DE102019200716A1 - Verfahren zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren (V) zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs (1), wobei das Fahrzeug (1) dazu eingerichtet ist, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen, wird eine Soll-Trajektorie (3) festgelegt. Ein Fehler wenigstens eines ersten Aktuators (2a) von wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) wird festgestellt. Sättigungs-Indikatoren (S) der Aktuatoren (2a, 2b) werden ermittelt. Aktuator-Effizienz-Variablen (A) der Aktuatoren (2a, 2b) werden ermittelt. Die Sättigungs-Indikatoren (S) und die Aktuator-Effizienz-Variablen (A) gehen in die Trajektorien-Regelung des Fahrzeugs (1) mittels der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) des Fahrzeugs (1) ein, so dass ein Ansteuern (u) der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) abhängig ist von den Sättigungs-Indikatoren (S) und den Aktuator-Effizienz-Variablen (A), wobei diese Abhängigkeit durch eine Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode (LPV) festgelegt wird. Die Ansteuersignale (u) der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) werden angepasst, so dass das Fahrzeug (1) unabhängig von dem Fehler des ersten Aktuators (2a) entlang der Soll-Trajektorie (3) bewegt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen nach Anspruch 1, eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 6.
  • An eine Trajektorien-Regelung für ein Fahrzeug im Kontext des automatisierten Fahrens werden hohe Anforderungen an Trackinggenauigkeit, Stabilität und Robustheit gestellt. Aufgrund der fehlenden Rückfallebene durch den Fahrer gewinnt zusätzlich die Systemverfügbarkeit stark an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund gibt es in Industrie und Wissenschaft große Anstrengungen zur Entwicklung Fehler-toleranter Trajektorien-Regelungen welche auch im Falle eines Ausfalls von Systemkomponenten wie Sensoren, Aktuatoren oder Steuergeräten ein sicheres Folgen einer Trajektorie, zumindest für einen begrenzten Zeithorizont, ermöglichen. Derzeit ist es üblich, bei einer Fehlfunktion eines Aktuators in Anwendungen mit einem Fahrer die Funktion abzuschalten und die Fahrzeugführung an den Fahrer zu übergeben. Bekannte Alternativen zum Abschalten sind ein eingeschränkter Betrieb und die Übernahme der Funktion des fehlerhaften Aktuators durch einen „gesunden“ Aktuator. Aus regelungstechnischer Sicht können die zuletzt beschriebenen Ansätze z. B. durch Gain - Scheduling Methoden, durch Schalten zwischen Regelungsstrukturen oder durch online Optimierung realisiert werden.
  • Aus dem Paper mit dem Titel „Design and Experimental Assessment of an Active Fault-Tolerant LPV Vertical Dynamics Controller“ von Michael Fleps-Dezasse, Ferdinand Svaricek, und Jonathan Brembeck ist bekannt, ein Steuergerät für die Steuerung einer Radaufhängung, aktiv fehlertolerant auszuformen, indem eine Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode (LPV-Regelungsmethode) eingesetzt wird, die in dem Steuergerät hinterlegt ist. Dies wird anhand einer Stoßdämpfer-Aktuatorik näher erläutert.
  • In einem weiteren Paper mit dem Titel „Damper Fault-Tolerant Linear Parameter-Varying Semi-Active Suspension Control“ von Michael Fleps-Dezasse, Ferdinand Svaricek und Jonathan Brembeck wurde die o.g. LPV-Methode für eine Stoßdämpfer-Regelung für ein Fahrzeug mit mehreren Stoßdämpfern näher dargestellt. Dabei wurde der Ausfall eines einzelnen Stoßdämpfers mittels der Regelung durch die anderen Stoßdämpfer so ausgeglichen, dass eine komfortable Weiterfahrt für den Fahrer des Fahrzeugs möglich ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für eine Trajektorien-Regelung vorzuschlagen, welche trotz des Ausfalls eines Aktuators oder mehrerer Aktuatoren zuverlässig ist.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe ein Verfahren zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, eine Regeleinrichtung nach Anspruch 5 und ein Fahrzeug nach Anspruch 6 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Bei einem Verfahren zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen, wird eine Soll-Trajektorie festgelegt. Ein Fehler wenigstens eines ersten Aktuators von wenigstens zwei Aktuatoren wird festgestellt. Sättigungs-Indikatoren der Aktuatoren werden ermittelt. Aktuator-Effizienz-Variablen der Aktuatoren werden ermittelt. Die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen gehen in die Trajektorien-Regelung des Fahrzeugs mittels der wenigstens zwei Aktuatoren des Fahrzeugs ein, so dass ein Ansteuern u der wenigstens zwei Aktuatoren abhängig ist von den Sättigungs-Indikatoren und den Aktuator-Effizienz-Variablen, wobei diese Abhängigkeit durch eine Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode (LPV) festgelegt wird. Die Ansteuersignale der wenigstens zwei Aktuatoren werden angepasst, so dass das Fahrzeug unabhängig von dem Fehler des ersten Aktuators entlang der Soll-Trajektorie bewegt wird. Das Verfahren zur Trajektorien-Regelung kann dabei kaskadiert oder integriert ausgebildet sein.
  • Das Fahrzeug kann hierbei ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeugs sein. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Landfahrzeug. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein PKW oder NKW. Das Fahrzeug ist dazu eingerichtet, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen. Beispielsweise kann das Fahrzeug teilautomatisiert sein. Dies entspricht Level 2 der SAE J3016 Autonomiestufen. Alternativ dazu kann das Fahrzeug eine Bedingungsautomatisierung aufweisen. Dies entspricht Level 3 der SAE J3016 Autonomiestufen. Wiederum alternativ dazu kann das Fahrzeug eine Hochautomatisierung aufweisen. Dies entspricht Level 4 der SAE J3016 Autonomiestufen. Wiederum alternativ dazu kann das Fahrzeug eine Vollautomatisierung aufweisen. Dies entspricht Level 5 der SAE J3016 Autonomiestufen.
  • Um diese automatisierten Fahrfunktionen durchführen zu können, weist das Fahrzeug wenigstens einen Umfeldsensor auf. Ein Umfeldsensor dient dazu, das Umfeld des Fahrzeugs zu überwachen. Derartige Umfeldsensorik ist aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann der wenigstens eine Umfeldsensor als ein Radarsensor, als ein Lidarsensor, als ein Ultraschallsensor, als eine Kamera, als ein Infrarotsensor oder als ein anderer geeigneter Sensor ausgeformt sein. Selbstverständlich kann die Umfeldsensorik mehr als einen Umfeldsensor aufweisen. Die Umfeldsensor-Daten werden ausgewertet, um beispielsweise festzustellen, ob sich in der Nähe des Fahrzeugs ein Hindernis oder Personen befinden, in welchem Abstand zum Fahrzeug sich dieses Hindernis oder diese Person befindet, wie ein Fahrweg des Fahrzeugs beschaffen ist, wie eine Witterung in der Umgebung des Fahrzeugs ist etc.
  • Das Fahrzeug weist wenigstens zwei Aktuatoren auf. Selbstverständlich kann das Fahrzeug mehr als zwei Aktuatoren aufweisen. Die Aktuatoren dienen dazu, eine Fahrdynamik des Fahrzeugs zu beeinflussen. Die Fahrdynamik ist dabei das Zusammenspiel einer Längsführung und einer Querführung des Fahrzeugs. In anderen Worten beeinflussen die Aktuatoren die Längsführung und die Querführung des Fahrzeugs. Beispielsweise können diese Aktuatoren eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Lenkwinkel des Fahrzeugs, eine Gierrate des Fahrzeugs, eine negative und eine positive Beschleunigung des Fahrzeugs, ein Kippen des Fahrzeugs und weitere Fahrdynamik-Eigenschaften des Fahrzeugs beeinflussen, wobei jeder Aktuator nur einzelne Fahrdynamik-Eigenschaften des Fahrzeugs beeinflussen kann. In anderen Worten kann einer der Aktuatoren beispielsweise einen Antrieb, ein Getriebe, eine Bremse, eine Lenkung, eine Dämpfung, eine Federung des Fahrzeugs etc. aktuieren, indem dieser ein Stellsignal an das jeweilige zu aktuierende Element weiterleitet. Derartige Aktuatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Das Fahrzeug weist weiterhin eine Regeleinrichtung auf. Diese Regeleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Aktuatoren anzusteuern, so dass die Trajektorien-Regelung durchgeführt werden kann. Diese Regeleinrichtung ist zu diesem Zweck so mit den Aktuatoren verbunden, dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Die Trajektorien-Regelung erfolgt durch eine Beeinflussung der Fahrdynamik mittels der Aktuatoren, die ihre jeweiligen zugeordneten Elemente ansteuern können, wie bereits erwähnt. Die Regeleinrichtung steuert in anderen Worten die einzelnen Aktuatoren an, und fordert von diesen ein Stellsignal an ihr jeweiliges Element weiterzuleiten, so dass eine Fahrdynamik entsprechend der Trajektorien-Regelung geändert oder angepasst wird. Die Regeleinrichtung geht bei der Trajektorien-Regelung von der Soll-Trajektorie aus.
  • Die Soll-Trajektorie wird zu Beginn des Verfahrens festgelegt. Die Soll-Trajektorie ist diejenige Trajektorie entlang derer sich das Fahrzeug zukünftig bewegen soll. Um sich entlang der Soll-Trajektorie bewegen zu können, muss die Fahrdynamik des Fahrzeugs an diese Soll-Trajektorie angepasst werden. Dies erfolgt mittels der Aktuatoren. Die Soll-Trajektorie wird bei einer Fahrt des Fahrzeugs kontinuierlich geändert und angepasst, weshalb auch die Fahrdynamik kontinuierlich angepasst werden muss. Die Soll-Trajektorie kann beispielsweise fahrzeugintern festgelegt werden oder mittels C2X-Kommunikation an das Fahrzeug übermittelt werden.
  • Es wird ein Fehler des ersten Aktuators festgestellt. Ein Fehler liegt beispielsweise dann vor, wenn der erste Aktuator kein Stellsignal mehr oder nur noch ein ungenügendes Stellsignal an sein entsprechendes Element weiterleiten kann. Der fehlerhafte Aktuator weist dabei eine geringere Kapazität auf als der „gesunde“ Aktuator. Beispielsweise kann dadurch die Lenkung eines Rades des Fahrzeugs nicht mehr so aktuiert werden wie in einem Betrieb mit demselben „gesunden“ Aktuator. Beispielsweise kann der fehlerhafte Aktuator nur ein geringeres Lenkmoment anfordern als derselbe „gesunde“ Aktuator. Da der fehlerhafte Aktuator das geforderte Stellsignal nicht wie erwartet umsetzen kann, bewirkt dieser Aktuator-Fehler eine grundlegende Änderung des zu regelnden Systems. Der Fehler wird beispielsweise von dem ersten Aktuator selbst an die Regeleinrichtung zurückgemeldet. Ein „gesunder“ Aktuator weist im Gegensatz dazu keinen Fehler auf und arbeitet innerhalb seiner vorgegebenen Parameter.
  • Es werden Sättigungs-Indikatoren des wenigstens einen Aktuators festgelegt. Ein Sättigungs-Indikator ist definiert als Quotient aus einem gesättigten Stellsignals und einem ungesättigten Stellsignal eines Aktuators. Der Sättigungs-Indikator beschreibt somit den Grad der Sättigung des jeweiligen Aktuators. Der Wertebereich der Sättigungs-Indikatoren liegt stets im Intervall zwischen 0 und 1.
  • Es werden Aktuator-Effizienz-Variablen des wenigstens einen Aktuators festgelegt. Eine Aktuator-Effizienz-Variable ist definiert als Quotient aus der verbleibenden Kapazität eines fehlerhaften Aktuators und einer Kapazität desselben „gesunden“ Aktuators. Der „gesunde“ Aktuator ist derselbe Aktuator wie der fehlerhafte Aktuator, bevor der Fehler aufgetreten ist. Die Aktuator-Effizienz-Variable beschreibt somit den Grad der Aktuator-Fehlfunktion. Der Wertebereich der Aktuator-Effizienz-Variablen liegt stets im Intervall zwischen 0 und 1.
  • Das Ermitteln der Sättigungs-Indikatoren und der Aktuator-Effizienz-Variablen ist dann notwendig, wenn ein Fehler an dem ersten der Aktuatoren vorliegt. Selbstverständlich können an beiden Aktuatoren Fehler vorliegen.
  • Die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen gehen in die Trajektorien-Regelung des Fahrzeugs mittels der wenigstens zwei Aktuatoren des Fahrzeugs ein, so dass ein Ansteuern u der wenigstens zwei Aktuatoren abhängig ist von den Sättigungs-Indikatoren und den Aktuator-Effizienz-Variablen, wobei diese Abhängigkeit durch eine Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode (LPV) festgelegt wird. Diese Abhängigkeit wird vorzugsweise werksseitig festgelegt und während des Lebenszyklus des Fahrzeugs nicht angepasst. Mittels des LPV können die Regelungsparameter während des Betriebs der Trajektorien-Regelung in Echtzeit an den Fehler des ersten Aktuators angepasst werden.
  • Die Ansteuersignale der wenigstens zwei Aktuatoren werden angepasst, so dass das Fahrzeug unabhängig von dem Fehler des ersten Aktuators entlang der Soll-Trajektorie bewegt wird. Der zweite der wenigstens zwei Aktuatoren, der keinen Fehler aufweist, wird somit in veränderter Art und Weise angesteuert, so dass seine weitergeleiteten Stellsignale an die veränderte Regelsituation angepasst werden. Der erste Aktuator wird dabei ebenfalls in veränderter Art und Weise angesteuert, so dass seine weitergeleiteten Stellsignale an die veränderte Regelsituation angepasst werden. Beispielsweise kann der erste Aktuator so angesteuert werden, dass dieser ausgeschaltet wird und keine Stellsignale weiterleitet. Alternativ kann der erste Aktuator so angesteuert werden, dass dieser seine maximal noch verfügbare Kapazität abruft. Wiederum alternativ dazu kann der erste Aktuator so angesteuert werden, dass dieser nur in vermindertem Maß an der Trajektorien-Regelung beteiligt wird und nur eine verminderte Kapazität abruft. Dabei gleicht der „gesunde“ Aktuator der wenigstens zwei Aktuatoren also mit seinem angepassten Stellsignal das fehlerhafte oder fehlende Stellsignal des ersten Aktuators aus.
  • Vorteilhaft an LPV ist, dass zusätzliche ggf. nichtlineare Parameter in der Regelung der Fahrdynamik berücksichtigbar sind. Derartige zusätzliche Parameter sind beispielsweise eine Masse des Fahrzeugs, ein Luftwiderstand des Fahrzeugs, eine Fahrbahnbeschaffenheit z. B. festgelegt durch einen Reibwert der Fahrbahn o. ä. Die Berücksichtigung von zusätzlichen zeitlich veränderlichen Parametern ist eine Stärke der LPV Methode. Gegenüber dem Gain - Scheduling muss bei der LPV Methode die Abhängigkeit der Regelung von den zeitlich veränderlichen Parametern jedoch nicht vom Entwickler selbst heuristisch festlegt werden, sondern die Abhängigkeit wird durch den systematischen LPV-Regelungsentwurf festgelegt. Zudem ist der Rechenaufwand für LPV geringer als bei z. B. einem MPC-Verfahren (Model Predictive Control) mit einer Online-Optimierung. Vorteilhaft ist zudem, dass auch im Falle einer Fehlfunktion eines oder mehrerer Aktuatoren die regelungstechnischen Minimaleigenschaften hinsichtlich Stabilität, Robustheit und Regelungsgüte innerhalb des physikalisch Möglichen gewährleistet werden. Die mit dem Verfahren geschaffene fehlertolerante Trajektorien-Regelung reagiert auf diese Veränderung der Regelungsstrecke und passt ihre Parameter an.
  • Nach einer Ausführungsform treten die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in einem Vorsteueranteil der Trajektorien-Regelung auf. Beispielsweise können die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in Gewichtungsfunktionen eingehen, die in der LPV-Regelungsmethode genutzt werden. Zusätzlich dazu können die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in eine Zustandsrückführmatrix eingehen. Die Werte für die einzelnen Einträge der Zustandsrückführmatrix können mittels eines Optimierungsverfahrens errechnet werden.
  • Nach einer weiterbildenden Ausführungsform treten die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in einem Rückführanteil der Trajektorien-Regelung auf. Beispielsweise können die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in Gewichtungsfunktionen eingehen, die in der LPV-Regelungsmethode genutzt werden.
  • Nach einer weiterbildenden Ausführungsform treten die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in einer Anti-Windup-Rückführung auf. Beispielsweise können die Sättigungs-Indikatoren und die Aktuator-Effizienz-Variablen in eine Gewichtungsmatrix eingehen, die bei zwei Aktuatoren beispielsweise folgende Form aufweist Q = [ θ 1 − 1 0 0 θ 2 − 1 ]
    Figure DE102019200716A1_0001
    Dabei stellt θ eine Funktion aus dem Sättigungs-Indikator und der Aktuator-Effizienz-Variable eines einzelnen Aktuators dar.
  • Vorteilhaft an der Anti-Windup-Rückführung ist dabei, dass eine stationäre Genauigkeit der Trajektorien-Regelung verbessert wird gegenüber einer Regelung ohne Anti-Windup-Rückführung. Dazu bedarf es eines Integratoranteils in der Trajektorien-Regelung. Weiterhin ist vorteilhaft, dass es in einem Sättigungsfall nicht zu einem ungewünschten Windup der Aktuatoren kommt.
  • Eine Regeleinrichtung für ein Fahrzeug ist mit den Aktuatoren verbindbar. Die Regeleinrichtung weist Mittel auf, um das Verfahren durchzuführen, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Die Regeleinrichtung bedient sich zur Trajektorien-Regelung der LPV-Regelungsmethode. Die Regeleinrichtung wurde bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben.
  • Die Mittel, um das Verfahren durchzuführen, können als ein Computerprogrammprodukt ausgeformt sein, der z. B. in einem herunterladbaren Datenstrom verkörpert ist. Das Computerprogrammprodukt kann zudem auf einem Speichermedium vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann sich eines oder mehrerer Algorithmen bedienen, um das Verfahren durchzuführen.
  • Ein Fahrzeug weist eine Regeleinrichtung auf, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Das Fahrzeug ist dazu eingerichtet, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen. Das Fahrzeug wurde in der vorherigen Beschreibung bereits beschrieben.
  • Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Trajektorien-Regelung nach einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Fahrzeugs, bei welchem das Verfahren nach 1 angewendet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens V zur Trajektorien-Regelung nach einem Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Trajektorien-Regelung, die fehlertolerant ist. Die Trajektorien-Regelung weist einen Vorsteueranteil 8, einen Rpckführanteil 6 und eine Anti-Windup-Rückführung 7 auf.
  • Die Aktuatoren 2a, 2b eines Fahrzeugs, das in 2 dargestellt ist, werden von einer Regeleinrichtung 4 angesteuert mittels Ansteuersignalen u. Dies erfolgt, um die Trajektorien-Regelung durchzuführen. Dazu müssen die Aktuatoren 2a, 2b eine Fahrdynamik des Fahrzeugs so beeinflussen, dass dieses sich entlang einer Soll-Trajektorie bewegt. Dies ist ebenfalls in 2 dargestellt.
  • Die Regeleinrichtung 4 bedient sich einer Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode LPV. Dabei werden zunächst Aktuator-Effizienz-Variablen A und Sättigungs-Indikatoren S der beiden Aktuatoren 2a, 2b ermittelt. Diese gehen in die LPV-Regelungsmethode ein. Es werden z. B. drei Gewichtungsfunktion Wa, Wu, Wt festgelegt. Diese Gewichtungsfunktion Wa, Wu, Wt sind abhängig von den Aktuator-Effizienz-Variablen A und den Sättigungs-Indikatoren S. Weiterhin wird mittels eines Optimierungsverfahrens eine Zustandsrückführmatrix K ermittelt, die abhängig von den Aktuator-Effizienz-Variablen A und den Sättigungs-Indikatoren S ist.
    Zudem wird eine Gewichtungsmatrix Q, die abhängig von den Aktuator-Effizienz-Variablen A und den Sättigungs-Indikatoren S ist, berechnet. Diese kann beispielsweise derart aussehen: Q = [ θ 1 − 1 0 0 θ 2 − 1 ]
    Figure DE102019200716A1_0002
    Dabei stellt θ eine Funktion aus dem Sättigungs-Indikator S und der Aktuator-Effizienz-Variable A eines einzelnen Aktuators 2a, 2b dar.
  • Sowohl die Gewichtungsmatrix Q als auch die Gewichtungsfunktionen Wa, Wu, Wt sowie die Zustandsrückführmatrix K sind Teil der LPV-Regelungsmethode.
  • Die LPV-Regelungsmethode weist zudem die Anti-Windup-Rückführung 7 auf. Diese weist die Gewichtungsmatrix Q, die Gewichtungsfunktion Wt und einen Teil der Zustandsrückführmatrix K auf.
  • Die LPV-Regelungsmethode ist essentieller Bestandteil des Verfahrens V zur Trajektorien-Regelung, da es durch diese möglich ist, selbst bei einem vorliegenden Fehler eines der Aktuatoren 2a, 2b die Trajektorien-Regelung durchzuführen, so dass das Fahrzeug entlang der Soll-Trajektorie bewegt werden kann. Beispielsweise kann ein erster Aktuator 2a der wenigstens zwei Aktuatoren 2a, 2b einen Fehler aufweisen und dadurch weniger Kapazität aufweisen als in „gesundem“ Zustand. Durch die in der Regeleinrichtung 4 hinterlegte LPV-Regelungsmethode ist es möglich, die mangelnde Kapazität des ersten Aktuators 2a mittels des zweiten Aktuators 2b auszugleichen. Dies erfolgt durch eine Änderung in den Ansteuersignalen u, die an die beiden Aktuatoren 2a, 2b weitergeleitet werden.
  • Beispielsweise muss ausgehend von der Soll-Trajektorie von jedem Aktuator 2a, 2b ein gewisser Lenkwinkel angefordert werden. Allerdings kann von dem fehlerhaften ersten Aktuator 2a mittels seines Stellsignals ein geringerer Lenkwinkel eingefordert werden als in „gesundem“ Zustand. Dies wird durch ein verändertes Ansteuersignal u an den zweiten Aktuator 2b ausgeglichen. Dieser fordert z. B. einen größeren Lenkwinkel ein als es bei zwei „gesunden“ Aktuatoren 2a, 2b nötig wäre. Dadurch kann die Soll-Trajektorie trotzdem bewältigt werden.
  • 2 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Fahrzeugs 1, bei welchem das Verfahren nach 1 angewendet wird. Das Fahrzeug weist vier Räder 5 auf, wobei zwei der Räder 5 lenkbar sind. Diese weisen jeweils einen Aktuator 2a, 2b auf, welche eine Lenkung des Fahrzeugs 1 aktuieren können. Dabei ist der erste Aktuator 2a fehlerhaft. Das Fahrzeug 1 weist zudem einen Umfeldsensor 9 auf, welcher dazu dient das Umfeld des Fahrzeugs 1 zu erfassen. Das Fahrzeug 1 weist die Regeleinrichtung 4 auf, die bereits in 1 dargestellt wurde. Diese Regeleinrichtung 4 ist mit den beiden Aktuatoren 2a, 2b und mit dem Umfeldsensor 9 verbunden. Es kann ein Daten- und Signalaustausch zwischen der Regeleinrichtung 4 und den Aktuatoren 2a, 2b sowie dem Umfeldsensor 9 erfolgen.
  • Das Fahrzeug 1 soll entlang der Soll-Trajektorie 3 bewegt werden. Dazu müssen an den beiden gelenkten Rädern 5 jeweils gewisse Lenkwinkel eingestellt werden. Die Regeleinrichtung 4 fordert diese Lenkwinkel von den beiden Aktuatoren 2a, 2b an. Da der erste Aktuator 2a fehlerhaft ist, kann dieser den geforderten Lenkwinkel nicht einstellen. Es ist nur ein viel geringerer Lenkwinkel möglich.
  • Aufgrund des Fehlers des ersten Aktuators 2a werden die Aktuator-Effizienz-Variablen und die Sättigungs-Indikatoren der Aktuatoren bestimmt und gehen in die Trajektorien-Regelung des Fahrzeugs 1 ein. Die Regeleinrichtung 4 passt die Ansteuersignale an die veränderten Umstände an. Es wird von der Regeleinrichtung 4 mittels der LPV-Regelungsmethode, die in 1 dargestellt wurde, somit je ein angepasstes Ansteuersignal an die beiden Aktuatoren 2a, 2b übermittelt. Von dem zweiten Aktuator 2b wird ein größerer Lenkwinkel gefordert. Von dem ersten Aktuator 2a hingegen wird sein maximal möglicher Lenkwinkel gefordert.
  • Dadurch kann die Soll-Trajektorie 3 von dem Fahrzeug 1 bewältigt werden, obwohl ein Aktuator 2a fehlerhaft ist. Die Trajektorien-Regelung wird dadurch robuster. Zudem sind Stabilität und Regelungsgüte gewährleistet. Dies führt zu geringeren Ausfallzeiten des Fahrzeugs 1 und zur Vermeidung von Unfällen.
  • Die hier dargestellten Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann das Fahrzeug mehr als zwei Aktuatoren aufweisen. Die Aktuatoren können statt der Lenkung auch einen Antrieb, eine Bremse, ein Getriebe, eine Dämpfung oder andere Fahrdynamik-Funktionen aktuieren. Zudem kann die Regelung mehr als drei Gewichtungsfunktionen aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2a, 2b
    Aktuator
    3
    Soll-Trajektorie
    4
    Regeleinrichtung
    5
    Rad
    6
    Rückführanteil
    7
    Anti-Windup-Rückführung
    8
    Vorsteueranteil
    9
    Umfeldsensor
    A
    Aktuator-Effizienz-Variablen
    K
    Zustandsrückführmatrix
    LPV
    Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode
    Q
    Gewichtungsmatrix
    S
    Sättigungs-Indikatoren
    u
    Ansteuersignale
    V
    Verfahren
    Wa
    Gewichtungsfunktion
    Wu
    Gewichtungsfunktion
    Wt
    Gewichtungsfunktion

Claims (6)

  1. Verfahren (V) zur Trajektorien-Regelung eines Fahrzeugs (1), wobei das Fahrzeug (1) dazu eingerichtet ist, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen, wobei - eine Soll-Trajektorie (3) festgelegt wird, - ein Fehler wenigstens eines ersten Aktuators (2a) von wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) festgestellt wird, - Sättigungs-Indikatoren (S) der Aktuatoren (2a, 2b) ermittelt werden, - Aktuator-Effizienz-Variablen (A) der Aktuatoren (2a, 2b) ermittelt werden, - die Sättigungs-Indikatoren (S) und die Aktuator-Effizienz-Variablen (A) in die Trajektorien-Regelung des Fahrzeugs (1) mittels der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) des Fahrzeugs (1) eingehen, so dass ein Ansteuern (u) der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) abhängig ist von den Sättigungs-Indikatoren (S) und den Aktuator-Effizienz-Variablen (A), wobei diese Abhängigkeit durch eine Linear-Parameter-Varying-Regelungsmethode (LPV) festgelegt wird, - die Ansteuersignale (u) der wenigstens zwei Aktuatoren (2a, 2b) angepasst werden, so dass das Fahrzeug (1) unabhängig von dem Fehler des ersten Aktuators (2a) entlang der Soll-Trajektorie (3) bewegt wird.
  2. Verfahren (V) nach Anspruch 1, wobei die Sättigungs-Indikatoren (S) und die Aktuator-Effizienz-Variablen (A) in einem Vorsteueranteil (8) der Trajektorien-Regelung auftreten.
  3. Verfahren (V) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sättigungs-Indikatoren (S) und die Aktuator-Effizienz-Variablen (A) in einem Rückführanteil (6) der Trajektorien-Regelung auftreten.
  4. Verfahren (V) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Sättigungs-Indikatoren (S) und die Aktuator-Effizienz-Variablen (A) in einer Anti-Windup-Rückführung (7) auftreten.
  5. Regeleinrichtung (4) für ein Fahrzeug (1), wobei die Regeleinrichtung (4) mit den Aktuatoren (2a, 2b) verbindbar ist, und wobei die Regeleinrichtung (4) Mittel aufweist, um das Verfahren (V) nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
  6. Fahrzeug (1), wobei das Fahrzeug (1) eine Regeleinrichtung (4) nach Anspruch 5 aufweist und dazu eingerichtet ist, automatisierte Fahrfunktionen durchzuführen.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170137023A1 (en) * 2014-04-02 2017-05-18 Levant Power Corporation Active safety suspension system

Patent Citations (1)

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Non-Patent Citations (2)

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Title
FLEPS-DEZASSE, Michael ; SVARICEK, Ferdinand ; BREMBECK, Jonathan: Damper fault-tolerant linear parameter-varying semi-active suspension control. In: IFAC-PapersOnLine, Vol. 50, 2017, No. 1, S. 8592-8599. - ISSN 1474-6670; 2405-8963 (E). DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.1425. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896317319870/pdf?md5=be094ec9b6075ea14d94dbcef8223e99&pid=1-s2.0-S2405896317319870-main.pdf [abgerufen am 2019-07-04] *
FLEPS-DEZASSE, Michael ; SVARICEK, Ferdinand ; BREMBECK, Jonathan: Design and experimental assessment of an active fault-tolerant LPV vertical dynamics controller. In: IEEE Transactions on control systems technology, Vol. 27, 2019, No. 3, S. 1267 - 1274. - ISSN 1063-6536 (P); 1558-0865 (E). DOI: 10.1109/TCST.2018.2796066. URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8283819 [abgerufen am 2019-07-04] *

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