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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung zur Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung die Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit eines zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Bei zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugen beruht die Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem Vergleich einer dazu passend vorgegebenen Fahrzeugbeschleunigung mit der realen Fahrzeugbeschleunigung. Mit dieser Regelabweichung erfolgt die Regelung der Fahrzeugbeschleunigung mit der Stellgröße Gesamtlängskraft, die auf das Fahrzeug wirkt. Die notwendige Gesamtlängskraft wird durch entsprechende Vorgaben für das Antriebsmoment und das Bremsmoment des Fahrzeugs realisiert. Wenn der Reibwert der Fahrbahn zur Einstellung der notwendigen Antriebs- und Bremsmomente nicht ausreichend ist - z.B. bei einer schnee- oder eisglatten Fahrbahn -, modifizieren Regler wie z.B. TCS (Traktionsregelsystem) und/oder ABS (Antiblockiersystem) die Antriebs- und Bremsmomente zur Absicherung der Rad- und Fahrzeugstabilität. Wird ein vordefinierter Reibwert der Fahrbahn unterschritten, so wird zumindest bei manchen Systemen die Regelung so erschwert, dass ein automatisierter Betrieb stark eingeschränkt oder nicht mehr möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine automatisierte Regelung zumindest in einigen Situationen mit geringem Reibwert einer Fahrbahn möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
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Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit für ein Fahrzeug, mit den Schritten:
- - erfassen einer geplanten Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs als Sollgröße, einer Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer Rad-Istgeschwindigkeit für jedes der Räder des Fahrzeugs;
- - bestimmen eines ersten Schlupfes für jedes der Räder, aus der Rad-Istgeschwindigkeit und der Referenzgeschwindigkeit;
- - bestimmen eines zweiten Schlupfes für jedes der Räder, aus der Rad-Istgeschwindigkeit und der geplanten Sollgeschwindigkeit;
- - bestimmen eines Soll-Rad-Drehmoments für jedes der Räder des Fahrzeugs, auf Basis des ersten Schlupfes und des zweiten Schlupfes zur Veränderung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit.
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Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs ist eine Geschwindigkeit, mit der sich ein Fahrzeugschwerpunkt des Fahrzeugs über einer Fahrbahn bewegt. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit kann mittels Beschleunigen und Verzögern geändert werden. Das Beschleunigen und/oder Verzögern geschieht dadurch, dass die Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ein Drehmoment an jedem der Räder des Fahrzeugs in definierter Weise ändert und/oder die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit direkt regelt.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Landfahrzeug sein, es kann insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Transporter, ein Lastwagen, ein landgebundenes Spezialfahrzeug oder ein Amphibienfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeug sein.
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Für die Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit wird eine geplante Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs als Sollgröße erfasst. Die geplante Sollgeschwindigkeit ist eine Fahrzeuglängssollgeschwindigkeit, die beispielsweise von einem Trajektorienplaner (TRP) des voll-, hoch- oder teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs bereitgestellt wird. Der Trajektorienplaner berechnet auf Basis einer gewählten Trajektorie das Profil für die geplante Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Es sei angemerkt, dass zumindest einige Typen von Trajektorienplanern zusätzlich oder statt der geplanten Sollgeschwindigkeit eine geplante Sollbeschleunigung - bzw. das zugehörige Profil für die Fahrzeuglängsbeschleunigung - bereitstellen. Zumindest in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Sollbeschleunigung von dem Trajektorienplaner nicht berücksichtigt und/oder nicht als primäre Sollgröße berücksichtigt. Die Verwendung der geplanten Sollgeschwindigkeit als Sollgröße hat den Vorteil, dass - anders als bei Verwendung einer Sollbeschleunigung - keine Differentiation der geplanten Sollgeschwindigkeit erforderlich ist. Schwierigkeiten, die sich aus der Differentiation ergeben können (z.B. Signalsprünge) werden dadurch vermieden. Einer der Vorteile dieses Verfahrens ist, dass an die Stelle der Fahrzeugbeschleunigung die Regelgröße mittlere Radgeschwindigkeit der angetriebenen - und bei Verzögerung auch der nicht-angetriebenen - Räder tritt.
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Für die Regelung wird weiterhin eine Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst. Die Referenzgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Boden bzw. über der Fahrbahn. Die Referenzgeschwindigkeit kann beispielsweise mittels eines zentralen Rades, das den Boden berührt, mittels eines Radars über Boden, eines hochgenauen GPS, mittels der gemessenen Radgeschwindigkeiten, mittels einer Inertialsensorik und/oder mittels ähnlicher Methoden ermittelt werden.
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Ferner wird eine Rad-Istgeschwindigkeit für jedes der Räder des Fahrzeugs erfasst. Dies kann beispielsweise mittels Sensoren in den Rädern - z.B. mittels Raddrehzahlfühlern - ermittelt werden. Zumindest bei einigen Fahrzeugen können dafür Sensoren verwendet werden, welche auch für die Ansteuerung von Fahrzeug-Assistenzsystemen verwendet werden.
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Für die Regelung wird ein erster Schlupf für jedes der Räder bestimmt. Der erste Schlupf ist eine Funktion der Rad-Istgeschwindigkeit und der Referenzgeschwindigkeit. Der erste Schlupf kann als ein Früh-Indikator für eine Fahrzeug-Instabilität dienen. Der erste Schlupf kann beispielsweise mittels folgender Gleichung Gl. 1 für jedes der Räder ermittelt werden:
mit:
- sl_Whl:
- erster Schlupf, für jedes der Räder
- v_ii:
- Rad-Istgeschwindigkeit jedes Rads
- vseRef:
- Referenzgeschwindigkeit
- k:
- Konstante, z.B. zwischen 0,8 und 1,2 oder 1
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Für Werte des ersten Schlupfes sl_Whl < 0 wirkt am Rad Antriebsschlupf.
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Für Werte des ersten Schlupfes sl_Whl > 0 an, wirkt am Rad Bremsschlupf.
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Für die Regelung wird weiterhin ein zweiter Schlupf für jedes der Räder bestimmt. Der zweite Schlupf ist eine Funktion der Rad-Istgeschwindigkeit und der geplanten Sollgeschwindigkeit (von dem Trajektorienplaner des zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs). Der zweite Schlupf berücksichtigt Spezifika einer Regelung für ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeug. Mit diesem zweiten Schlupf erhält man eine zweite normierte Bezugsgröße, welche eine Relation oder Funktion der aktuellen Radgeschwindigkeit zur geplanten AD-Sollfahrzeuggeschwindigkeit angibt. Der zweite Schlupf kann beispielsweise mittels Gl. 2 für jedes der Räder ermittelt werden:
mit:
- sl_AD:
- zweiter Schlupf, für jedes der Räder
- v_ii:
- Rad-Istgeschwindigkeit jedes Rads
- vxTarAD:
- geplante Sollgeschwindigkeit
- k:
- Konstante, z.B. zwischen 0,8 und 1,2 oder 1
Für Werte des zweiten Schlupfes sl_AD < 0 fährt das Fahrzeug schneller als geplant. Für Werte des zweiten Schlupfes sl_AD > 0 fährt das Fahrzeug langsamer als geplant.
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Aus den genannten Größen, nämlich mindestens auf Basis des ersten Schlupfes und des zweiten Schlupfes, wird ein Soll-Rad-Drehmoment für jedes der Räder des Fahrzeugs bestimmt. Das Soll-Rad-Drehmoment ergibt sich aus der Bewertung der Regelabweichung mit einer situativ passenden Regler-Verstärkung. Mit dieser Regelabweichung bestimmt ein Regler das dazu erforderliche Radmoment. Die Realisierung des Radmoments kann von der Ausgestaltung des konkreten Fahrzeugs abhängig sein. Beispielsweise wird bei Fahrzeugen, die nur von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, ein positives Radmoment von dem Verbrennungsmotor erzeugt werden und ein negatives Radmoment von einer Bremse, z.B. einer hydraulischen Bremse, erzeugt werden. Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb kann das positive Radmoment auf alle Räder des Fahrzeugs wirken, bei Fahrzeugen mit Heck- oder Frontantrieb nur auf die Räder der Hinterachse bzw. Vorderachse. Das negative Radmoment kann z.B. auf alle Räder wirken. Bei Hybridfahrzeugen mit Verbrennungs- und Elektromotor oder bei Elektrofahrzeugen kann der Elektromotor auch zur Erzeugung des negativen Radmoments verwendet werden. Die Vorgabe der Sollbremsmomente kann achsindividuell erfolgen und/oder kann - insbesondere bei Auftreten von Fahrzeug- oder Radinstabilitäten - auch radindividuell erfolgen. Das hier offenbarte Regelkonzept kann auch beispielsweise für zumindest einige Ausführungsformen von Mehrmotoren-Antrieben (z.B. für das sog. „axle-split“) verwendet werden. Das gesamte Radmoment wird also durch anpasste Vorgaben für das Antriebsmoment der angetriebenen Räder bzw. für die Bremsmomente aller gebremsten Räder realisiert.
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Sollte also der Reibwert der Fahrbahn zur Einstellung der notwendigen Antriebsmomente nicht ausreichend sein, wird der vorgegebene Sollwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit gewissermaßen „gleitend“ durch einen zweiten achsindividuellen Sollwert ersetzt, der entsprechend den Reibwertverhältnissen der Fahrbahn ein Optimum an Traktion und Fahrstabilität gewährleistet.
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Das hier offenbarte Regelkonzept trägt durch mehrere Merkmale zur Erhöhung der Stabilität des Fahrzeugs bei: So werden beispielsweise durch Verwendung der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs als Sollgröße zumindest einige Arten von Signalstörungen vermieden, die von der Differentiation der Signale (z.B. bei Verwendung der Sollbeschleunigung des Fahrzeugs) herrühren können. Weiterhin beruht die Regelgröße Fahrzeuglängsgeschwindigkeit auf mehreren Messgrößen - z.B. den Raddrehzahlen einer Inertialsensorik -, die mehrfach und/oder redundant (z.B. von mehreren Sensoren) erfasst werden. Darüber hinaus trägt die Berücksichtigung der geplanten Sollgeschwindigkeit (z.B. bei dem zweiten Schlupf) zur Erhöhung der Stabilität des Fahrzeugs bei. Diese Regelung realisiert zumindest teilweise ein Konzept, Drehmomente, die (z.B. von einer Stabilitätskontrolle) als unangepasst erkannt wurden, nicht zu korrigieren - gewissermaßen „im Nachhinein“ -, sondern eher „von vorneherein“ korrekte Drehmomente zur Verfügung zu stellen. Mit diesem Verfahren erfolgt also bereits auf der Ebene der Sollwerte eine möglichst gute Anpassung an die Reibwertverhältnisse bzw. an die Fahrsituation, z.B. bei untersteuerndem oder übersteuerndem Fahrzeug. Es wird nicht erst auf der Ebene der Stellgrößen (Motormoment, Radbremsmomente) koordiniert, sondern bereits auf der Ebene der Sollwerte. Dieses Konzept trägt bei Testreihen mit realen Fahrzeugen zu einer robusteren Regelung und/oder zu einer Erhöhung der Stabilität bei, insbesondere auch bei schlechten Fahrbahnverhältnissen (z.B. bei geringen Reibwerten der Fahrbahn, z.B. aufgrund von Schnee oder Eis). Das Verfahren kann also auch bei schwierigen Fahrbahnverhältnissen, im Rahmen der physikalischen Möglichkeiten, eine zuverlässige Regelung der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichen. Das Verfahren ist darüber hinaus robust gegenüber Fahrbahnstörungen, z.B. bei welliger Fahrbahn, bei schnellen Änderungen von Steigung und Gefälle. Es wird deutlich, dass bei Anwendung dieses Verfahrens zumindest einige Fahrsituationen mit geringem Reibwert einer Fahrbahn auch mit zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugen bewältigt werden können.
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Weiterhin kann die Trajektorienplanung für die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Bedarf insofern unterstützt werden, dass bei einem partiell nicht erfüllbaren Sollgeschwindigkeitsprofil, z.B. wegen abschnittsweise zu geringem Reibwert, das Fahrzeug selbständig durch den Regler im Nachgang auf das aktuell geplante Profil zurückgeführt werden kann. Zumindest in einigen Fällen ist eine Neuplanung durch die Trajektorienplanung nicht erforderlich, sofern keine anderen Restriktionen dies unterbinden oder eine Neuplanung ohnehin notwendig wäre.
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Das Verfahren zur Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit kann sowohl für den Beschleunigungsfall als auch für den Verzögerungsfall genutzt werden. Damit kann eine Umschaltung auf andere spezialisierte Regler für die jeweilige Fahrsituation unnötig werden. Ein beträchtlicher Koordinationsaufwand, wie z.B. bei Regelketten mit mehrfach beteiligten Reglern in einer Kette, kann so vermieden werden. Dies bringt weitere Vorteile in Bezug auf Latenzzeiten, Arbeitspunktübergabe und/oder Neuinitialisierung der beteiligten Regler. Das Verfahren kann darüber hinaus im Verzögerungsfall - stetig und/oder bei Bedarf - die Aufteilung des notwendigen gesamten Bremsmoments auf die Aktuatoren e-Antrieb und Reibbremse, in Abhängigkeit der gemeldeten Potentiale für das Rekuperationsmoment und für das Bremsmoment, übernehmen. An Stelle einer aufwendigen Kette von Teilregelsystemen mit vielen Schnittstellengrößen, tritt damit ein kompakter Geschwindigkeitsregler, der mit bereits vorhandenen Schnittstellengrößen für das Sollradbremsmoment und für das Sollantriebsmoment auskommt.
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In einer Ausführungsform wird das Soll-Rad-Drehmoment weiterhin auf Basis der geplanten Sollgeschwindigkeit bestimmt.
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Bei dieser Ausführungsform wird die geplante Sollgeschwindigkeit also mindestens an zwei Stellen des Verfahrens genutzt. Dabei wird das Soll-Rad-Drehmoment also nicht ausschließlich abhängig von dem ersten und dem zweiten Schlupf bestimmt, sondern darüber hinaus auf Basis der geplanten Sollgeschwindigkeit. Dies kann zumindest bei einigen Fahrsituationen die Regelgüte erhöhen.
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In einer Ausführungsform wird das Soll-Rad-Drehmoment weiterhin auf Basis einer koordinierten geregelten Sollgeschwindigkeit bestimmt.
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Die geregelte Sollgeschwindigkeit kann beispielsweise von einer Fahrstabilitätsregelung (Vehicle Dynamic Control, VDC) und/oder einem Traktionsregelsystem (Traction Control System, TCS) bereitgestellt werden. Auch bei der Verwendung der geregelten Sollgeschwindigkeit wird das Konzept angewandt, „von vorneherein“ korrekte Drehmomente zur Verfügung zu stellen. Die geregelte Sollgeschwindigkeit kann beispielsweise zusammen mit der geplanten Sollgeschwindigkeit für die Regelung verwendet werden. Beispielsweise kann daraus eine koordinierte geregelte Sollradgeschwindigkeit für das Fahrzeug durch Bildung des Minimums gemäß Gl. 3 ermittelt werden:
mit:
- vxTar:
- koordinierte geregelte Sollgeschwindigkeit
- vxTarAD:
- geplante Sollgeschwindigkeit
- vxTarTCS:
- geregelte Sollgeschwindigkeit
- MIN:
- Minimum der Werte
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Das Minimum dieser Werte wird also als Sollwert zur Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, insbesondere im Beschleunigungsfall, genutzt. Eine vorhandene Vorrichtung oder ein Verfahren, welche die Fahrzeugsollbeschleunigung nutzt, wird in dieser Ausführungsform zur Bestimmung der jeweiligen Fahrsituation und zur Parametrierung der Parameter des Reglers entsprechend der aktuell geplanten Fahrsituation genutzt. Damit wird einer Fahrsituation begegnet, bei der ein möglicherweise vom Trajektorienplaner zu hoch angenommener Reibwert - und in der Folge ein nicht einstellbares Fahrgeschwindigkeitsprofil - zu instabilen Fahrsituationen führen könnte. Daher wird für einen zumindest teilweise automatisierten Fahrbetrieb der vom Trajektorienplaner übermittelte Wert der geplanten Sollfahrzeuggeschwindigkeit einem Vergleich mit der Sollradgeschwindigkeit des Stabilitäts- und Traktionsregelsystems unterzogen. Damit wird zumindest in einigen Fahrsituationen verhindert, dass bei niedrigem Reibwert der Fahrbahn ein instabiles Fahrverhalten - auch im automatisierten Fahrbetrieb - wegen zu niedrigem Reibwertpotenzial auftreten kann.
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In einer Ausführungsform wird aus einem Soll-Istwert-Vergleich der koordinierten Sollgeschwindigkeit mit den Radgeschwindigkeiten das Achsen-Drehmoment für jede der Achsen des Fahrzeugs abgeleitet.
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In einer Ausführungsform wird das Soll-Rad-Drehmoment für jedes der Räder des Fahrzeugs aus einem Achsen-Drehmoment für jede der Achsen des Fahrzeugs abgeleitet.
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Das Ableiten des Soll-Rad-Drehmoments für jedes der Räder aus einem Achsen-Drehmoment führt zumindest für einige Fahrzeuge zu einer besseren Anpassung von existierenden Regelungen. Weiterhin kann auf dieser Basis beispielsweise ein Wert für die Differenz der Rad-Geschwindigkeiten gebildet werden, mittels dessen z.B. die Wirkung eines Differentials beobachtet und/oder verändert werden kann. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung der Fahrzeugstabilität beitragen.
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In einer Ausführungsform wird weiterhin eine geplante Fahrzeuglängsbeschleunigung als Sollgröße erfasst. Dabei kann die geplante Fahrzeuglängsbeschleunigung nicht als primäre Sollgröße verwendet werden, sondern kann z.B. als Korrektiv und/oder zur Plausibilisierung der Werte der geplanten Sollgeschwindigkeit dienen.
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In einer Ausführungsform wird das Soll-Rad-Drehmoment auf Basis eines Kontrollmodus für das Soll-Rad-Drehmoment bestimmt. Der Kontrollmodus wird dabei aus einer Liste ausgewählt, welche mindestens folgende Kontrollmodi und/oder Kenngrößen umfasst:
- Die Liste umfasst einen ersten Kontrollmodus, welcher in der Regelung verwendet wird, wenn der zweite Schlupf (AD-Schlupf) größer ist als ein erster vordefinierter Wert (z.B. ein Wert AD_acc_thr) und der erste Schlupf (Radantriebsschlupf) noch kleiner ist als ein dritter vordefinierter Wert (z.B. TCS_thr). Der dritte vordefinierte Wert kann z.B. durch eine Grenze bestimmt sein, unterhalb derer noch kein Regeleingriff durch das TCS (Traktionsregelsystem) stattfindet. Der erste Kontrollmodus wird also z.B. bei Fahrsituationen eingestellt, bei denen eine Anforderung für eine starke Beschleunigung des Fahrzeugs vorliegt, und bei denen der erste Schlupf kleiner ist als der dritte vordefinierte Wert und daher noch kein Regeleingriff durch das TCS stattfindet. Wenn dabei der zweite Schlupf größer ist als ein erster vordefinierter Wert, also „relativ groß“ ist (weil die Fahrbahn „relativ glatt“ ist), dann greift die beschriebene Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ein und verhindert auf diese Weise durch moderate Wahl der Regelverstärkung - gewissermaßen unterhalb der „TCS-Schwelle“ - eine Instabilität.
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Die Liste der Kontrollmodi umfasst einen zweiten Kontrollmodus, welcher in der Regelung verwendet wird, wenn der zweite Schlupf (AD-Schlupf) kleiner ist als der erste vordefinierte Wert (z.B. AD_acc_thr) und der erste Schlupf (Radantriebsschlupf) kleiner ist als der dritte vordefinierte Wert (z.B. TCS_thr). Der zweite Kontrollmodus wird bei Fahrsituationen eingestellt, bei denen eine Anforderung für eine moderate Beschleunigung des Fahrzeugs vorliegt, und bei denen der erste Schlupf kleiner ist als der dritte vordefinierte Wert und daher noch kein Regeleingriff durch das TCS stattfindet. Wenn dabei der zweite Schlupf kleiner ist als ein erster vordefinierter Wert, dann greift die beschriebene Regelung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ein und verhindert auf diese Weise - immer noch unterhalb der „TCS-Schwelle“ - eine Instabilität. Bei einem menschlichen Fahrer könnte der zweite Kontrollmodus einem Verhalten entsprechen, bei dem bemerkt wird, dass eine glatte Fahrbahn vorliegt und der Fahrer daher eine Beschleunigung wählt, die geringer ist als ursprünglich intendiert. Damit wird also eine Instabilität gewissermaßen „verhindert, bevor sie entsteht“. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, wie zumindest einige Fahrsituationen mit geringem Reibwert einer Fahrbahn auch mit zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugen bewältigt werden können.
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Die Liste der Kontrollmodi kann beispielsweise noch einen weiteren Kontrollmodus umfassen, bei dem der erste Schlupf größer ist als der zweite vordefinierte Wert. In diesem Fall wird das Antriebsmoment abgesenkt werden, weil der Radantriebsschlupf die „TCS-Schwelle“ überschreitet.
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Die Liste der Kontrollmodi kann noch einen weiteren Kontrollmodus umfassen, bei dem das Fahrzeug schneller fährt als geplant und der erste Schlupf (Radbremsschlupf) noch kleiner ist als ein weiterer vordefinierter Wert. Dieser Wert kann z.B. eine Schwelle sein, bei welcher das ABS noch nicht eingreift. Dieser Kontrollmodus führt zu einem aktiven Bremsen des Fahrzeugs und kann z.B. wirksam sein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit deutlich zu hoch ist und dabei der Radbremsschlupf moderat ist.
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Die Liste der Kontrollmodi umfasst einen dritten Kontrollmodus, welcher in der Regelung verwendet wird, wenn der zweite Schlupf (AD-Schlupf) größer ist als ein zweiter vordefinierter Wert (z.B. AD_dec_thr) und der erste Schlupf (Radbremsschlupf) kleiner ist als ein vierter vordefinierter Wert (z.B. Brk_thr). Der vierte vordefinierte Wert kann z.B. durch eine Grenze bestimmt sein, unterhalb der noch kein Regeleingriff durch das ABS (Antiblockiersystem) stattfindet.
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Die Liste der Kontrollmodi umfasst einen vierten Kontrollmodus, welcher in der Regelung verwendet wird, wenn der zweite Schlupf kleiner ist als ein zweiter vordefinierter Wert (z.B. AD_dec_thr) und der erste Schlupf größer ist als der vierte vordefinierte Wert (z.B. Brk_thr). Der vierte vordefinierte Wert kann z.B. durch eine Grenze bestimmt sein, oberhalb der ein Regeleingriff durch das ABS (Anti-blockiersystem) stattfindet. In dieser Fahrsituation kann dennoch eine starke Fahrzeugverzögerung geplant sein; dies kann zu einem Blockieren der Räder führen. Hier verhindert das ABS (Antiblockiersystem) durch eine angepasste Modulation der Bremsmomente Radinstabilitäten und sichert damit die Fahrstabilität im Rahmen der physikalischen Möglichkeiten.
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Außer den genannten Kontrollmodi können noch weitere Kontrollmodi eingesetzt werden, um auf diese Weise eine Palette von Kontrollmodi zu erhalten, die an unterschiedliche reale Fahrsituationen angepasst und für diese besonders geeignet sind.
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Die Kontrollmodi können z.B. genutzt werden, um die Reglerparameter an die verschiedenen Fahrsituationen anzupassen. So können beispielsweise bei stabilen Radschlüpfen, verbunden mit deutlicher Abweichung der AD-Schlupfwerte, eher hohe Reglerverstärkungen wirksam werden. Bei Radschlüpfen nahe der Stabilitätsgrenze können moderate Reglerverstärkungen gewählt werden. Die Kontrollmodi können darüber hinaus für die Freigabe aktiver Bremseingriffe relevant sein und/oder genutzt werden.
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Ein weiterer Aspekt betrifft eine Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs, welche dazu eingerichtet ist, ein Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Fahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung wie oben und/oder nachfolgend beschrieben.
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Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung eines Verfahrens wie oben und/oder nachfolgend beschrieben zur Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit für ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeug.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Programmelement, welches, wenn es auf einer Steuerungseinrichtung wie oben und/oder nachfolgend beschrieben ausgeführt wird, die Steuerungseinrichtung anleitet, das Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement wie oben beschrieben gespeichert ist.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es zeigt:
- 1 schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform;
- 2a schematisch eine Steuerungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2b schematisch eine Steuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 3a schematisch eine Steuerungseinrichtung mit Umgebung gemäß einer Ausführungsform;
- 3b schematisch eine Steuerungseinrichtung mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4a schematisch eine Steuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4b schematisch eine Steuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5a schematisch eine Steuerungseinrichtung mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5b schematisch eine Steuerungseinrichtung mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 6 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 kann ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeugs sein. Das Fahrzeug 10 weist vier Räder 12 auf. Das Fahrzeug 10 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit vseRef; die Geschwindigkeit vseRef wird auch Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund oder Referenzgeschwindigkeit genannt. Die Referenzgeschwindigkeit vseRef wird mittels der Radgeschwindigkeiten und/oder von einem Sensor erfasst und an eine Steuerungseinrichtung 100 übertragen. An die Steuerungseinrichtung 100 werden weiterhin die Rad-Istgeschwindigkeiten v_ii jedes der Räder 12 übertragen. Die Steuerungseinrichtung 100 erhält eine geplante Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vxTarAD von einem Trajektorienplaner 200. Der Trajektorienplaner 200 kann Teil der Steuerung des zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs 10 sein. Die Steuerungseinrichtung 100 sendet - direkt oder indirekt - ein Drehmoment t_ii an jedes einzelne Rad 12. Im Fall eines direkten Sendens kann jedes der Räder einen Motor (z.B. einen Elektromotor) und eine Bremse beinhalten. Im Fall eines indirekten Sendens kann jedes der Räder eine Bremse beinhalten, aber es ist ein zentraler Motor (z.B. ein Verbrennungs- und/oder Elektromotor) vorhanden, welcher ein positives Drehmoment über ein, zwei oder mehrere Achsen an die Räder 12 überträgt. Diese Figur und die weiteren Figuren verwenden als Beispiel ein Fahrzeug mit vier Rädern und zwei Achsen. Dies soll nicht als Einschränkung betrachtet werden; denn das geschilderte Verfahren kann z.B. auch für Fahrzeuge mit mehr als vier Rädern und zwei Achsen verwendet werden.
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2a zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Steuerungseinrichtung 100 ist zur Regelung einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x für ein Fahrzeug 10 (siehe 1) eingerichtet. Die Steuerungseinrichtung 100 erfasst eine geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD des Fahrzeugs 10, die z.B. von einem Trajektorienplaner 200 übertragen wird. Weiterhin erfasst die Steuerungseinrichtung 100 eine Referenzgeschwindigkeit vseRef des Fahrzeugs 10 und eine Rad-Istgeschwindigkeit v_ii für jedes der Räder 12 des Fahrzeugs 10. Aus der Rad-Istgeschwindigkeit v_ii jedes der Räder 12 und der Referenzgeschwindigkeit vseRef wird in einem Modul Kontrollmodusbestimmung 110 ein erster Schlupf sl_Whl für jedes der Räder 12 bestimmt. Aus der Rad-Istgeschwindigkeit v_ii und der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD wird in der Kontrollmodusbestimmung 110 ein zweiter Schlupf sl_AD für jedes der Räder 12 bestimmt. Aus dem erster Schlupf sl_Whl und dem zweiter Schlupf sl_AD wird in einem Modul 115 ein Kontrollmodus AVSCmode bestimmt. Aus dem Kontrollmodus AVSCmode - und optional den Geschwindigkeiten vxTarAD und/oder vseRef - wird in einem Modul Verstärkungsregler 120 die Regelverstärkung gain bestimmt. Mittels dieser Regelverstärkung gain bildet ein Modul Drehmomentbestimmung 130 die Soll-Rad-Drehmomente t_ii für jedes der Räder 12.
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2b zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung gemäß 100 einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform der 2b ähnelt der Ausführungsform von 2a. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente. Die 2b unterscheidet sich von 2a dadurch, dass Soll-Drehmomente nicht für jedes der Räder 12 gebildet werden, sondern für je eine Achse. Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Fahrzeug 10 mit zwei Achsen, an die je ein Soll-Achs-Drehmoment t_f und t_b, jeweils für die Vorder- bzw. Hinterachse, übertragen wird.
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3a zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 mit Umgebung gemäß einer Ausführungsform. Die Umgebung der Steuerungseinrichtung 100 besteht dabei aus einem Trajektorienplaner 200, welcher ein Modul 220 zu Bestimmung der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD beinhaltet. Weiterhin weist die Umgebung ein Modul 300 auf, das ein Modul 320 zur Aufbereitung der Radgeschwindigkeiten und ein Modul 310 zur Bestimmung der Fahrzeugreferenz-Geschwindigkeit beinhaltet.
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Das Ausführungsbeispiel von 3a zeigt eine modifizierte Ausgestaltung der Elemente 110, 120 und 130 gegenüber der 2b. Dabei bildet und/oder überträgt das Modul Kontrollmodusbestimmung 110 neben dem Kontrollmodus AVSCmode noch die geplante Sollgeschwindigkeit vxTarAD. Neben den Elementen von 2a weist das Ausführungsbeispiel noch ein Modul 140 auf, das ein Traktionsregelsystem TCS und/oder eine Fahrstabilitätsregelung VDC beinhaltet. Das Modul 140 bildet aus der Referenzgeschwindigkeit vseRef und den Rad-Istgeschwindigkeiten v_ii für jedes der Räder 12 eine Sollradgeschwindigkeit vxTarTCS. Ein nachgeschaltetes Modul MIN bildet aus dem Minimum der Sollradgeschwindigkeit vxTarTCS und der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD eine koordinierte Sollradgeschwindigkeit vxTar. Aus der koordinierten Sollradgeschwindigkeit vxTar und der Regelverstärkung gain bildet ein Modul Drehmomentbestimmung 130 die Soll-Rad-Drehmomente t_ii für jedes der Räder 12. Die Regelabweichung wird also aus der Differenz des Sollwerts vxTar mit dem Mittelwert der Radgeschwindigkeiten der Räder v_ii an der jeweiligen Achse gebildet. Der Regler für den Antriebstrang verwendet Reglerparameter, die der jeweiligen Fahrsituation angepasst sind. Diese werden über die oben beschriebenen Kontrollmodi gesteuert.
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3b zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie bei 3a die gleichen Elemente. 3b unterscheidet sich von 3a durch ein schematisches Beispiel, wie die Soll-Drehmomente aus der Drehmomentbestimmung 130 in einem realen Fahrzeug mit einem zentralen Motor zur Steuerung der Räder verwendet werden. Dabei wird ein positives Drehmoment t_ii+ an eine Antriebsmomentbestimmung 170 übertragen, die ein Sollantriebsmoment MDrvTar bestimmt, welches an den zentralen Motor übertragen wird. Im Modul 150 wird ein Differenzmoment berechnet, das - unter Berücksichtigung einer Grenze vDifTarTCS für die Differenzgeschwindigkeit der angetriebenen Räder und einer Radgeschwindigkeitsdifferenz - ein Solldifferenzmoment MDif bestimmt. Daraus bildet ein Bremskraftverteiler 160 und eine Bremsmomentbestimmung 180 die radindividuellen Sollbremsmomente MBWhlTar_ii für jedes der Räder 12. Der Regler für den Antriebstrang erzeugt also ein Sollmoment, das sowohl antreibend als auch bremsend sein kann. Ein positiver Wert wirkt antreibend, ein negativer Wert wirkt verzögernd. Das Sollmoment wird so bemessen, dass die Sollwerte für die geplante Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vxTarAD und für die geregelte Sollradgeschwindigkeit vxTarTCS möglichst gut eingestellt werden. Die jeweils verfügbaren Potenziale für Antreiben, für Rekuperieren und/oder für ein Schleppmoment werden im Regler als Begrenzungen entsprechend berücksichtigt. Bei sog. axle-split Fahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsquellen wird achsindividuell das jeweilige Sollmotormoment berechnet. Das Sollmotormoment wird jeweils auf das maximal verfügbare Antriebsmoment limitiert.
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Das Verfahren und die gezeigte Vorrichtung kann also im Verzögerungsfall - stetig und/oder bei Bedarf - die Aufteilung des notwendigen gesamten Bremsmoments auf die Aktuatoren e-Antrieb und Reibbremse in Abhängigkeit der gemeldeten Potentiale für das Rekuperationsmoment und für das Bremsmoment übernehmen.
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4a zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4a ähnelt der 2a. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie bei 3a die gleichen Elemente. 4a unterscheidet sich von 2a dadurch, dass neben der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD eine geplante Sollbeschleunigung axTarAD verwendet wird. Dabei kann die geplante Fahrzeuglängsbeschleunigung axTarAD beispielsweise nicht als primäre Sollgröße verwendet werden, sondern kann z.B. als Korrektiv und/oder zur Plausibilisierung der Werte der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD dienen.
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4b zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden - analog zu 2b - Soll-Drehmomente nicht für jedes der Räder 12 gebildet werden, sondern für je eine Achse. Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Fahrzeug 10 mit zwei Achsen, an die je ein Soll-Achs-Drehmoment t_f und t_b, jeweils für die Vorder- bzw. Hinterachse, übertragen wird.
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5a zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5a unterscheidet sich von 3a dadurch, dass neben der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD eine geplante Sollbeschleunigung axTarAD verwendet wird.
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5b zeigt schematisch eine Steuerungseinrichtung 100 mit Umgebung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5b unterscheidet sich von 3b dadurch, dass neben der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD eine geplante Sollbeschleunigung axTarAD verwendet wird.
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6 zeigt ein Flussdiagramm 400 eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem Schritt 401 wird eine geplante Sollgeschwindigkeit vxTarAD des Fahrzeugs 10 als Sollgröße erfasst. Ferner wird eine Referenzgeschwindigkeit vseRef des Fahrzeugs 10 und eine Rad-Istgeschwindigkeit v_ii für jedes der Räder 12 des Fahrzeugs 10 erfasst. In einem Schritt 402 wird ein erster Schlupf sl_Whl für jedes der Räder 12 bestimmt, und zwar aus der Rad-Istgeschwindigkeit v_ii und der Referenzgeschwindigkeit vseRef. In einem Schritt 403 wird aus der Rad-Istgeschwindigkeit v_ii und der der geplanten Sollgeschwindigkeit vxTarAD ein zweiter Schlupf sl_AD für jedes der Räder 12 bestimmt. Die Schritte 402 und 403 können in einer Ausführungsform in umgekehrter Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden. In einem Schritt 404 wird auf Basis des ersten Schlupfes sl_Whl und des zweiten Schlupfes sl_AD zur Veränderung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x ein Soll-Rad-Drehmoment t_ii für jedes der Räder 12 des Fahrzeugs 10 bestimmt.
