DE102019200611A1

DE102019200611A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019200611A1
Application number: DE102019200611.6A
Authority: DE
Inventors: Rolf Kunzler; Hardy Naumann; Jonas Schwieger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs. Das Verfahren beinhaltet ein Empfangen von ersten Informationen über eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse, von zweiten Informationen über eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse sowie von dritten Informationen über eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse. Ferner beinhaltet das Verfahren ein Einstellen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit mittels eines ersten Algorithmus. Der erste Algorithmus stellt die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs gierratenunabhängig ein. Weiterhin beinhaltet das Verfahren ein Einstellen, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen, einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs auf die Soll-Gierrate mittels eines zweiten Algorithmus. Der zweite Algorithmus kann die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht beeinflussen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lenk- und Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs sowie auf ein Fahrzeug selbst.
Für Fahrzeuge sind verschiedene Antriebstrang- und Lenkstrangstrukturen bekannt. Ein Antriebsstrang kann beispielsweise aus vier unabhängig voneinander drehbaren Rädern, die jeweils separate angetrieben werden können, bestehen. Alternativ können z.B. zwei Räder des Fahrzeugs auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sein, so dass sie nur gemeinsam drehbar bzw. antreibbar sind. Auch können Fahrzeuge unterschiedliche Anzahlen an Rädern aufweisen (z.B. vier oder sechs Räder), von denen alle oder nur einige angetrieben sein können. Ebenso können z.B. alle oder nur einige der Räder lenkbar sein.
In automatisierten Fahrzeugen wird für gewöhnlich unabhängig von der konkreten Antriebstrang- und Lenkstrangstruktur des Fahrzeugs durch eines oder mehrere Steuergeräte eine auszuführende Fahrzeugbewegung bestimmt bzw. berechnet. Beispielsweise kann die Fahrzeugbewegung durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit in Fahrtrichtung und eine Gierrate für eine bestimmte Zeit beschrieben sein. Die geforderte Fahrzeugbewegung ist dann entsprechend durch die Antriebs- und Lenkstrangstruktur des Fahrzeugs umzusetzen.
In der Druckschrift US 6 409 287 B1 wird die Steuerung der Fahrzeuggierrate über eine steuerbare Bremskrafterhöhung vorgeschlagen, um ein besseres Kurvenverhalten des Fahrzeugs zu ermöglichen. Auch werden in den Druckschriften GB 2 414 525 A und WO 2008/038020 A2 verschiedene Ansätze zur Steuerung von Differentialen in Fahrzeugen vorgeschlagen, um eine Manövrierfähigkeit von Fahrzeug zu verbessern. Jedoch ist keiner der vorgenannten Druckschriften ein Ansatz zu entnehmen, wie eine geforderte Fahrzeugbewegung mit einer gegebenen Antriebs- und Lenkstrangstruktur umgesetzt werden kann.
Es besteht somit ein Erfordernis, eine Möglichkeit bereitzustellen, um eine geforderte Fahrzeugbewegung mit einer gegebenen Antriebs- und Lenkstrangstruktur umzusetzen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Aspekte sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Empfangen von ersten Informationen über eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse, von zweiten Informationen über eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse sowie von dritten Informationen über eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse.
Die Fahrzeuglängsachse bestimmt gemäß der Norm DIN 70000 die x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems, welche zur Front des Fahrzeugs gerichtet ist. Die ersten Informationen geben somit die Soll-Geschwindigkeit (d.h. die gewünschte Geschwindigkeit) des Fahrzeugs in Richtung der x-Achse wieder. Entsprechend geben die dritten Informationen die Ist-Geschwindigkeit (d.h. die tatsächliche Geschwindigkeit) des Fahrzeugs in Richtung der x-Achse wieder.
Die Hochachse entspricht gemäß der Norm DIN 70000 der z-Achse und steht senkrecht auf der x-Achse, d.h. der Fahrzeuglängsachse. Die Gierrate bezeichnet dabei die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse. Bei einer Kurvenfahrt gibt die Gierrate somit den Kurvenwinkel pro Zeit bzw. das in einer bestimmten Zeit überfahrene Winkelmaß an.
Die ersten Informationen und die zweiten Informationen können z.B. von einem oder mehreren Steuergeräten des Fahrzeugs, welche eine automatisierte Bewegung des Fahrzeugs steuern, zur Beschreibung der geforderten Fahrzeugbewegung bereitgestellt werden. Alternativ können die ersten Informationen und die zweiten Informationen z.B. auch von einer Stellung eines Lenkrads des Fahrzeugs sowie einer Stellung eines Gas- und/oder eines Bremspedals abgeleitet und bereitgestellt sein.
Die dritten Informationen können z.B. basierend auf Messwerten eines oder mehrerer Sensoren im bzw. am Fahrzeug bestimmt sein. Beispielsweise kann die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowohl bei einer Kurvenfahrt als auch bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs aus mittels Drehzahlsensoren gemessenen Drehzahlen von Rädern und/oder eines bzw. mehrerer Antriebsmotoren des Fahrzeugs bestimmt werden.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Einstellen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit mittels eines ersten Algorithmus. Der erste Algorithmus stellt dabei die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs gierratenunabhängig ein. Mit anderen Worten: Bei der Einstellung der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit wird weder die aktuelle Gierrate des Fahrzeugs noch eine gewünschte bzw. zukünftige Gierrate des Fahrzeugs durch den ersten Algorithmus berücksichtigt. Die Einstellung der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit mittels des ersten Algorithmus kann auf vielfältige Weise erfolgen. Zwei Beispiele sind nachfolgend näher beschrieben.
Weiterhin umfasst das Verfahren ein Einstellen, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen, einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs auf die Soll-Gierrate mittels eines zweiten Algorithmus. Der zweite Algorithmus kann dabei die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht beeinflussen. Die Einstellung der Ist-Gierrate des Fahrzeugs auf die Soll-Gierrate mittels des zweiten Algorithmus kann wiederum auf vielfältige Weise erfolgen. Zwei Beispiele sind nachfolgend näher beschrieben.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit eine Soll-Bewegung des Fahrzeugs in Form einer Soll-Geschwindigkeit in x-Richtung und einer Soll-Gierrate vorgegeben. Erfindungsgemäß findet eine hierarchische Einstellung der beiden Größen statt. In einer ersten Instanz stellt der erste Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit ein. Dies erfolgt unabhängig von der aktuellen Gierrate (d.h. der Ist-Gierrate). Mit anderen Worten: Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird sowohl bei einer Geradeausfahrt als auch bei einer Kurvenfahrt ermittelt und eingestellt. Die Einstellung der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgt somit nur in x-Richtung (d.h. in Richtung der Fahrzeuglängsachse) und unabhängig davon, ob die Fahrzeugbewegung eine Gerade beschreibt oder sich das Fahrzeug aktuell auf einer Kurvenbahnbewegung befindet. Die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird von dem ersten Algorithmus eingestellt. Sie wird dabei nicht von dem zweiten Algorithmus beeinflusst, um die Soll-Gierrate einzustellen. Stattdessen wird von dem zweiten Algorithmus der vom Fahrzeug überfahrene Kurvenradius so beeinflusst, dass sich die Soll-Gierrate bei gegebener Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellt.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der erste Algorithmus ein Regelungsalgorithmus. Mit anderen Worten: Die Ist-Geschwindigkeit wird mittels des ersten Algorithmus auf die Soll-Geschwindigkeit geregelt. Das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst dann ein Bestimmen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, eines Gesamtantriebsdrehmoments für alle angetriebenen Räder des Fahrzeugs als Stellgröße mittels des ersten Algorithmus. Ferner umfasst das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs dann ein Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Antriebsmotoren der angetriebenen Räder des Fahrzeugs. Das eine oder die mehreren Steuersignale umfasst bzw. umfassen Informationen über das Gesamtantriebsdrehmoment oder ein davon abgeleitetes Drehmoment für den jeweiligen Antriebsmotor.
Der erste Algorithmus kann als ein Fahrzeuggeschwindigkeitsregler verstanden werden, der als Stellgröße ein Gesamtantriebsdrehmoment für alle angetriebenen Räder des Fahrzeugs ausgibt. Das Gesamtantriebsdrehmoment bezeichnet das Antriebsdrehmoment, das von allen angetriebenen Rädern des Fahrzeugs zusammen abzugeben ist. Umfasst das eine bzw. umfassen die mehreren Steuersignale Informationen über das Gesamtantriebsdrehmoment, kann die Motorsteuerung des jeweiligen Antriebsmotors eines oder mehrere der angetriebenen Räder des Fahrzeugs z.B. selbsttätig ein von dem einen oder den mehreren der angetriebenen Räder abzugebendes Antriebsdrehmoment aus dem Gesamtantriebsdrehmoment ableiten. Werden beispielsweise alle Räder des Fahrzeugs jeweils einzeln von einem zugeordneten Antriebsmotor angetrieben, können die Motorsteuerungen der jeweiligen Antriebsmotoren z.B. selbsttätig das Gesamtantriebsdrehmoment in gleichgroße Rad-Drehmomente umsetzen. Mathematisch kann dies wie folgt ausgedrückt werden: $M_{R a d}^{s t e l l} = \frac{M_{F}^{s t e l l}}{x},$
wobei x die Anzahl der Antriebsmotoren, $M_{F}^{s t e l l}$
das jeweilige Rad-Drehmoment und $M_{R a d}^{s t e l l}$
das Gesamtantriebsdrehmoment bezeichnet. Wie oben angedeutet, kann alternativ auch der Regler selbst aus dem Gesamtantriebsdrehmoment bereits ein Drehmoment für den jeweiligen Antriebsmotor ableiten.
Ist die aktuelle Fahrzeugbewegung eine Gerade, ergeben sich für alle angetriebenen Räder gleiche Drehzahlen. Bei einer Kurvenfahrt stellen sich unterschiedliche Drehzahlen an den Rädern ein - die kurveninneren Räder drehen mit einer kleineren Drehzahl als die kurvenäußeren Räder.
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann der erste Algorithmus wiederum ein Regelungsalgorithmus sein. Das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst in den alternativen Ausführungsbeispielen ein Bestimmen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, einer jeweiligen Soll-Drehzahl für alle angetriebenen Räder des Fahrzeugs als Stellgröße mittels des ersten Algorithmus. Ferner umfasst das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Antriebsmotoren der angetriebenen Räder des Fahrzeugs. Das eine oder die mehreren Steuersignale umfasst bzw. umfassen dann Informationen über die jeweilige Soll-Drehzahl für das angetriebene Rad des Fahrzeugs. Das heißt, die Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann statt in ein Antriebsdrehmoment auch in Soll-Drehzahlen für Räder umgerechnet und diese dann von z.B. Rad-Drehzahlreglern an dem bzw. den Antriebsmotor(en) eingeregelt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen ist der zweite Algorithmus ein Regelungsalgorithmus. Mit anderen Worten: Die Ist-Gierrate wird mittels des zweiten Algorithmus auf die Soll-Gierrate geregelt. Der zweite Algorithmus kann somit als ein Gierratenregler verstanden werden. Das Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs umfasst dann ein Bestimmen, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen, eines jeweiligen Soll-Lenkwinkels für zumindest zwei lenkbare Räder des Fahrzeugs als Stellgröße mittels des zweiten Algorithmus. Ferner umfasst das Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs ein Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Stellmotoren zur Lenkung der zumindest zwei lenkbaren Räder des Fahrzeugs. Das eine oder die mehreren Steuersignale umfasst bzw. umfassen Informationen über den Soll-Lenkwinkel des jeweiligen lenkbaren Rades. Als Stellgröße dient dem Gierratenregler somit der Lenkeinschlag des Fahrzeugs. Für die lenkbaren Räder des Fahrzeugs werden Soll-Radlenkwinkel durch den Gierratenregler berechnet und über die Lenkstellmotoren eingestellt.
Da der zweite Algorithmus ein Regelungsalgorithmus ist, basiert das Bestimmen des jeweiligen Soll-Lenkwinkels mittels des zweiten Algorithmus gemäß Ausführungsbeispielen ferner auf einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs. Entsprechend kann aus einem Vergleich der Soll-Gierrate (welche die Führungsgröße ist) und der Ist-Gierrate (welche die rückgeführte Regelgröße ist) die Regelabweichung, welche in die Regelung eingeht, bestimmt werden.
In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Gierrate statt durch eine Regelung mittels analytischer Berechnung eingestellt werden. Das Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs umfasst dann ein analytisches Bestimmen eines jeweiligen Soll-Lenkwinkels für zumindest zwei lenkbare Räder des Fahrzeugs mittels des zweiten Algorithmus basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen. Ferner umfasst Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs ein Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Stellmotoren zur Lenkung der zumindest zwei lenkbaren Räder des Fahrzeugs. Das eine oder die mehreren Steuersignale umfasst bzw. umfassen Informationen über den Soll-Lenkwinkel des jeweiligen lenkbaren Rades. Beispielsweise kann im Rahmen der analytischen Berechnung der jeweiligen Soll-Lenkwinkel zunächst ein bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (d.h. der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs) notwendiger Kurvenradius bestimmt werden, um die geforderte Soll-Gierrate zu erreichen. Die jeweiligen Soll-Lenkwinkel werden dann aus dem Kurvenradius abgeleitet.
Da der zweite Algorithmus in den alternativen Ausführungsbeispielen kein Regelungsalgorithmus ist, erfolgt das Bestimmen des jeweiligen Soll-Lenkwinkels mittels des zweiten Algorithmus unabhängig von einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs, d.h. rein analytisch basierend auf der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Soll-Gierrate des Fahrzeugs.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft zudem ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft bzw. dort ausgeführt wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst einen Eingang (z.B. ein Signaleingang), der eingerichtet ist, erste Informationen über eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse, zweite Informationen über eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse sowie dritte Informationen über eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse zu empfangen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Prozessorschaltung (z.B. einer oder mehrere Prozessoren oder einer oder mehrere Prozessorkerne), die eingerichtet ist, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die Soll-Geschwindigkeit mittels eines ersten Algorithmus einzustellen. Der erste Algorithmus ist dabei eingerichtet, die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs gierratenunabhängig einzustellen. Die Prozessorschaltung ist ferner eingerichtet, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen eine Ist-Gierrate des Fahrzeugs auf die Soll-Gierrate mittels eines zweiten Algorithmus einzustellen. Dabei kann der zweite Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht beeinfluss.
Wie bereits oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, kann auch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geforderte Fahrzeugbewegung durch die hierarchische Aufteilung der Einstellungs- bzw. Regelungsaufgaben umsetzen.
Mögliche nähere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ferner ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann dadurch eine geforderte Fahrzeugbewegung umsetzen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug bei einer Kurvenbahnbewegung; und
2 schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 100 bei einer Kurvenbahnbewegung. Das Fahrzeug 100 legt dabei eine Kurvenbahn um den Mittelpunkt M zurück. Für das Fahrzeug 100 ist ein Fahrzeugkoordinatensystem nach der Norm DIN 70000 definiert mit einem Koordinatenursprung S (z.B. dem Schwerpunkt des Fahrzeugs). Die x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems verläuft entlang der Fahrzeuglängsachse und zeigt zur Front des Fahrzeugs 100, d.h. in Fahrtrichtung. Die y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems verläuft senkrecht zur x-Achse entlang der Fahrzeugquerachse und zeigt zur linken Seite des Fahrzeugs. Die z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems verläuft senkrecht zur x-Achse und zur y-Achse entlang der Fahrzeughochachse. Bei der in 1 dargestellten Draufsicht verläuft die z-Achse somit aus der Bildebene heraus auf den Betrachter zu.
Die vom Fahrzeug 100 auszuführende Kurvenbahnbewegung wird von einem Steuergerät 120, das den automatisierten Betrieb des Fahrzeugs steuert, in Form einer Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
in Richtung der x-Achse sowie einer Soll-Gierrate $ω_{F, z}^{*}$
um die z-Achse vorgegeben. Die Soll-Gierrate $ω_{F, x}^{*}$
gibt dabei den in einer vorbestimmten Zeit zu überfahrenden Kurvenwinkel α_F an. Linksdrehende Winkel sind in 1 gemäß der Norm DIN 70000 mit positivem Vorzeichen definiert.
Die Richtung der Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
ist in 1 durch den Vektor $\vec{ω_{F}}$
angedeutet, der entsprechend nur eine Komponente in Richtung der x-Achse aufweist. Die Richtung der Soll-Gierrate $ω_{F, z}^{*}$
ist in 1 durch den Vektor $\vec{ω_{F}}$
angedeutet, der entsprechend nur eine Komponente in Richtung der z-Achse aufweist.
Die Linie 101 deutet die Kurvenbahn des Koordinatenursprung S um den Mittelpunkt M an. Der Vektor $\vec{γ_{F}}$
deutet den Radius der Kurvenbahn des Koordinatenursprungs S um den Mittelpunkt M an. Die Linie 102 deutet die Kurvenbahn der kurvenäußeren Räder des Fahrzeugs 100 und die Linie 103 die Kurvenbahn der kurveninneren Räder des Fahrzeugs 100 an.
Bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 100 gilt für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 somit v_Fx > 0. Beim Abfahren einer Rechtskurve gilt dann bei einem Kurvenradius r_Fx > 0 entsprechend für die Gierrate ω_F,z < 0.
Bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs 100 gilt für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 somit v_F,x < 0. Beim Abfahren einer Rechtskurve gilt dann bei einem Kurvenradius r_F,x > 0 entsprechend für die Gierrate ω_F,z > 0.
Die vom Steuergerät 120 vorgegebene Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
in Richtung der x-Achse sowie die Soll-Gierrate $ω_{F, s}^{*}$
um die z-Achse werden von einer Vorrichtung 110 zur Steuerung des Fahrzeugs 100 gemäß den oben beschriebenen Grundsätzen umgesetzt.
In 2 ist eine detaillierte Darstellung der Vorrichtung 110 zur Steuerung des Fahrzeugs 100 gezeigt. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Eingang 111, um Informationen über die Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
in Richtung der x-Achse, die Ist-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{i s t}$
des Fahrzeugs in Richtung der x-Achse, die Soll-Gierrate $ω_{F, x}^{*}$
um die z-Achse sowie die Ist-Gierrate $ω_{F, z}^{i s t}$
um die z-Achse zu empfangen. Die Informationen über die Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
und die Soll-Gierrate $ω_{F, z}^{*}$
werden von dem Steuergerät 110 bereitgestellt. Die Informationen über die Ist-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{i s t}$
und die Ist-Gierrate $ω_{F, z}^{i s t}$
basieren auf Messwerten entsprechender Sensoren des Fahrzeugs 100.
Ferner umfasst die Vorrichtung 110 eine Prozessorschaltung 117, auf der die beiden Regelungsalgorithmen für die Regelung der Ist-Geschwindigkeit und der Ist-Gierrate auf die Soll-Geschwindigkeit bzw. die Soll-Gierrate ablaufen. Aus didaktischen Gründen sind in 2 innerhalb der Prozessorschaltung 117 zwei Regler 112 und 113 gezeigt, welche die beiden Regelungsalgorithmen darstellen.
Wie in 2 dargestellt, bestimmt der erste Regler 112, der den ersten Regelungsalgorithmus darstellt, gierratenunabhängig als Stellgröße ein Gesamtantriebsdrehmoment $M_{F}^{s t e l l}$
für alle angetriebenen Räder des Fahrzeugs 100. Das Gesamtantriebsdrehmoment $M_{F}^{s t e l l}$
wird auf Basis der Soll-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{*}$
und der Ist-Geschwindigkeit $v_{F, x}^{i s t}$
des Fahrzeugs bestimmt. Der erste Regler 112 kann daher als Fahrzeuggeschwindigkeitsregler verstanden werden.
Über einen Ausgang 114 werden eines oder mehrere Steuersignale 115 für einen oder mehrere Antriebsmotoren (nicht dargestellt in 1) der angetriebenen Räder des Fahrzeugs ausgegeben, die Informationen über das Gesamtantriebsdrehmoment $M_{F}^{s t e l l}$
umfassen. Von den Motorsteuerungen der Antriebsmotoren kann das Gesamtantriebsdrehmoment $M_{F}^{s t e l l}$
dann in jeweilige, gleich große Raddrehmoment für die einzelnen angetriebenen Räder umgesetzt werden. Beispielsweise können die beiden Vorderräder des Fahrzeugs 100 angetriebene Räder 105 sein, die von einem jeweiligen Antriebsmotor (nicht dargestellt) auf Basis des einen oder der mehreren Steuersignale 115 angetrieben werden. Mittels der ersten Reglers 112 kann somit die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 gierratenunabhängig auf die geforderte Soll-Geschwindigkeit für die Kurvenbahnbewegung geregelt werden.
Der zweite Regler 113, der den zweiten Regelungsalgorithmus darstellt, bestimmt als Stellgröße Soll-Lenkwinkel für zwei lenkbare Räder 104 des Fahrzeugs 100. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel sind die beiden Hinterräder des Fahrzeugs 100 lenkbar. Entsprechend bestimmt der zweite Regler 113 die beiden Soll-Lenkwinkel β_HL und β_HR für die lenkbaren Hinterräder 104 des Fahrzeugs 100. Die Soll-Lenkwinkel β_HL und β_HR werden auf Basis der Soll-Gierrate $ω_{F, z}^{*}$
und der Ist-Gierrate $ω_{F, z}^{i s t}$
des Fahrzeugs 100 bestimmt. Wie in 2 angedeutet, kann der Regler 113 die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 nicht beeinfluss, da er keinen Einfluss auf das Gesamtantriebsdrehmoment $M_{F}^{s t e l l}$
hat.
Über den Ausgang 114 werden eines oder mehrerer Steuersignale 116 für einen oder mehrere Stellmotoren (nicht dargestellt in 1) zur Lenkung der zwei lenkbaren Hinterräder 104 des Fahrzeugs 100 ausgegeben, die Informationen über den Soll-Lenkwinkel des jeweiligen lenkbaren Rades umfassen. Die Stellmotoren können die lenkbaren Hinterräder 104 des Fahrzeugs 100 dann entsprechend auslenken. Mittels der zweiten Reglers 113 kann somit die Ist-Gierrate des Fahrzeugs 100 auf die geforderte Soll-Gierrate für die Kurvenbahnbewegung geregelt werden, ohne die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 während der Kurvenbahnbewegung zu beeinflussen. Vielmehr wird von dem zweiten Regler 113, der als Gierratenregler verstanden werden kann, der Kurvenradius des Fahrzeugs 100 so beeinflusst, dass ich die Soll-Gierrate bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit einstellt.
Mittels der Vorrichtung 110 kann das Fahrzeug 100 somit angesteuert werden, die von dem Steuergerät 120 vorgegebene Fahrzeugbewegung umzusetzen.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
101: Kurvenbahn des Koordinatenursprungs
102: Kurvenbahn der kurvenäußeren Räder
103: Kurvenbahn der kurveninneren Räder
104: lenkbare Räder des Fahrzeugs
105: angetriebene Räder des Fahrzeugs
110: Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs
111: Eingang
112: erster Regler
113: zweiter Regler
114: Ausgang
115: eines oder mehrere Steuersignale
116: eines oder mehrere Steuersignale
117: Prozessorschaltung
120: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6409287 B1 [0004]
GB 2414525 A [0004]
WO 2008/038020 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs (100), umfassend: Empfangen von ersten Informationen über eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) in Richtung der Fahrzeuglängsachse, von zweiten Informationen über eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs (100) um die Fahrzeughochachse sowie von dritten Informationen über eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) in Richtung der Fahrzeuglängsachse; Einstellen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) auf die Soll-Geschwindigkeit mittels eines ersten Algorithmus, wobei der erste Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) gierratenunabhängig einstellt; und Einstellen, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen, einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs (100) auf die Soll-Gierrate mittels eines zweiten Algorithmus, wobei der zweite Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) nicht beeinfluss kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Algorithmus ein Regelungsalgorithmus ist, und wobei das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) Folgendes umfasst: Bestimmen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, eines Gesamtantriebsdrehmoments für alle angetriebenen Räder (105) des Fahrzeugs (100) als Stellgröße mittels des ersten Algorithmus; und Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Antriebsmotoren der angetriebenen Räder (105) des Fahrzeugs (100), wobei das eine oder die mehreren Steuersignale Informationen über das Gesamtantriebsdrehmoment oder ein davon abgeleitetes Drehmoment für den jeweiligen Antriebsmotor umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Algorithmus ein Regelungsalgorithmus ist, und wobei das Einstellen der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) Folgendes umfasst: Bestimmen, basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen, einer jeweiligen Soll-Drehzahl für alle angetriebenen Räder (105) des Fahrzeugs (100) als Stellgröße mittels des ersten Algorithmus; und Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale (115) für einen oder mehrere Antriebsmotoren der angetriebenen Räder (105) des Fahrzeugs (100), wobei das eine oder die mehreren Steuersignale (115) Informationen über die jeweilige Soll-Drehzahl für das angetriebene Rad des Fahrzeugs (100) umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Algorithmus ein Regelungsalgorithmus ist, und wobei das Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs Folgendes umfasst: Bestimmen, basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen, eines jeweiligen Soll-Lenkwinkels für zumindest zwei lenkbare Räder (104) des Fahrzeugs (100) als Stellgröße mittels des zweiten Algorithmus; und Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale für einen oder mehrere Stellmotoren zur Lenkung der zumindest zwei lenkbaren Räder (104) des Fahrzeugs (100), wobei das eine oder die mehreren Steuersignale Informationen über den Soll-Lenkwinkel des jeweiligen lenkbaren Rades umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen des jeweiligen Soll-Lenkwinkels mittels des zweiten Algorithmus ferner auf einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs (100) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einstellen der Ist-Gierrate des Fahrzeugs Folgendes umfasst: analytisches Bestimmen eines jeweiligen Soll-Lenkwinkels für zumindest zwei lenkbare Räder des Fahrzeugs (100) mittels des zweiten Algorithmus basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen; und Ausgeben eines oder mehrerer Steuersignale (116) für einen oder mehrere Stellmotoren zur Lenkung der zumindest zwei lenkbaren Räder (104) des Fahrzeugs (100), wobei das eine oder die mehreren Steuersignale (116) Informationen über den Soll-Lenkwinkel des jeweiligen lenkbaren Rades umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen des jeweiligen Soll-Lenkwinkels mittels des zweiten Algorithmus unabhängig von einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs (100) erfolgt.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn der Programmcode auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Vorrichtung (110) zur Steuerung eines Fahrzeugs (100), umfassend: einen Eingang (111), der eingerichtet ist, erste Informationen über eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) in Richtung der Fahrzeuglängsachse, zweite Informationen über eine Soll-Gierrate des Fahrzeugs (100) um die Fahrzeughochachse sowie dritte Informationen über eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) in Richtung der Fahrzeuglängsachse zu empfangen; und eine Prozessorschaltung (117), die eingerichtet ist: basierend auf den ersten Informationen und den dritten Informationen die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) auf die Soll-Geschwindigkeit mittels eines ersten Algorithmus einzustellen, wobei der erste Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) gierratenunabhängig einstellt; und basierend auf den zweiten Informationen und den dritten Informationen eine Ist-Gierrate des Fahrzeugs (100) auf die Soll-Gierrate mittels eines zweiten Algorithmus einzustellen, wobei der zweite Algorithmus die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) nicht beeinfluss kann.
Fahrzeug (100) mit einer Vorrichtung (110) zur Steuerung des Fahrzeugs gemäß Anspruch 9.