersten Parameter eines Fahrzeugzustands zu jedem aus mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem ersten Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs und dem ersten Modell vorherzusagen, einen zweiten Parameter des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands und dem zweiten Modell vorherzusagen, eine oder mehrere Eingangsgrößen für das Fahrzeug zu jedem der Zeitpunkte in Abhängigkeit von den Vorhersagen des ersten und zweiten Parameters auf der Fahrzeugtrajektorie und von gewünschten ersten und zweiten Parametern des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten zu bestimmen, und Ausgangsmittel, angeordnet, um ein oder mehrere Signale, die die eine oder die mehreren Eingangsgrößen anzeigen, auszugeben.
Regeleinrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei:

das Regelmittel eine Regeleinheit oder eine Datenverarbeitungsvorrichtung ist, die einen oder mehrere elektronische Prozessoren aufweist;
das Eingangsmittel ein Eingang zum Empfangen eines elektrischen Signals ist; und das Ausgangsmittel ein Ausgang zum Ausgeben eines elektrischen Signals ist.

Das Verarbeitungsmittel ist gegebenenfalls angeordnet, um die Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands als eine Eingabe an das zweite Modell bereitzustellen, um den zweiten Parameter des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten vorherzusagen.
Das Verarbeitungsmittel kann angeordnet sein, um jede Vorhersage des ersten Parameters der Fahrzeugtrajektorie an eine trigonometrische, mit dem zweiten Modell verbundene Funktion bereitzustellen.
Der erste Parameter des Fahrzeugzustands kann eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs sein. Das erste Modell kann ein mit dem Fahrzeug verbundenes Rotationsmodell sein.
Der zweite Parameter des Fahrzeugzustands ist gegebenenfalls eine Position des Fahrzeugs. Das zweite Modell ist gegebenenfalls ein mit dem Fahrzeug verbundenes Positionsmodell.
Gegebenenfalls ist das Verarbeitungsmittel angeordnet, um eine Minimierung mindestens einer Kostenfunktion, die mit der einen oder den mehreren Eingangsgrößen verbunden ist, zu bestimmen.
Das Verarbeitungsmittel kann angeordnet sein, um die Minimierung der mindestens einen Kostenfunktion zu bestimmen, umfassend Bestimmen einer Minimierung einer Kostenfunktion, die mit dem ersten Modell verbunden ist.
Das Verarbeitungsmittel kann angeordnet sein, um die Minimierung der mindestens einen Kostenfunktion zu bestimmen, umfassend das Bestimmen einer Minimierung einer Kostenfunktion, die mit dem zweiten Modell verbunden ist.
Die Kostenfunktion kann eine oder mehrere Gewichtungen umfassen, die jeweils mit einer oder mehreren aus den Eingangsgrößen und einem oder mehreren der mit den Fahrzeugzuständen verbundenen Parameter verbunden sind.
Das Verarbeitungsmittel ist gegebenenfalls angeordnet, um die Vorhersage von einem oder beiden aus dem ersten und dem zweiten Parameter des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten zu bestimmen, die mit jeweiligen gewünschten Zuständen des Fahrzeugs zu jedem der jeweiligen Zeitpunkte verbunden sein können.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System bereitgestellt, umfassend eine Regeleinrichtung wie vorstehend beschrieben und Regelmittel, angeordnet, um das eine oder die mehreren Signale, welche die eine oder die mehreren Eingangsgrößen anzeigen, zu empfangen und das Fahrzeug in Abhängigkeit davon zu regeln. Das Regelmittel kann eine Regeleinheit oder eine Datenverarbeitungsvorrichtung sein, die einen oder mehrere elektronische Prozessoren zum Regeln des Fahrzeugs aufweist.
Das Regelmittel umfasst ein Lenkregelmittel zum Regeln eines Lenksystems des Fahrzeugs. Das Lenkregelmittel kann eine Lenkregeleinheit sein.
Fahrzeug, angeordnet, um das Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung durchzuführen, umfassend die Regeleinrichtung nach einem Aspekt der Erfindung oder das System nach einem Aspekt der Erfindung.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Computersoftware bereitgestellt, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt wird, angeordnet ist, um ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung durchzuführen. Die Computersoftware kann auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein. Die Computersoftware kann greifbar auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sein. Das computerlesbare Medium kann nichtflüchtig sein.
Jegliche hier beschriebene Regeleinrichtungen können geeigneterweise eine Regeleinheit oder eine Computervorrichtung, aufweisend einen oder mehrere elektronische Prozessoren umfassen. Demnach umfasst das System eine einzige Regeleinheit oder eine einzige elektronische Regeleinrichtung oder alternativ dazu können verschiedene Funktionen der Regeleinrichtung in verschiedenen Regeleinheiten oder Regeleinrichtungen verkörpert oder untergebracht sein. Wie hier verwendet, soll der Begriff „Regeleinrichtung“ oder „Regeleinheit“ sowohl eine einzige Regeleinheit oder eine einzige Regeleinrichtung als auch mehrere Regeleinheiten oder Regeleinrichtungen beinhalten, die gemeinsam betrieben werden, um eine beliebige angegebene Regelfunktionalität bereitzustellen. Um eine Regeleinrichtung zu konfigurieren, kann ein geeigneter Satz von Anweisungen bereitgestellt werden, die, wenn ausgeführt, bewirken, dass die Regeleinheit oder die Computervorrichtung die hier angegebenen Regeltechniken implementieren. Der Satz von Anweisungen kann geeigneterweise in einen oder in mehreren elektronischen Prozessoren eingebettet sein. Alternativ dazu kann der Satz von Anweisungen als auf der Computervorrichtung auszuführende Software bereitgestellt sein, die in einem oder mehreren mit der Regeleinrichtung verknüpften Speichern gespeichert ist. Eine erste Regeleinrichtung kann in auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführter Software implementiert sein. Eine oder mehrere Regeleinrichtungen können in auf einem oder mehreren Prozessoren, optional auf demselben oder mehreren Prozessoren wie die erste Regeleinrichtung, ausgeführter Software implementiert sein. Andere geeignete Anordnungen können ebenfalls eingesetzt werden.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die unterschiedlichen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Darstellung von aktuellen und gewünschten Zuständen eines Fahrzeugs zeigt;
2 eine Darstellung eines Fahrzeugmodells gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 eine Darstellung eines weiteren Fahrzeugmodells gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
7 ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden Bezug nehmend auf ein Fahrzeug und insbesondere auf das Regeln einer Trajektorie des Fahrzeugs beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind. Ausführungsformen der Erfindung können auf das Regeln weiterer Aspekte des Fahrzeugs angewendet werden und können darüber hinaus auf das Regeln von Prozessen im allgemeineren Sinne angewendet werden. Insbesondere können Ausführungsformen der Erfindung auf das Regeln jedes Prozesses angewendet werden. Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere für Prozesse, bei denen ein Zustandsraummodell Nichtlinearitäten wie etwa wechselseitige Abhängigkeiten aufweist, zweckmäßig.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Fahrzeug dargestellt, im Allgemeinen mit 100 bezeichnet, dargestellt in einem ersten Zustand 110. Der erste Zustand 110 ist ein aktueller Zustand des Fahrzeugs zu einem aktuellen oder gegenwärtigen Zeitpunkt. Der aktuelle Zustand 110 kann beispielsweise das Fahrzeug 100 an einer Position auf einem navigierbaren Weg sein, wie etwa einer Straße oder einem anderen navigierbaren Bereich. Außerdem sind mehrere beabsichtigte zukünftige Zustände oder gewünschte Zustände des Fahrzeugs 100 entlang einer Trajektorie 120 des Fahrzeugs 100 dargestellt, jeweils mit einer jeweiligen Kennung 130, 140, 150, 160, 170, 180 bezeichnet. Bei jedem der gewünschten Zustände kann es sich um eine Position des Fahrzeugs 100 entlang des navigierbaren Wegs in einer Bewegungsrichtung oder um eine andere Position in dem navigierbaren Bereich wie etwa beispielsweise an einer geparkten Position handeln. Andere gewünschte Positionen des Fahrzeugs 100 können vorgesehen sein. Jeder aus den mehreren zukünftigen oder gewünschten Zuständen 130, 140, 150, 160, 170, 180 des Fahrzeugs 100 ist bezogen auf jeweilige, aus mehreren Zeitpunkten definierten Zustände, wie noch erläutert wird. Ein jeweiliger gewünschter Zustand des Fahrzeugs 100 kann für jeden aus den mehreren Zeitpunkten entlang der Trajektorie 120 des Fahrzeugs 100 bezüglich des ersten Zustands 110 des Fahrzeugs 100 bestimmt werden, wie in 1 dargestellt. Obwohl 1 sechs zukünftige Zustände 130, 140, 150, 160, 170, 180 des Fahrzeugs 100 darstellt, versteht es sich, dass dies lediglich veranschaulichend ist und dass andere Anzahlen zukünftiger Zustände vorgesehen sein können. Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen eine vorbestimmte Anzahl zukünftiger Zustände, die jeweils mit einem jeweiligen zukünftigen Zeitpunkt verbunden sind, bis zu einem Horizont betrachtet werden, wie noch erläutert wird.
Der erste oder aktuelle Zustand 110 und jeder der gewünschten Zustände 130, 140, 150, 160, 170, 180 des Fahrzeugs 100 kann jeweils durch einen oder mehrere Parameter definiert werden. Der eine oder die mehreren Parameter zeigen jeweils einen Aspekt des Zustands des Fahrzeugs an. Ein erster Parameter kann beispielsweise die Position des Fahrzeugs definieren. Für ein Fahrzeug 100, das auf der Erdoberfläche, einschließlich auf Wasser, fährt, kann die Position durch zwei Dimensionen wie etwa in x-, y-Koordinaten definiert werden. Es versteht sich, dass die Position bei Luftfahrzeugen durch drei Dimensionen wie etwa x, y, z-Koordinaten definiert werden kann. Somit versteht es sich, dass ein Parameter mehrere Dimensionen umfassen kann. Obwohl hier eine Beschreibung betreffend Landfahrzeuge, wie etwa mit Rädern versehene Fahrzeuge, bereitgestellt ist, versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind. Es können Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, bei denen es sich um Luftfahrzeuge wie etwa autonome Luftfahrzeuge, d. h. Drohnen, handelt.
Der Zustand des Fahrzeugs 100 kann auch durch einen Bewegungsrichtungsparameter θ definiert sein, der eine Richtung definiert, in die das Fahrzeug 100 weist, d. h. in die es ausgerichtet ist. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann θ die Richtung der Fahrt des Fahrzeugs 100 anzeigen, wenn es sich um Fahrzeuge handelt, die keine Vorderseite aufweisen, d. h. die in jede Richtung fahren können. Der Zustand des Fahrzeugs 100 kann durch andere Parameter definiert werden, wie etwa beispielsweise V, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 anzeigt.
Wie vorstehend angemerkt, werden bei einem modellprädiktiven Regelungsschema (Model Predictive Control - MPC) der aktuelle Zustand 110 des Fahrzeugs wie definiert durch X(k), d. h. zur Zeit k, und einer oder mehrere gewünschte Zustände 130, 140, 150, 160, 170, 180, wie definiert durch Xd, des Fahrzeugs 100 verwendet, um Eingangsgrößen für das Fahrzeug 100 zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen ist Xd ein Vektor mehrerer gewünschter Zustände des Fahrzeugs zu jeweiligen Zeitpunkten. Unter Berücksichtigung von diskretisierter Zeit, wobei die aktuelle Zeit k ist und mehrere zukünftige Zeitpunkte berücksichtigt werden, die als k+1, k+2...k+H definiert sind, wobei H ein Zeithorizont ist, d. h. eine Maximalzeit vor der aktuellen Zeit, für welche gewünschte Zustände des Fahrzeugs 100 berücksichtigt sind, können die Eingangsgrößen U an das Fahrzeug 100 bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist U ein Vektor von mehreren Eingangsgrößen des Fahrzeugs 100 zu jeweiligen Zeitpunkten. Zwischen dem aktuellen Zustand 110 und dem Zeithorizont H kann eine vorbestimmte Anzahl von gewünschten Zuständen 130, 140, 150, 160, 170, 180 bestimmt werden.
1 zeigt mehrere zukünftige Zustände 130, 140, 150, 160, 170, 180 des Fahrzeugs 100 an. Der Zustand 130 kann beispielsweise zum Zeitpunkt k+1, der Zustand 140 zum Zeitpunkt k+2 usw. vorliegen. Die mehreren zukünftigen Zustände 130-180 sind entlang der Trajektorie 120 des Fahrzeugs 100 definiert.
Für einen generischen Prozess beträgt der Zustand bei k+1 in einer Zustandsraumdarstellung, bezeichnet als X(k+1): $X (k + 1) = A \cdot X (k) + B \cdot U$
wobei U die dem Fahrzeug 100 bereitgestellte Eingangsgröße ist und A und B Zustands- bzw. Eingangsmatrizen sind.
Der Zustand bei k+2 kann gegeben sein durch: $X (k + 2) = A \cdot X (k + 1) + B \cdot U (k + 1) = A^{2} \cdot X (k) + A \cdot B \cdot U (k) + B \cdot U (k + 1)$
Die vorstehenden Gleichungen können verwendet werden, um eine Schätzung zukünftiger Zustände bereitzustellen: $[\begin{matrix} X (k + 1) \\ X (k + 2) \\ ⋮ \\ X (k + N x) \end{matrix}] = [\begin{matrix} A \\ A^{2} \\ ⋮ \\ A^{N x} \end{matrix}] X (k) + [\begin{matrix} B & 0 & 0 & \dots \\ A \cdot B & B & 0 & \dots \\ ⋮ & A \cdot B & B & \dots \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ A^{N_{x - 1}} \cdot B & \dots & \dots & B \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} U (k) \\ U (k + 1) \\ ⋮ \\ U (k + N x - 1) \end{matrix}]$
woraus sich Folgendes ergibt: $X' = Z \cdot X (k) + N \cdot U'$
wobei X' ein Satz zukünftiger Zustände des Fahrzeugs 100 ist und U'ein Satz von Eingangsgrößen in das Fahrzeug 100 ist. X' und U' definieren jeweils einen Zustand des Fahrzeugs 100 und eine oder mehrere Eingangsgrößen zu jedem der mehreren Zeitpunkte, Z ist eine Funktion von As und N ist eine Funktion von As und Bs wie in der vorstehenden Schätzung zukünftiger Zustände.
Sobald die zukünftigen Zustände X(k + 1) ...X(k + Nx) des Fahrzeugs 100 bestimmt sind, kann ein Optimierungsschritt unter Verwendung einer Kostenfunktion J_k durchgeführt werden, wie im Folgenden gezeigt: $J_{k} = \frac{1}{2} {[X' - X d]}^{T} Q [X' - X d] + \frac{1}{2} U'^{T} R U'$
T stellt eine Transponierung der Matrix dar, wie es sich versteht, und Q und R sind Gewichtungen, die Diagonalmatrizen sein können, die zu jedem Zeitpunkt eine jeweilige Gewichtung bereitstellen, wie folgt: $⌈ \begin{matrix} Q_{k} & 0 & 0 \\ 0 & Q_{k + 1} & 0 \\ 0 & 0 & ⋱ \\ Q_{k + N x} \end{matrix} ⌉ ⌈ \begin{matrix} R_{k} & 0 & 0 \\ 0 & R_{k + 1} & 0 \\ 0 & 0 & ⋱ \\ R_{k + N x} \end{matrix} ⌉$
Die Regelung des Fahrzeugs 100 kann optimiert werden durch Bestimmen einer Lösung zu:
Um die Eingangsgrößen U in das Fahrzeug 100 unter Verwendung des MPC-Regelschemas zu bestimmen, ist es notwendig, ein Modell des Fahrzeugs 100 verfügbar zu haben. Ungeachtet einer Anzahl von Rädern des Fahrzeugs kann das Fahrzeug 100 als ein kinematisches Fahrradmodell 200 modelliert werden. Eine Darstellung solch eines Modells ist in 2 dargestellt. Das Fahrradmodell 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist definiert durch L, welches einen Radstand des Fahrrads darstellt, d. h. die Länge, δ ist ein Lenkwinkel, θ ist eine Bewegungsrichtung, v ist eine Geschwindigkeit x, y und x_f, y_f sind Koordinaten für eine Position des Hinter- bzw. Vorderrads und T ist eine Abtastzeit. Es versteht sich, dass andere Modelle, einschließlich anderer Fahrzeugmodelle, verwendet werden können und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Modells beschränkt sind.
Wenn das MPC-Schema mit dem beispielhaften Fahrradmodell 200 kombiniert wird, ergibt sich für eine Position in x, y-Koordinaten und Bewegungsrichtung θ Folgendes:
wobei die linke Seite eine zeitkontinuierliche Darstellung zeigt und die rechte Seite eine zeitdiskrete Darstellung ist.
In Zustandsraumform ergibt dies Folgendes: $[\begin{matrix} x (k + 1) \\ y (k + 1) \\ θ (k + 1) \end{matrix}] = [\begin{matrix} x (k) \\ y (k) \\ θ (k) \end{matrix}] + [\begin{matrix} Tcos (θ (k) & 0 \\ Tsin (θ (k) & 0 \\ 0 & \frac{T}{L} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} v \\ v \cdot tan (δ) \end{matrix}]$
Wie es sich versteht, liegen in der vorstehenden Zustandsraumgleichung Nichtlinearitäten vor. In diesem Beispiel bestehen diese Nichtlinearitäten in der Einbeziehung von trigonometrischen Funktionen und einer wechselseitigen Zustandsabhängigkeit, d. h. einer gegenseitigen Abhängigkeit der Position bei der Bewegungsrichtung. Es ist somit schwierig und rechnerisch aufwändig, eine Lösung für das Modell 200 zu erlangen, was einen leistungsfähigeren Datenverarbeitungsprozessor erfordern kann, um dies in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu erreichen, oder mehr Zeit zum Abschließen der Berechnung erfordern kann, was für Echtzeitsysteme unerwünscht ist.
Bei Ausführungsformen der Erfindung werden zum Ansprechen zumindest einiger der vorstehenden Probleme mehrere Modelle verwendet. Ein erstes Modell wird verwendet, um einen ersten Parameter einer Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus mehreren Zeitpunkten zu bestimmen. Die Vorhersagen des ersten Parameters der Fahrzeugtrajektorie 120 zu den mehreren Zeitpunkten werden einem zweiten Modell bereitgestellt, das verwendet wird, um einen zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem der mehreren Zeitpunkte vorherzusagen. Vorteilhaft stellt die Verwendung von zwei Modellen, die auf diese Weise kaskadiert werden, dem zweiten Modell eine Linearisierung bereit. Es wird angemerkt, dass das erste und das zweite Modell faktisch Teile des Fahrzeugmodells sind, die das Fahrzeug jeweils nur teilweise beschreiben. Das erste und das zweite Modell werden, wie noch erläutert wird, durch Teilen des Fahrzeugmodells bereitgestellt.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die vorstehend beschriebene Zustandsraumgleichung in mehrere Teile geteilt, wobei jeder Teil einem der Modelle entspricht. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei einem ersten Modell um ein Rotationsmodell für das Fahrzeug 100. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei einem zweiten Modell um ein Translationsmodell. Es versteht sich, dass das Translationsmodell eine Translation der Position des Fahrzeugs von einer vorherigen Position definiert, d. h. eine Translation der Position des Fahrzeugs von k zu k+1. Ferner versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf das Rotations- und das Translationsmodell eingeschränkt sind.
Ein Rotationsmodell gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist gegeben durch: $θ (k + 1) = θ (k) + \frac{T}{L} \cdot (v \cdot tan (δ)) (k)$
Ein Translationsmodell gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist gegeben durch: $[\begin{matrix} x (k + 1) \\ y (k + 1) \end{matrix}] = [\begin{matrix} x (k) \\ y (k) \end{matrix}] + [\begin{matrix} Tcos (θ (k) \\ Tsin (θ (k) \end{matrix}] \cdot v (k)$
Indem zuerst das Rotationsmodell und anschließend das Translationsmodell betrachtet wird, versteht es sich, dass die vorstehend erwähnten Nichtlinearitäten angesprochen werden. Das heißt, dass, wenn das Fahrzeugmodell als zwei separate Zustandsraumgleichungen betrachtet wird, die Vorhersagen eines Parameters von einem Modell effektiv die zweite Zustandsraumgleichung linearisieren.
Wenn das vorstehende Rotationsmodell in MPC-Form geschrieben wird, ergibt sich Folgendes: $θ (k + 1.. Nx) = Z \cdot θ (k) + N \cdot (v \cdot tan (δ)) (k .. k + N x - 1)$
was optimiert ist als: $J_{k} = \frac{1}{2} {[X' - X d]}^{T} Q [X' - X d] + \frac{1}{2} U'^{T} R U'$
wobei Xd ein Satz gewünschter Trajektorien-Bewegungsrichtungen des Fahrzeugs 100 darstellt.
3 stellt ein System 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches die vorstehende Lehre verwendet. Das System 300 ist ein System 300 zum Regeln einer Trajektorie eines Fahrzeugs 100. Obwohl das System 300 im Zusammenhang mit einem landgängigen Fahrzeug 100 beschrieben ist, versteht es sich, dass dies, wie vorstehend angemerkt, nicht einschränkend ist.
Das System 300 umfasst ein Regelmittel 310 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Mittel 320 zum Bestimmen eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs zum Bestimmen von einem oder mehreren Parametern eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs, Mittel 330 zum Bestimmen des gewünschten Zustands und Fahrzeugregelmittel 340. Allgemeiner ausgedrückt ist das Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands angeordnet, um wirksam einen aktuellen Zustand eines Prozesses zu bestimmen, und das Mittel 330 zum Bestimmen des gewünschten Zustands ist angeordnet, um, einen gewünschten Zustand des Prozesses zu bestimmen. Das Fahrzeugregelmittel 340 kann ein Mittel sein, das den Prozess wirksam regelt.
Das Regelmittel 310 wird ferner Bezug nehmend auf 4 beschrieben, die eine Ausführungsform des Regelmittels 310 schematisch darstellt. Das Regelmittel 310 kann elektronische Schaltungen umfassen. Das Regelmittel 310 kann eine oder mehrere elektronische Verarbeitungsvorrichtungen oder Prozessoren umfassen, die wirksam computerlesbare Befehle ausführen. Die computerlesbaren Befehle können in einem Speicher gespeichert sein, auf den die eine oder die mehreren elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen zugreifen können. Die computerlesbaren Befehle können, wenn sie ausgeführt werden, die eine oder die mehreren elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen veranlassen, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie etwa das in 5 dargestellte, zu implementieren. Das Regelmittel 310 umfasst Eingangsmittel zum Empfangen eines Signals, das den aktuellen Zustand des Fahrzeugs 100 anzeigt. Das Signal kann ein elektronisches Signal sein, das die aktuellen Zustandsdaten anzeigt. Die aktuellen Zustandsdaten können durch das Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands bereitgestellt werden. Das Regelmittel 310 kann Eingangsmittel zum Empfangen eines Signals, das den gewünschten Zustand des Fahrzeugs 100 anzeigt, umfassen. Das Signal kann ein elektronisches Signal sein, dass die gewünschten Zustandsdaten anzeigt. Die gewünschten Zustandsdaten können durch das Mittel 330 zum Bestimmen des gewünschten Zustands bereitgestellt werden. Das Regelmittel 310 umfasst Ausgangsmittel zum Ausgeben eines Signals, das eine oder mehrere Eingangsgrößen anzeigt, die dem Fahrzeug 100 bereitgestellt werden. Das Signal kann ein elektronisches Signal sein, im Folgenden Fahrzeugregelsignal, das die eine oder mehreren Fahrzeugeingangsgrößen U anzeigt. Das Regelsignal kann an das Fahrzeugregelmittel 340 bereitgestellt werden.
Das Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands (current state determining means - CSDM) ist angeordnet, um bei Verwendung einen oder mehrere Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Das CSDM 320 kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Bestimmen von jedem jeweiligen Parameter des aktuellen Zustands umfassen. Das CSDM 320 kann eine Magnetometervorrichtung zum Bestimmen einer aktuellen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 100 umfassen. Das Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands kann eine Standortbestimmungsvorrichtung umfassen, die einen Empfänger zum Empfangen von drahtlosen Navigationssignalen wie etwa von GPS- oder GLONASS-Satelliten umfassen kann, von welchen der Standort des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Das CSDM 320 kann weitere Vorrichtungen wie etwa eine Höhenmesservorrichtung zum Bestimmen einer Höhe des Fahrzeugs 100, eine oder mehrere Abtastvorrichtungen zum Abtasten, d. h. dem Übertragen und Empfangen von Strahlung aus einer Umgebung des Fahrzeugs 100, wie etwa LIDAR, umfassen. Das CSDM 320 kann Bildgebungsmittel wie etwa eine oder mehrere Bildgebungsvorrichtungen zum Ausgeben von Bilddaten, die der Umgebung des Fahrzeugs 100 entsprechen, wie etwa eine oder mehrere Kameras, umfassen. Weitere Vorrichtungen können vorgesehen sein, die zum Bestimmen von Parametern des aktuellen Zustands des Fahrzeugs zweckmäßig sind. Das CSDM 320 kann die aktuellen Zustandsdaten, X(k), ausgeben, die den einen oder die mehreren Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs anzeigen. Die aktuellen Zustandsdaten können die Position oder den Standort des Fahrzeugs sowie die aktuelle Bewegungsrichtung des Fahrzeugs anzeigen.
Das Mittel 330 zum Bestimmen des gewünschten Zustands (desired state determining means - DSDM) kann elektronische Schaltungen umfassen. Das DSDM 310 kann eine oder mehrere elektronische Verarbeitungsvorrichtungen oder Prozessoren umfassen, die wirksam computerlesbare Befehle ausführen. Die computerlesbaren Befehle können in einem Speicher gespeichert sein, auf den die eine oder die mehreren elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen zugreifen können. Die computerlesbaren Befehle können, wenn sie ausgeführt werden, die eine oder die mehreren elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen veranlassen, den gewünschten Zustand des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Der gewünschte Zustand kann beispielsweise eine Position entlang eines navigierbaren Weges oder innerhalb eines navigierbaren Bereichs wie etwa eine Straße oder eine Parkposition des Fahrzeugs 100 sein. Andere gewünschte Zustände des Fahrzeugs können vorgesehen sein. Dem DSDM 330 können die aktuellen Zustandsdaten von dem Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands bereitgestellt werden. Das DSDM 330 kann angeordnet sein, um auf digitale Kartendaten zuzugreifen, wie sie etwa in einem für das DSDM 330 zugreifbaren Speichermittel gespeichert sind, die eine Gestaltung oder eine Geometrie des navigierbaren Weges anzeigen, von welchen der gewünschte Zustand bestimmt werden kann. Das DSDM 330 kann beispielsweise Bilddaten empfangen, die von dem Mittel 320 zum Bestimmen des aktuellen Zustands bereitgestellt sind, um einen Parkstandort des Fahrzeugs bezogen auf ein oder mehrere Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs 100, wie etwa andere geparkte Fahrzeuge, zu bestimmen. Das DSDM 330 stellt dem Regelmittel 310 die Daten zum gewünschten Zustand, Xd, bereit.
Dem Fahrzeugregelmittel (vehicle control means - VCM) 340 wird das Fahrzeugregelsignal U von dem Regelmittel 310 als eine Eingabe bereitgestellt. Das VCM 340 umfasst Mittel zum Regeln des Zustands des Fahrzeugs 100. Das VCM 340 kann angeordnet sein, um den einen oder die mehreren Parameter des Zustands des Fahrzeugs, die von dem CSDM 320 bestimmt wurden, zu beeinflussen oder zu regeln. Das VCM 340 ist beispielsweise betriebsfähig, die Bewegungsrichtung und die Position des Fahrzeugs 100 zu regeln. Das VCM 340 kann Mittel zum Regeln der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 100, wie etwa eine Lenkregelung, umfassen. Die Lenkregelung kann mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden sein, die angeordnet sind, um ein Lenksystem des Fahrzeugs zu bewegen, welches ein oder mehrere Lenkräder des Fahrzeugs 100 umfassen kann. Das VCM 340 kann Mittel zum Regeln der Position des Fahrzeugs 100 umfassen, welche die Lenkregelung und eine Bewegungsregelung zum Regeln der Bewegung des Fahrzeugs wie etwa in der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung umfassen kann, obwohl die Bewegungsregelung bei einigen Fahrzeugen Mittel zum Regeln einer Höhe des Fahrzeugs 100 umfassen kann, wie etwa durch Regeln einer Geschwindigkeit eines Motors, der einem Propeller oder einem Rotor des Fahrzeugs ein Drehmoment bereitstellt.
4 stellt schematisch funktionale Einheiten des Regelmittels 310 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das Regelmittel 310 umfasst ein erstes prädiktives Regelungsmodul 410 und ein zweites prädiktives Regelungsmodul 420. Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 ist angeordnet, um den ersten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus mehreren Zeitpunkten, d. h. k+1, k+2 usw., zu bestimmen. Das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ist angeordnet, um den zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus mehreren Zeitpunkten, d. h. k+1, k+2 usw., zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen können zwischen 10 und 50 Vorhersagen des ersten und des zweiten Parameters bestimmt werden, obwohl es sich versteht, dass andere Anzahlen von Vorhersagen bestimmt werden können. Ferner kann die Abtastzeit innerhalb eines Bereichs von 0,005 bis 0,08 Sekunden liegen, obwohl, abhängig von den Eigenschaften des modellierten Fahrzeugs, Werte außerhalb dieses Bereichs verwendet werden können.
Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 ist angeordnet, um eine Schätzung des ersten Parameters des Zustands des Fahrzeugs 100 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 130-180 in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 und einem ersten mit dem Fahrzeug 100 verbundenen Modell zu bestimmen. Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 ist angeordnet, um als eine Eingabe ein Signal 411 zu empfangen, das mindestens einen aktuellen ersten mit dem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 verbundenen Parameter anzeigt. Wenn es sich bei dem ersten Parameter um die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs handelt, zeigt das Signal 411 die aktuelle Bewegungsrichtung θ des Fahrzeugs 100 an.
Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 ist angeordnet, um eine oder mehrere Eingangsgrößen 430 des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Die eine oder die mehreren Eingangsgrößen 430 werden in Abhängigkeit von den Schätzungen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 130-180 und der gewünschten ersten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 bestimmt. Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 ist angeordnet, um als eine Eingabe ein Signal 413 zu empfangen, das gewünschte erste mit den mehreren gewünschten Zuständen 180, 130, 140, 150, 160, 170 des Fahrzeugs 100 verbundene Parameter anzeigt. Das Signal 413 kann die gewünschten ersten Parameter zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten anzeigen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Signal 413 ein Vektor, der die gewünschten ersten Parameter zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten anzeigt. Der Vektor kann ein Vektor von gewünschten Zuständen des Fahrzeugs 100, d. h. Xd, sein. Wenn es sich bei dem ersten Parameter um die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs handelt, zeigt das Signal 413 die gewünschte Bewegungsrichtung θ des Fahrzeugs 100 an.
Das erste prädiktive Regelungsmodul 410 umfasst Daten, die ein Erster-Parameter-Modell 412 des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die Daten, die das Erster-Parameter-Modell 412 anzeigen, können in einem Speicher gespeichert sein, der mit dem ersten prädiktiven Regelungsmodul 410 verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste prädiktive Regelungsmodul ein Erster-Parameter-Vorhersagemodul umfassen, welches das Erster-Parameter-Modell 412 zum Bestimmen der Schätzungen des ersten Parameters umfasst. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Erster-Parameter-Modell 412 um ein Rotationsmodell 412 des Fahrzeugs 100. Das Rotationsmodell 412 kann das vorstehend beschriebene Rotationsmodell sein.
In Abhängigkeit von dem aktuellen ersten Parameter 411 und dem Erster-Parameter-Modell 412 ist das erste prädiktive Regelungsmodul 410 angeordnet, um den ersten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 415, d. h. k+1, k+2 usw., zu bestimmen. Somit ist bei einigen Ausführungsformen das erste prädiktive Regelungsmodul 410 angeordnet, um die Bewegungsrichtung θ des Fahrzeugs zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 130-170, wie in 1 gezeigt, zu bestimmen. Es versteht sich, dass es sich hierbei um Vorhersagen oder Schätzungen der Bewegungsrichtung zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte handelt. Ein Signal 415, das die mehreren Vorhersagen des ersten Parameters anzeigt, wird dem zweiten prädiktiven Regelungsmodul 420 bereitgestellt. Somit ist verständlich, dass das erste und das zweite prädiktive Regelungsmodul 410, 420 mit den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters kaskadiert werden, die dem zweiten prädiktiven Regelungsmodul 420 bereitgestellt werden.
Die mehreren Vorhersagen des ersten Parameters werden bei einigen Ausführungsformen auch an ein Erster-Parameter-Optimierungsmodul 414 des ersten prädiktiven Regelungsmoduls 410 bereitgestellt. Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul ist angeordnet, um mindestens einen Fahrzeugregelparameter in Abhängigkeit von den Schätzungen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands 120 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten zu bestimmen. Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul 414 ist angeordnet, um das Signal 415 zu empfangen, das die mehreren Vorhersagen des ersten Parameters von dem Erster-Parameter-Modell 412 anzeigt. Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul 414 ist angeordnet, um das Signal 416, das die gewünschten ersten Parameter zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten anzeigt, zu empfangen.
Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul 414 ist angeordnet, um eine oder mehrere Eingangsgrößen 430 zum Reduzieren eines Fehlers zwischen den Vorhersagen des ersten Parameters und des gewünschten ersten Parameters zu bestimmen. Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul kann eine Kostenfunktion bestimmen, wie etwa J_k wie vorstehend beschrieben, wobei die Eingangsgrößen bestimmt werden, die minimale Kosten ergeben, d. h. Kosten, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert oder einem Mindestwert liegen, sodass sie zum kleinsten Fehler führen.
Das Erster-Parameter-Optimierungsmodul 414 ist angeordnet, um ein Signal 430 auszugeben, das mindestens einen Fahrzeugregelparameter anzeigt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Erster-Parameter-Optimierungsmodul angeordnet, um ein Betätigungssignal zum Regeln mindestens eines Aktuators, der angeordnet ist, um das Fahrzeug 100 zu regeln, auszugeben. Das Betätigungssignal kann beispielsweise an einen oder mehrere Aktuatoren bereitgestellt werden, die angeordnet sind, um ein Lenksystem des Fahrzeugs zu regeln, d. h. einen Winkel eines oder mehrerer Lenkräder des Fahrzeugs 100 zu regeln.
Bei einigen Ausführungsformen zeigt das Signal ν und δ an, die Longitudinal- bzw. Lateralstellgrößen sind. Das Signal 413 kann Folgendes anzeigen: $ν . tan (δ)$
Das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ist angeordnet, um eine Schätzung des zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 130-180 in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 und einem zweiten mit dem Fahrzeug 100 verbundenen Modell zu bestimmen. Das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ist angeordnet, um als eine Eingabe ein Signal 423 zu empfangen, das mindestens einen aktuellen zweiten mit dem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 verbundenen Parameter anzeigt. Wenn es sich bei dem zweiten Parameter um die Position des Fahrzeugs 100 handelt, zeigt das Signal 423 die aktuelle Position des Fahrzeugs 100 an.
Das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ist angeordnet, um eine oder mehrere Eingangsgrößen 440 des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Die eine oder die mehreren Eingangsgrößen 440 werden in Abhängigkeit von den Schätzungen des zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten und der gewünschten zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 bestimmt. Das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ist angeordnet, um als eine Eingabe ein Signal 421 zu empfangen, das gewünschte zweite mit den mehreren gewünschten Zuständen 130, 140, 150, 160, 170, 180 des Fahrzeugs 100 verbundene Parameter anzeigt. Das Signal 421 kann die gewünschten zweiten Parameter zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten anzeigen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Signal 421 ein Vektor, der die gewünschten zweiten Parameter zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten anzeigt. Der Vektor kann ein Vektor von gewünschten Zuständen des Fahrzeugs 100, d. h. Xd, sein. Wenn es sich bei dem zweiten Parameter um die Position des Fahrzeugs handelt, zeigt das Signal 413 die gewünschte Position, die als Positionskoordinaten definiert sein kann, des Fahrzeugs 100 an. Bei einigen Ausführungsformen lauten die Positionskoordinaten (x, y), die jede gewünschte Position anzeigen.
Das zweite prädiktive Regelungsmodul 410 umfasst Daten, die ein Zweiter-Parameter-Modell 422 des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die Daten, die das Zweiter-Parameter-Modell 422 anzeigen, können in einem Speicher gespeichert sein, der mit dem zweiten prädiktiven Regelungsmodul 420 verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 ein zweites Parametervorhersagemodul umfassen, welches das Zweiter-Parameter-Modell 422 zum Bestimmen der Schätzungen des zweiten Parameters umfasst. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Zweiter-Parameter-Modell 412 um ein Positionsmodell 422 des Fahrzeugs 100. Das Positionsmodell 422 kann das vorstehend beschriebene Positionsmodell sein.
In Abhängigkeit von dem aktuellen zweiten Parameter 421 und dem Zweiter-Parameter-Modell 422 ist das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 angeordnet, um den zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten, d. h. k+1, k+2, usw., zu bestimmen. Somit ist bei einigen Ausführungsformen das zweite prädiktive Regelungsmodul 420 angeordnet, um die Position des Fahrzeugs 100 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten 130-180, wie in 1 gezeigt, zu bestimmen. Es versteht sich, dass es sich hierbei um Vorhersagen bzw. Schätzungen der Position des Fahrzeugs zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte handelt. Die Position des Fahrzeugs 100 kann als Positionskoordinaten des Fahrzeugs 100 zu jedem Zeitpunkt definiert werden. Bei einigen Ausführungsformen lauten die Positionskoordinaten (x, y), die jede gewünschte Position anzeigen. Bei einigen Ausführungsformen beziehen sich die Positionskoordinaten auf die aktuelle Position 110 des Fahrzeugs 100. Das Zweiter-Parameter-Modell 422 ist angeordnet, um ein Signal 425, das die mehreren Vorhersagen des zweiten Parameters anzeigt, auszugeben.
Die mehreren Vorhersagen des zweiten Parameters werden bei einigen Ausführungsformen auch an ein Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul 424 des zweiten prädiktiven Regelungsmoduls 420 bereitgestellt. Das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul 424 ist angeordnet, um mindestens einen Fahrzeugregelparameter in Abhängigkeit von den Schätzungen des zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten zu bestimmen. Das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul 424 ist angeordnet, um das Signal 415 zu empfangen, das die mehreren Vorhersagen des zweiten Parameters von dem Zweiter-Parameter-Modell 422 anzeigt.
Das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul 424 ist angeordnet, um eine oder mehrere Eingangsgrößen 440 zum Reduzieren eines Fehlers zwischen den Vorhersagen des zweiten Parameters und den gewünschten zweiten Parametern zu bestimmen. Das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul kann eine Kostenfunktion bestimmen, wie etwa J_k wie vorstehend beschrieben, wobei die eine oder die mehreren Eingangsgrößen bestimmt werden, die minimale Kosten ergeben, d. h. Kosten, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert oder einem Mindestwert liegen, sodass sie zum kleinsten Fehler führen.
Das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul 424 ist angeordnet, um ein Signal 440 auszugeben, das mindestens einen Fahrzeugregelparameter anzeigt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Zweiter-Parameter-Optimierungsmodul angeordnet, um ein Betätigungssignal 440 zum Steuern mindestens eines Aktuators, der angeordnet ist, um das Fahrzeug 100 zu regeln, auszugeben.
Bei einigen Ausführungsformen zeigt das Signal 440 ν an, wobei es sich um die Longitudinal-Stellgröße handelt.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Regelmittel 310 ein Mittel 450 zum Bestimmen der Stellgrößen (control variable determining means - CVDM). Das CVDM 450 ist angeordnet, um eine oder mehrere Stellgrößen des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Das CVDM 450 kann angeordnet sein, um ein Signal 455 auszugeben, das die eine oder die mehreren Stellgrößen anzeigt. Bei einigen Ausführungsformen ist das CVDM 450 angeordnet, um erste und zweite Stellgrößen zu bestimmen, bei denen es sich um eine Longitudinal-Stellgröße V und eine Lateral-Stellgröße δ des Fahrzeugs 100 handeln kann.
Das CVDM 450 ist angeordnet, um die Signale 430, 440 von dem ersten bzw. dem zweiten prädiktiven Regelungsmodul 410, 420 zu empfangen. Bei einigen Ausführungsformen können die Longitudinal-Stellgröße V und die Lateral-Stellgröße δ des Fahrzeugs 100 bestimmt werden als: $V = ν$
und $δ = atan \frac{ν . tan (δ)}{ν}$
Das CVDM 450 kann ein Fahrzeugregelsignal 455 ausgeben, das die bestimmten Fahrzeugstellgrößen anzeigt.
Bezug nehmend auf 5 ist ein Verfahren 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. 5 stellt ein Verfahren 500 zum Regeln eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Es versteht sich, dass ein Verfahren zum Regeln eines Prozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gleichwertige Schritte umfassen kann. Das Verfahren 500 kann durch das System 300 nach einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den 3 und 4 durchgeführt werden. Obwohl Schritte, die das Verfahren 500 ausbilden, in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben sind, versteht es sich, dass Schritte in einer anderen als der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden können. Schritt 530 kann beispielsweise vor oder parallel zu Schritt 520 durchgeführt werden.
Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 zum Bestimmen eines aktuellen Zustands des Fahrzeugs 100. Bei Schritt 510 kann der aktuelle Zustand des Fahrzeugs durch das CSDM 320 bestimmt werden, das den aktuellen Zustand des Fahrzeugs 100 bezüglich einer Umgebung des Fahrzeugs 100 bestimmt. Das CSDM 320 kann beispielsweise drahtlose Navigationssignale empfangen, um den Standort des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Das CSDM 320 kann Strahlung aus der Umgebung des Fahrzeugs 100 empfangen, die von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs 100 widergespiegelt werden kann. Schritt 510 umfasst bei einigen Ausführungsformen das Bestimmen von ersten und zweiten Parametern, die bei einigen Ausführungsformen mit dem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 verbunden sind. Der erste und der zweite Parameter können eine Rotation und eine Position des Fahrzeugs 100 sein.
Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 520 zum Bestimmen von gewünschten Zuständen des Fahrzeugs 100. Bei Schritt 520 kann der gewünschte Zustand des Fahrzeugs durch das DSDM 330 bestimmt werden. Der gewünschte Zustand des Fahrzeugs 100 kann in Bezug auf die Umgebung des Fahrzeugs 100 bestimmt werden, d. h. die gewünschten Zustände des Fahrzeugs 100 können als ein Standort des Fahrzeugs in Bezug auf die Umgebung zu jedem aus mehreren Zeitpunkten bestimmt werden. Die gewünschten Zustände des Fahrzeugs 100, wie etwa gewünschte zukünftige Standorte des Fahrzeugs 100, können basierend auf dem aktuellen Standort des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs 100 bestimmt werden. Jeder gewünschte Zustand des Fahrzeugs zu einem jeweiligen Zeitpunkt kann bei einigen Ausführungsformen mit einem gewünschten ersten und zweiten Parameter des Fahrzeugs 100 verbunden sein. Der erste und der zweite Parameter können eine Rotation und eine Position des Fahrzeugs 100 sein.
Bei Schritt 530 des Verfahrens 500 wird ein erster Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten bestimmt. Der erste Parameter der Fahrzeugtrajektorie wird bei einigen Ausführungsformen in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100 und einem ersten mit dem Fahrzeug 100 verbundenen Modell bestimmt, wie vorstehend in Verbindung mit 4 beschrieben. Der erste Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 wird bei Schritt 530 zu jedem der mehreren Zeitpunkte, d. h. k+1, k+2 usw., bestimmt. Der erste Parameter kann eine Rotation des Fahrzeugs 100 sein, wie vorstehend erörtert. Somit wird bei Schritt 530 der erste Parameter zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand 110 geschätzt.
Bei Schritt 540 des Verfahrens 500 wird ein zweiter Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten bestimmt. Der zweite Parameter der Fahrzeugtrajektorie wird bei einigen Ausführungsformen in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand 110 des Fahrzeugs 100, den mehreren Vorhersagen des ersten, bei Schritt 530 bestimmten Parameters und einem zweiten mit dem Fahrzeug 100 verbundenen Modell bestimmt, wie vorstehend in Verbindung mit 4 beschrieben. Der zweite Parameter der Fahrzeugtrajektorie 120 wird bei Schritt 540 zu jedem der mehreren Zeitpunkte, d. h. k+1, k+2 usw., bestimmt. Der erste Parameter kann eine Rotation des Fahrzeugs 100 sein, wie vorstehend erörtert. Schritt 540 kann Empfangen der mehreren Vorhersagen des ersten Parameters, wie bei Schritt 530 bestimmt, umfassen. Somit wird bei Schritt 540 der zweite Parameter zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand 110 geschätzt.
Bei Schritt 550 kann eine erste Kostenfunktion, die mit den vorhergesagten und den gewünschten ersten Parametern des Fahrzeugs verbunden ist, minimiert werden. Schritt 550 kann den ersten Parameter, der zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte bei Schritt 530 geschätzt wurde, und den gewünschten ersten Parameter des Fahrzeugs 100 zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte, wie bei Schritt 520 bestimmt, verwenden. Schritt 550 kann das Bestimmen von ν und δ umfassen, wobei es sich um Longitudinal- bzw. Lateral-Stellgrößen handelt, wie vorstehend beschrieben. Schritt 550 kann bestimmen, bei einigen Ausführungsformen wird ν. tan(δ) bestimmt.
Bei Schritt 560 kann eine zweite Kostenfunktion, die mit den vorhergesagten und gewünschten zweiten Parametern des Fahrzeugs verbunden ist, minimiert werden. Schritt 550 kann den zweiten Parameter, der zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte bei Schritt 540 geschätzt wurde, und den gewünschten zweiten Parameter des Fahrzeugs 100 zu jedem der zukünftigen Zeitpunkte, wie bei Schritt 520 bestimmt, verwenden. Schritt 550 kann bei einigen Ausführungsformen das Bestimmen von ν umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 570 zum Bestimmen einer oder mehrerer Fahrzeugeingangsgrößen. Schritt 570 kann bei einigen Ausführungsformen Empfangen von ν. tan(δ) und ν umfassen. In Abhängigkeit davon können V und δ als V = ν und $δ = atan \frac{ν . tan (δ)}{ν}$
wie vorstehend beschrieben bestimmt werden.
Es wurde beobachtet, dass beim Regeln von einigen Fahrzeugen eine Verzögerung zwischen einer Anwendung einer Eingangsgröße und einer Reaktion des Fahrzeugs, wie etwa auf eine Lenkeingabe, beobachtet wurde. Es wurde beobachtet, dass die Verzögerung bei niedrigen Geschwindigkeiten ca. 0,2 Sekunden bis ca. 0,8 Sekunden beträgt, obwohl es sich versteht, dass diese Verzögerungen lediglich veranschaulichend sind. Vorteilhaft können die in Ausführungsformen der Erfindung verwendeten Modelle eine Verzögerung beinhalten, um das Fahrzeug 100 genauer zu modellieren.
Ein Rotationsmodell einschließlich einer Verzögerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann gegeben sein durch:
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Wert Verzögerung in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 bestimmt werden.
Die Verwendung eines derartigen Modells ergibt Folgendes: $[\begin{matrix} θ (k + 1) \\ θ (k + 2) \\ ⋮ \\ ⋮ \\ ⋮ \\ θ (k + N x) \end{matrix}] = θ (k) + N \cdot [\begin{matrix} U (k - d e l a y + 1) \\ U (k - d e l a y + 2) \\ ⋮ \\ U (k) \\ ⋮ \\ U (k + N x - 1) \end{matrix}]$
wobei U(k) eine Eingangsgröße zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt k darstellt und die Eingangsgrößen U(k-Verzögerung+1), U(k-Verzögerung+2) usw. zuvor angewendete Eingangsgrößen darstellen.
6 stellt ein weiteres Fahrzeugmodell nach einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das in 6 dargestellte Fahrzeugmodell ist ein dynamisches Fahrzeugmodell, das einen oder mehrere, mit der Bewegung des Fahrzeugs verbundene Parameter beinhaltet. Das in 6 dargestellte Modell kann die Parameter des in 2 gezeigten Modells beinhalten. Das in 6 dargestellte Modell umfasst die folgenden Parameter, wobei es sich versteht, dass nicht alle Ausführungsformen des Modells alle der Parameter beinhalten:

I_f, wobei es sich um einen Abstand von einem Schwerpunkt (centre of gravity - CG) zu einer Vorderachse handelt;
1" wobei es sich um einen Abstand von dem CG zu einer Hinterachse handelt;
v_x, wobei es sich um eine Geschwindigkeit auf der x-Achse handelt;
v_y, wobei es sich um eine Geschwindigkeit auf der y-Achse handelt;
F_xr, wobei es sich um eine Kraft an der Hinterachse auf der x-Achse handelt;
F_yr, wobei es sich um eine Kraft an der Hinterachse auf der y-Achse handelt;
A_f, wobei es sich um einen vorderen Schräglaufwinkel handelt;
α_r, wobei es sich um einen hinteren Schräglaufwinkel handelt;
F_xf, wobei es sich um eine Kraft an der Vorderachse auf der x-Achse handelt;
F_yf, wobei es sich um eine Kraft an der Vorderachse auf der y-Achse handelt;
β, wobei es sich um einen Winkel zwischen der Bewegungsrichtung und dem Fahrzeug handelt;
θ, wobei es sich um die Bewegungsrichtung handelt;
C.G., wobei es sich um CG (den Schwerpunkt) handelt.
r, wobei es sich um die Gierrate handelt.

7 veranschaulicht ein Fahrzeug 700 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 700 kann angeordnet sein, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchzuführen und/oder eine Regeleinrichtung 310 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu umfassen.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in der Form von Hardware, Software oder einer Kombination aus Hardware und Software ausgeführt werden können. Eine derartige Software kann in Form von flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicherung, wie etwa beispielsweise einer Speichervorrichtung wie einem ROM, ob löschbar oder überschreibbar oder nicht, oder in Form von Speicher, wie etwa beispielsweise RAM, Speicherchips, Geräte- oder integrierten Schaltkreisen, oder auf einem optisch oder magnetisch lesbaren Medium, wie etwa beispielsweise einer CD, DVD, Magnetplatte oder einem Magnetband, gespeichert werden. Es versteht sich, dass die Speichervorrichtungen und Speichermedien Ausführungsformen von maschinenlesbarem Speicher sind, die zum Speichern eines Programms oder von Programmen geeignet sind, die, wenn sie ausgeführt werden, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementieren. Entsprechend stellen Ausführungsformen ein Programm bereit, das Code zum Implementieren eines Systems oder Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, und einen maschinenlesbaren Speicher zum Speichern eines solchen Programms. Weiterhin können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung elektronisch über jedes Medium wie etwa ein über eine verdrahtete oder Funkverbindung getragenes Kommunikationssignal übermittelt werden und Ausführungsformen umfassen diese auf geeignete Weise.
Alle in dieser Patentschrift offenbarten Merkmale (einschließlich jeglicher beiliegender Patentansprüche, Zusammenfassung und Zeichnungen) und/oder alle Schritte jeglicher derart offenbarter Verfahren und Vorgänge können beliebig kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, in denen wenigstens einige dieser Merkmale und/oder Schritte einander gegenseitig ausschließen.
Jedes in dieser Spezifikation (einschließlich jeglicher beigefügter Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die demselben, einem gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes aufgeführt ist. Sofern also nicht ausdrücklich etwas anderes aufgeführt ist, ist jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer allgemeinen Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen.
Die Erfindung ist nicht auf die Details der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes neuartige Merkmal oder jede neuartige Kombination von in dieser Patentschrift offenbarten Merkmalen (einschließlich jeglicher beigefügter Patentansprüche, Zusammenfassung und Zeichnungen) oder auf jeden neuartigen oder jede neuartige Kombination der Schritte beliebiger derart offenbarter Verfahren und Vorgänge. Die Ansprüche sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie lediglich die vorhergehenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch Ausführungsformen, die in den Umfang der Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Fahrzeugs, Folgendes umfassend: Vorhersagen eines ersten Parameters eines Fahrzeugzustands zu jedem aus mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem ersten Parameter eines aktuellen Fahrzeugzustands und einem ersten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell; Vorhersagen eines zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter des aktuellen Fahrzeugzustands, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands und einem zweiten mit dem Fahrzeug verbundenen Modell; Bestimmen von einer oder mehreren Eingangsgrößen für das Fahrzeug zu jedem der Zeitpunkte in Abhängigkeit von den Vorhersagen der ersten und zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie zu jedem der mehreren Zeitpunkte und gewünschten ersten und zweiten Parametern der Fahrzeugtrajektorie zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten.
Regeleinrichtung, Folgendes umfassend: Eingangsmittel zum Empfangen eines Signals, das einen aktuellen Zustand des Fahrzeugs anzeigt; Speichermittel zum Speichern von ersten und zweiten Modellen, die mit dem Fahrzeug verbunden sind; Verarbeitungsmittel, angeordnet zu Folgendem: Vorhersagen eines ersten Parameters eines Fahrzeugzustands zu jedem aus mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem ersten Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs und dem ersten Modell; Vorhersagen eines zweiten Parameters des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter des aktuellen Zustands des Fahrzeugs, den mehreren Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands und dem zweiten Modell; Bestimmen von einer oder mehreren Eingangsgrößen für das Fahrzeug zu jedem der Zeitpunkte in Abhängigkeit von den Vorhersagen der ersten und zweiten Parameter der Fahrzeugtrajektorie und den gewünschten ersten und zweiten Parametern des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten; und Ausgangsmittel, angeordnet, um ein oder mehrere Signale auszugeben, die die eine oder die mehreren Eingangsgrößen anzeigen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Verarbeitungsmittel angeordnet ist, die Vorhersagen des ersten Parameters des Fahrzeugzustands als eine Eingabe in das zweite Modell bereitzustellen, den zweiten Parameter des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten vorherzusagen und wobei das Verarbeitungsmittel gegebenenfalls angeordnet ist, jede Vorhersage des ersten Parameters der Fahrzeugtrajektorie an eine trigonometrische, mit dem zweiten Modell verbundene Funktion bereitzustellen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der erste Parameter des Fahrzeugzustands eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist, das erste Modell ein mit dem Fahrzeug verbundenes Rotationsmodell ist, der zweite Parameter des Fahrzeugzustands eine Position des Fahrzeugs ist und das zweite Modell ein mit dem Fahrzeug verbundenes Positionsmodell ist.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Verarbeitungsmittel angeordnet ist, um eine Minimierung mindestens einer mit der einen oder den mehreren Eingangsgrößen verbundenen Kostenfunktion zu bestimmen, wobei das Bestimmen der Minimierung der mindestens einen Kostenfunktion gegebenenfalls das Bestimmen einer Minimierung einer Kostenfunktion umfasst, die mit mindestens einem aus dem ersten Modell und dem zweiten Modell verbunden ist.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Kostenfunktion eine oder mehrere Gewichtungen umfasst, die jeweils mit einer oder mehreren aus den Eingangsgrößen und einem oder mehreren der mit den Fahrzeugzuständen verbundenen Parameter verbunden sind.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Verarbeitungsmittel angeordnet ist, um die Vorhersage von einem oder beiden aus dem ersten und dem zweiten Parameter des Fahrzeugzustands zu jedem aus den mehreren Zeitpunkten zu bestimmen, die mit jeweiligen gewünschten Zuständen des Fahrzeugs zu jedem der jeweiligen Zeitpunkte verbunden sind.
System, Folgendes umfassend: die Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7; ein Lenkregelungsmittel zum Regeln eines Lenksystems des Fahrzeugs, angeordnet, um das eine oder die mehreren Signale zu empfangen, welche die eine oder die mehreren Eingangsgrößen anzeigen, und das Fahrzeug in Abhängigkeit davon zu regeln.
Fahrzeug, angeordnet, um das Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, oder das System nach Anspruch 8 durchzuführen.
Computersoftware, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt wird, dazu angeordnet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 auszuführen.