DE102019202188A1 - Control device and method as well as computer program product - Google Patents
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Abstract
Steuerverfahren für ein Fahrzeug (50), umfassend Erhalten einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (50); Festlegen eines Soll-Wertes für einen Lenkwinkel des Fahrzeugs (50) basierend auf der ermittelten Geschwindigkeit; Erzeugen eines Steuersignals zum Anpassen eines Ist-Wertes des Lenkwinkels auf den festgelegten Soll-Wert; und Ausgeben des erzeugten Steuersignals an eine Lenkungseinrichtung (52) des Fahrzeugs (50).A control method for a vehicle (50) comprising obtaining a speed of the vehicle (50); Establishing a target value for a steering angle of the vehicle (50) based on the determined speed; Generating a control signal for adapting an actual value of the steering angle to the specified target value; and outputting the generated control signal to a steering device (52) of the vehicle (50).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Offroad-Fahrzeuge wie Nutzfahrzeuge und/oder Landfahrzeuge, insbesondere der autonom beziehungsweise teilautonom fahrenden Offroad-Fahrzeuge.The present invention relates to the field of off-road vehicles such as utility vehicles and / or land vehicles, in particular off-road vehicles that drive autonomously or partially autonomously.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Bei Offroad-Fahrzeugen wie Tranktoren sind rein mechatronische Lenkungen, die elektro-hydraulisch oder elektro-motorisch betrieben werden, nicht sehr verbreitet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bisherige Lenkungen mechanisch (z.B. in Form von Lenksäulen bzw. Lenkgestängen) oder hydraulisch (z.B. in Form von hydraulischen Lenkblöcken) realisiert werden.In off-road vehicles such as tractors, purely mechatronic steering systems that are operated electro-hydraulically or electro-motor are not very common. This is due to the fact that previous steering systems have been implemented mechanically (e.g. in the form of steering columns or steering rods) or hydraulically (e.g. in the form of hydraulic steering blocks).
Für mechatronische Lenkungen, insbesondere Haupt- oder Zusatzlenkungen, ergeben sich hohe Anforderungen an die Sicherheit, z.B. im Zusammenhang mit den Standards ECE-R79 und ISO 10998. Außerdem sind zusätzliche Gefährdungen zu erwarten, da nicht alle Ausfälle, die zu gefährlichen Fehlfunktionen führen können, konstruktiv vermieden werden können.For mechatronic steering systems, especially main or additional steering systems, there are high safety requirements, e.g. in connection with the standards ECE-R79 and ISO 10998. In addition, additional hazards are to be expected, since not all failures that can lead to dangerous malfunctions can be avoided constructively.
Des Weiteren ist bei den bekannten Lenkungen der Grad der Fehlfunktionen hinsichtlich Härte und Hartnäckigkeit nicht auf einfache Weise ermittelbar. Dies für in vielen Fällen zu einer Einschränkung der Funktionsdynamik der Lenksysteme. Auch wird die Verfügbarkeit der Lenksysteme aufgrund fehlerhaft erkannter Probleme (Engl.: False Positive) verringert.Furthermore, in the known steering systems, the degree of malfunctions with regard to hardness and tenacity cannot be determined in a simple manner. In many cases this leads to a restriction of the functional dynamics of the steering systems. The availability of the steering systems is also reduced due to incorrectly identified problems (False Positive).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kontrollierbarkeit von Fehlfunktionen von Lenkungen, insbesondere mechatronischen Lenkungen, zu erhöhen.The present invention is therefore based on the object of increasing the controllability of malfunctions in steering systems, in particular mechatronic steering systems.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung, ein Steuerverfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.The object is achieved by a control device, a control method, a computer program product, a computer-readable storage medium and a data carrier signal according to the independent claims.
Bei der Vorrichtung zur Steuerung der des Fahrzeugs kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit (engl. ECU = Electronic Control Unit), ein elektronisches Steuer- oder Regelmodul (ECM = Electronic Control Module) oder eine Steuer-/Regeleinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) handeln. Die Steuervorrichtung kann am Fahrzeug oder außerhalb bzw. teilweise außerhalb des Fahrzeugs angebracht sein. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung Teil einer zentralen Überwachungseinrichtung für die landwirtschaftliche Nutzfläche sein, wobei es sich beim Fahrzeug um eine Landmaschine handelt. Alternativ kann die Steuervorrichtung Teil einer zentralen Überwachungseinrichtung für eine Hafenfläche sein, wobei es sich beim Fahrzeug um ein Fahrzeug zur Aufnahme und/oder Ablage von Wechselbrücken handelt. Die Kommunikation zwischen der Steuervorrichtung bzw. der zentralen Überwachungseinrichtung und dem Fahrzeug kann drahtlos, etwa über BlueTooth, Infrarot, Nahfeld-Kommunikation (Engl.: NFC), Funk, Internet, Intranet, Cloud-Systeme und/oder verdrahtete Systeme erfolgen.The device for controlling the vehicle can be, for example, an electronic control or regulating unit (ECU = Electronic Control Unit), an electronic control or regulating module (ECM = Electronic Control Module) or a control / regulating unit for autonomous Acting driving (e.g. an "autopilot"). The control device can be attached to the vehicle or outside or partially outside the vehicle. For example, the control device can be part of a central monitoring device for the agricultural area, the vehicle being an agricultural machine. Alternatively, the control device can be part of a central monitoring device for a port area, the vehicle being a vehicle for receiving and / or storing swap bodies. The communication between the control device or the central monitoring device and the vehicle can take place wirelessly, for example via BlueTooth, infrared, near-field communication (NFC), radio, Internet, intranet, cloud systems and / or wired systems.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird vorzugsweise von einer Bewegungssensorik ermittelt und an die Steuervorrichung weitergeleitet. Die Bewegungssensorik kann am Fahrzeug angebracht sein, oder alternativ an einer Umfeldbebauung und/oder der zentralen Überwachungseinrichtung. Beispielsweise handelt es sich bei der Bewegungssensorik um einen Geschwindigkeitssensor oder einen Odometriesensor, etwa einen Raddrehsensor. Alternativ oder zusätzlich können auch Radarsensor, Lidarsensor, Kameras und/oder Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Auch eine Geschwindigkeitsbestimmung über ein Navigationssatellitensystem wie das Global Navigation Satellite System (GNSS) ist denkbar.The speed of the vehicle is preferably determined by a motion sensor system and forwarded to the control device. The motion sensor system can be attached to the vehicle, or alternatively to a surrounding area and / or the central monitoring device. For example, the motion sensor system is a speed sensor or an odometry sensor, such as a wheel rotation sensor. Alternatively or in addition, radar sensors, lidar sensors, cameras and / or ultrasonic sensors can also be used. It is also conceivable to determine the speed using a navigation satellite system such as the Global Navigation Satellite System (GNSS).
Basierend auf der ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird mittels der Auswerteeinheit ein Soll-Wert für einen Lenkwinkel des Fahrzeugs bestimmt. Die Auswerteeinheit kann eine Zentralprozessiereinheit (Engl.: Central Processing Unit, CPU) oder eine Graphische Prozessiereinheit (Engl.: Graphic Processing Unit, GPU) umfassen. Alternativ kann es sich bei der Auswerteeinheit um eine ECU oder ein ECM handeln. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung eine der ECU bzw. dem ECM übergeordnete Einrichtung/Anordnung. Die Auswerteeinheit setzt somit den Soll-Wert des Lenkwinkels mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in Relation. Der Lenkwinkel kann hierbei mittels Erfassung des Lenkradeinschlags ermittelt werden. Bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs soll große Lenkwinkel vermieden werden, da diese die Sicherheitsrisiken des Fahrzeugs beim Rangieren erhöhen. Auf diese Weise kann ein zu hoher Lenkwinkel bei höheren Geschwindigkeiten zumindest wirksam reduziert werden.Based on the determined speed of the vehicle, a setpoint value for a steering angle of the vehicle is determined by means of the evaluation unit. The evaluation unit can comprise a central processing unit (CPU) or a graphic processing unit (GPU). Alternatively, the evaluation unit can be an ECU or an ECM. In this case, the control device is a device / arrangement that is superordinate to the ECU or the ECM. The evaluation unit thus relates the target value of the steering angle to the vehicle speed. The steering angle can be determined by detecting the steering wheel angle. At higher vehicle speeds, large steering angles should be avoided as these increase the safety risks of the vehicle when maneuvering. In this way, a steering angle that is too high can at least be effectively reduced at higher speeds.
Entsprechend dem so-ermittelten Soll-Wert des Lenkwinkels wird ein Steuersignal zur Anpassung des Ist-Wertes des Lenkwinkels auf den Soll-Wert erzeugt, welches über die Ausgangsschnittstelle an ein Fahrzeug, insbesondere eine Lenkungseinrichtung des Fahrzeugs, ausgegeben wird. Die Anpassung des Ist-Wertes kann mittels eines Regelkreises erfolgen, der vorzugsweise in der Auswerteeinheit beinhaltet ist.According to the target value of the steering angle determined in this way, a control signal for adapting the actual value of the steering angle to the target value is generated, which is output via the output interface to a vehicle, in particular a steering device of the vehicle. The actual value can be adjusted using a Control loop take place, which is preferably included in the evaluation unit.
Alternativ zur obigen Ausführungsform kann auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Soll-Wert für die Lenkwinkeländerungsrate (bzw. die Beschleunigung der Lenkwinkelgeschwindigkeit) ermittelt werden. Auch kann hierdurch die Gefahr verringert werden, dass eine zu rasche Lenkung des Fahrzeugs bei höheren Geschwindigkeiten zur sicherheitskritischen Situation bzw. einer Fehlfunktion des Fahrzeugs führt.As an alternative to the above embodiment, a target value for the rate of change of steering angle (or the acceleration of the steering angle speed) can be determined on the basis of the vehicle speed. This can also reduce the risk that steering the vehicle too quickly at higher speeds will lead to a safety-critical situation or a malfunction of the vehicle.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments are specified in the subclaims.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner Überwachen des Ist-Wertes und Erzeugen eines Steuersignals zum Überführen des Fahrzeugs in einen sicheren Zustand beim Überschreiten des Soll-Wertes durch den Ist-Wert.According to one embodiment, the method according to the invention further comprises monitoring the actual value and generating a control signal for transferring the vehicle to a safe state when the actual value exceeds the setpoint value.
Auf diese Weise kann ein sichererer Zustand des Fahrzeugs in zuverlässiger Weise gewährleistet werden. Es kann ein Toleranzbereich um den Soll-Wert herum vordefiniert werden, sodass das Überführen in den sicheren Zustand erst erfolgt, wenn der Ist-Wert den Toleranzbereich überschreitet.In this way, a safer state of the vehicle can be ensured in a reliable manner. A tolerance range around the target value can be predefined so that the transfer to the safe state only takes place when the actual value exceeds the tolerance range.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner Ermitteln eines Lenkungsnachhaltigkeitswertes basierend auf einer Lenkwinkelsänderungsrate oder deren zeitlichen Ableitung, und/oder Ermitteln eines Lenkungsauswirkungswertes basierend auf einer zeitlichen Ableitung der Lenkwinkelsänderungsrate.According to a further embodiment, the method according to the invention further comprises determining a steering sustainability value based on a steering angle change rate or its time derivative, and / or determining a steering effect value based on a time derivative of the steering angle change rate.
Der Lenkungsnachhaltigkeitswert gibt den Grad an, wie nachhaltig eine Lenkbewegung bei einem bestimmten Lenkwinkel ist, und ist vorzugsweise proportional zur Lenkwinkelsänderungsrate oder alternativ zu deren zeitlichen Ableitung erster Ordnung, welche der Beschleunigung des Lenkwinkels entspricht. Der Lenkungsauswirkungswert gibt den Grad an, wie stark sich eine Lenkbewegung bei einem bestimmten Lenkwinkel auf die Fahrzeugkinematik auswirkt, und ist vorzugsweise proportional zur zeitlichen Ableitung der Lenkungsänderungsrate.The steering sustainability value indicates the degree of how sustained a steering movement is at a certain steering angle and is preferably proportional to the rate of change of the steering angle or, alternatively, to its time derivative of the first order, which corresponds to the acceleration of the steering angle. The steering effect value indicates the degree to which a steering movement affects the vehicle kinematics at a certain steering angle, and is preferably proportional to the time derivative of the steering change rate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner Bestimmen eines zulässigen Bereichs für ein Wertepaar umfassend den Lenkungsnachhaltigkeitswert und den Lenkungsauswirkungswert.According to a further embodiment, the method according to the invention further comprises determining a permissible range for a value pair comprising the steering sustainability value and the steering effect value.
Hieraus ergibt sich ein zweidimensionales Diagramm aus Lenkungsnachhaltigkeitswerten und Lenkungsauswirkungswerten. Ein derartiges Diagramm kann vordefiniert und abgespeichert werden, sodass die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bzw. die Auswerteeinheit auf das Diagramm zurückgreifen und aktuelle vermessene Wertepaare umfassend einen Lenkungsnachhaltigkeitswert und einen zugehörigen Lenkungsauswirkungswert mit dem Diagramm vergleichen kann. Im Diagramm können zweidimensionale zulässige und unzulässige Bereiche definiert werden.This results in a two-dimensional diagram of steering sustainability values and steering effect values. Such a diagram can be predefined and stored so that the control device according to the invention or the evaluation unit can access the diagram and compare current measured value pairs including a steering sustainability value and an associated steering effect value with the diagram. Two-dimensional permissible and impermissible areas can be defined in the diagram.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner Bestimmen eines zulässigen Bereichs für eine Wertekombination umfassend den Lenkungsnachhaltigkeitswert, den Lenkungsauswirkungswert und die Fahrzeuggeschwindigkeit.According to a further embodiment, the method according to the invention further comprises determining a permissible range for a combination of values comprising the steering sustainability value, the steering effect value and the vehicle speed.
Hieraus ergibt sich ein dreidimensionales Diagramm aus Lenkungsnachhaltigkeitswerten, Lenkungsauswirkungswerten und Fahrzeuggeschwindigkeitswerten. Ein derartiges Diagramm kann vordefiniert und abgespeichert werden, sodass die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bzw. die Auswerteeinheit auf das Diagramm zurückgreifen und aktuelle vermessene Wertekombinationen umfassend einen Lenkungsnachhaltigkeitswert, einen zugehörigen Lenkungsauswirkungswert und einen zugehörigen Fahrzeuggeschwindigkeitswert mit dem Diagramm vergleichen kann. Im Diagramm können dreidimensionale zulässige und unzulässige Bereiche definiert werden.This results in a three-dimensional diagram of steering sustainability values, steering effect values and vehicle speed values. Such a diagram can be predefined and stored so that the control device according to the invention or the evaluation unit can access the diagram and compare current measured value combinations including a steering sustainability value, an associated steering effect value and an associated vehicle speed value with the diagram. Three-dimensional permitted and impermissible areas can be defined in the diagram.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.The computer program product according to the invention is designed to be loaded into a memory of a computer and comprises software code sections with which the method steps of the method according to the invention are carried out when the computer program product is running on the computer.
Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.A program belongs to the software of a data processing system, for example an evaluation device or a computer. Software is a collective term for programs and associated data. The complement to software is hardware. Hardware describes the mechanical and electronic alignment of a data processing system. A computer is an evaluation device.
Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.Computer program products generally comprise a sequence of instructions which, when the program is loaded, cause the hardware to carry out a specific method that leads to a specific result. When the program in question is used on a computer, the computer program product produces the inventive technical effect described above.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.The computer program product according to the invention is platform independent. That means it can run on any computing platform. The computer program product is preferably executed on an evaluation device according to the invention for detecting the surroundings of the vehicle.
Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in C oder C++.The software code sections are written in any programming language, for example in C or C ++.
Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.The computer-readable storage medium is, for example, an electronic, magnetic, optical or magneto-optical storage medium.
Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.The data carrier signal is a signal which the computer program product from a storage medium on which the computer program product is stored to another entity, for example another storage medium, a server, a cloud system or a data processing facility , transmits.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; -
3A eine schematische Darstellung eines Reglungsverhaltens des Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit; -
3B eine schematische Darstellung eines Reglungsverhaltens der Lenkwinkeländerungsrate in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit; -
4A eine schematische Darstellung eines Lenkungsnachhaltigkeitswertes und eines Lenkungsauswirkungswertes über Zeit; -
4B eine weitere schematische Darstellung eines Lenkungsnachhaltigkeitswertes und eines Lenkungsauswirkungswertes über Zeit; -
5 ein schematisches Diagramm, in dem der Lenkungsauswirkungswert gegen den Lenkungsnachhaltigkeitswert aufgetragen ist; und -
6 ein schematisches Diagramm, in dem der Lenkungsauswirkungswert, der Lenkungsnachhaltigkeitswert sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit in Abhängigkeit voneinander aufgetragen ist.
-
1 a schematic representation of a control device according to an embodiment; -
2 a schematic representation of a method according to an embodiment; -
3A a schematic representation of a control behavior of the steering angle as a function of the vehicle speed; -
3B a schematic representation of a control behavior of the steering angle change rate as a function of the vehicle speed; -
4A a schematic representation of a steering sustainability value and a steering impact value over time; -
4B a further schematic representation of a steering sustainability value and a steering effect value over time; -
5 a schematic diagram in which the steering impact value is plotted against the steering sustainability value; and -
6th a schematic diagram in which the steering effect value, the steering sustainability value and the vehicle speed are plotted as a function of one another.
In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.In the figures, the same reference numerals relate to the same or functionally similar reference parts. The relevant reference parts are identified in the individual figures.
Die Steuervorrichtung
Die Steuervorrichtung
Obwohl nicht in
Wie in
As in
Im Diagramm von
Vorzugsweise kann ein derartiges Diagramm im Voraus vermessen und abgespeichert werden, sodass die Steuervorrichtung
Das Diagramm aus
Vorzugsweise kann ein derartiges Diagramm im Voraus vermessen und abgespeichert werden, sodass die Steuervorrichtung
Die oben beschriebene Lösung zur Erhöhung der Kontrollierbarkeit von Lenkbewegungen kann sowohl bei nicht-autonom fahrenden Fahrzeugen als auch bei autonom fahrenden Fahrzeugen, insbesondere Offroad-Fahrzeugen, zum Einsatz kommen. Im letzteren Fall kann die hieroben beschriebene Steuerung mit einer umfeldsensorbasierten Steuerung kombiniert werden. Zum einem wird hierdurch der der umfeldsensor-basierten Steuerung zugrunde liegende Algorithmus in seiner Reaktionsgeschwindigkeit in sicherheitskritischen Fällen bzw. drohenden Fehlfunktionen erhöht. Zum anderen werden fehlerhafte Lenkkommandos des Algorithmus auf sichere Lenkeingriffe limitiert.Such a diagram can preferably be measured and stored in advance, so that the control device
The solution described above for increasing the controllability of steering movements can be used both in non-autonomously driving vehicles and in autonomously driving vehicles, in particular off-road vehicles. In the latter case, the control described above can be combined with a control based on the environment. On the one hand, this increases the response speed of the algorithm on which the environment sensor-based control is based in safety-critical cases or impending malfunctions. On the other hand, incorrect steering commands of the algorithm are limited to safe steering interventions.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- SteuervorrichtungControl device
- 1212
- EingabeschnittstelleInput interface
- 1414th
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 140140
- RegelkreisControl loop
- 142142
- KomparatorComparator
- 1616
- SignaleinheitSignal unit
- 1818th
- AusgabeschnittstelleOutput interface
- 2020th
- FahrzeugbewegungssensorikVehicle motion sensors
- 30a-d30a-d
- GrenzverläufeBoundaries
- 32a-d32a-d
- zweite Bereichesecond areas
- 34a-d34a-d
- erste Bereichefirst areas
- 36a-d36a-d
- zulässige Bereichepermitted ranges
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5252
- LenkungseinrichtungSteering device
- S1-S5S1-S5
- VerfahrensschritteProcedural steps
Claims (12)
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