DE102020106679A1

DE102020106679A1 - Systeme und verfahren zur steuerung der fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102020106679A1
Application number: DE102020106679.1A
Authority: DE
Inventors: Salaheddine Safour; Pierre C. Longuemare; Joachim J. Klesing; Rani Faddoul
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: US11318962B2; CN111688791B; CN111688791A; US20200290646A1; DE102020106679B4

Abstract

Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Betriebsartenübergangs für ein Fahrzeug beinhaltet das Empfangen einer Eingabe, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt, und das Bestimmen einer ersten geplanten Trajektorie, die der ersten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer zweiten geplanten Trajektorie, die der zweiten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht, und das Bestimmen eines zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht, und, als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, das Übergehen von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart über einen bestimmten Zeitraum.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/817,148, eingereicht am 12. März 2019, der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/817,312 , eingereicht am 12. März 2019, und der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/817,320 , eingereicht am 12. März 2019, die alle hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Eine elektrische Servolenkung (EPS) umfasst typischerweise Komponenten wie Lenkrad, Lenksäule, Zahnstangengetriebe, Elektromotor-Stellglied usw. Die EPS hilft dem Fahrer beim Lenken eines Fahrzeugs, indem sie die notwendige Drehmomentunterstützung bereitstellt. Das Unterstützungsdrehmoment basiert auf dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment. Im stationären Zustand wirken das Drehmoment des Fahrers und das Unterstützungsdrehmoment der Zahnstangenkraft entgegen, die durch die Wechselwirkung zwischen Reifen und Straße erzeugt wird.
Ein typisches Steer-by-Wire-System (SbW-System) besteht aus einer Straßenrad-Stellgliedeinheit (RWA) und einer Handrad- (oder Lenkrad-) Stellgliedeinheit (HWA). Im Gegensatz zur EPS sind die beiden Einheiten in dem SbW-System mechanisch getrennt und kommunizieren über eine CAN-Schnittstelle (oder andere ähnliche digitale Kommunikationsprotokolle). Die HWA-Einheit empfängt ein Zahnstangenkraftsignal von der RWA-Einheit, um ein entsprechendes Drehmomentgefühl für den Bediener zu erzeugen. Alternativ können auch der Handradwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, um ein gewünschtes Drehmomentgefühl für den Bediener zu erzeugen. Der Winkel von der HWA-Einheit wird an die RWA-Einheit gesendet, die die Positionsregelung zur Steuerung der Zahnstangenbewegung durchführt.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung betrifft allgemein Steer-By-Wire-Fahrzeugsysteme.
Es werden eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben, um einen Übergang der Lenksteuerung zwischen einer vollständig autonomen und einer manuellen Steuerbetriebsart zu verwalten. Das Verwalten umfasst das Leiten/Begrenzen dessen, dass der Fahrer den Handradwinkel ändert, auf der Grundlage einer Fahrzeugtrajektorie, die von einem autonomen Fahrerassistenzsystem bereitgestellt wird. Das Leiten kann das Erzeugen einer haptischen Rückmeldung und anderer Arten von Benachrichtigungen für den Fahrer umfassen. Das Verwalten kann ferner das Synchronisieren des Handradwinkels und des Straßenradwinkels umfassen, wenn die Fahrzeugtrajektorie von einer ersten Trajektorie von dem ADAS zu einer zweiten Trajektorie vom Fahrer übergeht.
Ein Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein System zur Bereitstellung eines Betriebsartenübergangs für ein Fahrzeug. Das System umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Das Verfahren umfasst Befehle, die bei ihrer Ausführung durch den Prozessor diesen veranlassen: eine Eingabe zu empfangen, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt; eine erste geplante Trajektorie zu bestimmen, die der ersten Betriebsart entspricht; eine zweite geplante Trajektorie zu bestimmen, die der zweiten Betriebsart entspricht; einen ersten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht; einen zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht; eine Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht, zu bestimmen; und, als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, über einen bestimmten Zeitraum von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart überzugehen.
Ein weiterer Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung eines Betriebsartenübergangs für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Eingabe, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer ersten geplanten Trajektorie, die der ersten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer zweiten geplanten Trajektorie, die der zweiten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung eines ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht. Das Verfahren umfasst auch, dass als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, über einen bestimmten Zeitraum von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart übergegangen wird.
Ein weiterer Aspekt der offengelegten Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Wechseln einer Betriebsart für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Übernahmeanforderung von einem Bediener. Das Verfahren umfasst auch die Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an den Bediener. Das Verfahren umfasst auch die Durchführung einer Bewertung der Bereitschaft des Fahrers. Das Verfahren umfasst auch den Übergang von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart unter Verwendung einer gemeinsamen Steueru ngsü bergangsbetriebsart.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als Erfindung angesehen wird, wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen:

1 allgemein Beispielebenen nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 allgemein einen Vergleich zwischen den Automatisierungsgraden in einem oder mehreren Standards nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
3 allgemein ein Fahrzeug mit einem Lenksystem nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
4 allgemein einen Überblick über ein zahnstangenbasiertes elektrisches Servolenkungssystem (EPS) und ein lenksäulenbasiertes EPS-System nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5 allgemein ein Blockdiagramm zur Bestimmung der Lenkungsart und des Übergangs zwischen den Lenkungsarten nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
6 allgemein ein Fahrzeugszenario nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 allgemein eine visuelle Darstellung einer Übergangsverwaltung nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
8 allgemein ein Blockdiagramm eines Verwaltungssystems für den Übergang in eine Lenksteuerungsbetriebsart nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 allgemein ein Blockdiagramm eines Systems zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung, um einen Fahrer beim Übergang der Lenksteuerung von der autonomen Betriebsart in die manuelle Betriebsart zu führen, nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
10 allgemein ein Blockdiagramm eines Moduls zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
11 allgemein eine erste haptische Rückmeldung, die bei verschiedenen Eingabewerten berechnet wird, nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
12 allgemein eine schematische Darstellung einer Architektur für ein Lenksystem mit gemeinsamer Steuerung eines autonomen Fahrzeugs nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
13 allgemein eine Darstellung einer Befugnis eines autonomen Fahrsystems über die Zeit für ein nicht mit Straßenrädern gepaartes Lenkrad nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
14 allgemein eine Darstellung der Befugnis eines autonomen Fahrsystems über die Zeit für ein mit Straßenrädern gepaartes Lenkrad nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
15-17 allgemein eine Ausführungsform eines Systems zur Bewertung der Fahrerbereitschaft nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
18-23 allgemein eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Bewertung der Fahrerbereitschaft nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion richtet sich auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollten die offengelegten Ausführungsformen nicht so interpretiert oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, einschränken. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat, und dass die Erörterung jeder Ausführungsform nur als Beispiel für diese Ausführungsform gedacht ist und nicht dazu gedacht ist, bekanntzugeben, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die unten beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Lenksysteme und beschreibt insbesondere eine oder mehrere Techniken zum Bereitstellen einer Benachrichtigung des Bedieners mit Hilfe von Handrad-Stellgliedern in Steer-by-Wire-Lenksystemen.
Das Lenksystem hilft dem Fahrer beim Lenken eines Fahrzeugs, indem es die notwendige Drehmomentunterstützung bietet. Ein modernes Lenksystem umfasst heute typischerweise Komponenten wie Lenkrad, Lenksäule, Zahnstangengetriebe, Elektromotor-Stellglied usw. Das Unterstützungsdrehmoment basiert auf einem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment. Im stationären Zustand wirken das Drehmoment des Fahrers und das Unterstützungsdrehmoment der Zahnstangenkraft entgegen, die durch die Wechselwirkung zwischen Reifen und Straße erzeugt wird.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind auf autonome oder halbautonome Fahrzeuge anwendbar. Autonome oder halbautonome Fahrzeuge umfassen mindestens einen Aspekt der Fahrfunktionalität, der automatisch ohne oder mit minimaler Fahrereingabe ausgeführt wird. Lenken, Bremsen und Beschleunigen sind Beispiele für Fahrfunktionen, die autonom oder halbautonom ausgeführt werden können, wenn sich das Fahrzeug in einer autonomen Fahrbetriebsart befindet.
Wenn solche Aspekte des Fahrens vom Fahrer befohlen werden, spricht man davon, dass sich das Fahrzeug in einer manuellen Fahrbetriebsart befindet. Die autonome Fahrbetriebsart nutzt in der Regel ein oder mehrere Systeme in wirksamer Kommunikation mit Fahrzeugkomponenten, wie z.B. Komponenten, die mit Lenken, Bremsen und Beschleunigen verbunden sind. Ein solches System wird, wie oben erwähnt, als ADAS bezeichnet. Das ADAS umfasst verschiedene Komponenten, wie z.B. ein Steuergerät und einen Prozessor, die in wirksamer Kommunikation mit den Fahrzeugkomponenten oder -vorrichtungen stehen.
In einigen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie eine Eingabe empfangen, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs in eine zweite Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie eine erste geplante Trajektorie bestimmen, die der ersten Betriebsart entspricht. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie eine zweite geplante Trajektorie bestimmen, die der zweiten Betriebsart entspricht. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie einen ersten Straßenrad-Stellgliedwinkel bestimmen, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie einen zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel bestimmen, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie eine Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel bestimmen, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, über einen bestimmten Zeitraum von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart übergehen.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie eine Übernahmeanforderung von einem Bediener erhalten. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie dem Bediener eine haptische Rückmeldung geben. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie eine Bewertung der Fahrbereitschaft des Fahrers durchführen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart unter Verwendung einer Übergangsbetriebsart mit gemeinsamer Steuerung übergehen.
Die Society of Automotive Engineers (SAE) hat in der SAE-Norm J3016 sechs Ebenen der Fahrautomatisierung definiert: 0 (keine Automatisierung), 1 (Fahrerassistenz), 2 (Teilautomatisierung), 3 (bedingte Automatisierung), 4 (hohe Automatisierung) und 5 (Vollautomatisierung). 1 veranschaulicht allgemein in der SAE J3016-Norm festgelegte Beispielsebenen. Die Autonomie der SAE-Ebene 3 erfordert, dass die Ausführung und Überwachung der Fahrumgebung von einem System übernommen wird, während das Rückfallverhalten dynamischer Fahraufgaben in der Verantwortung eines menschlichen Fahrers liegt. Während ADAS die Autoindustrie verändert, passen sich EPS-Systeme an dieses Marktsegment an. Beispielsweise können EPS-Systeme wünschenswert sein, die so konfiguriert sind, dass sie kurzfristig zur SAE Ebene 3 kompatible Anwendungsfälle unterstützen, die letztendlich auf Ebene 4 arbeiten, wobei die Ebenen der SAE J3016-Norm für automatisierte Fahrsysteme in Kraftfahrzeugen entsprechen.
Dementsprechend ist es wünschenswert, EPS-Systeme zu entwickeln, die mit den vorgeschlagenen Standards kompatibel sind. Beispielsweise ist es wünschenswert, dass das EPS-System eine Betriebsart zwischen einer hochautomatisierten und einer vollautomatischen Betriebsart bestimmt. Ferner ist es wünschenswert, dass die Hardware des EPS-Systems so gesteuert werden kann, dass sie Trägheitseffekte eines Lenkrads, das in der vollautomatischen Betriebsart nicht mehr verwendet wird, bewältigen kann. Weiterhin ist es wünschenswert, dass EPS-Systeme Diagnosen angemessen überwachen und aufzeichnen, z.B. Drehmomentsensorfehler, die je Betriebsart eindeutig sind.
Es ist zu beachten, dass sich die hier offengelegten Ausführungsformen zwar auf die SAE J3016-Normen und -Begriffe beziehen, die hierin enthaltenen technischen Lösungen jedoch auf Fahrzeuge anwendbar sind, die andere Normen wie die Normen des Federal Highway Research Institute (BASt) und der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) verwenden, die ähnliche Fälle wie die SAE-Normen behandeln und möglicherweise andere Begriffe verwenden. Zum Beispiel veranschaulicht 2 allgemein einen Vergleich zwischen den Ebenen in diesen Normen.
Basierend auf der SAE-Norm bieten Ebene 3 und Ebene 4 an, dass die Lenksteuerung des Fahrzeugs von einem Roboter (z.B. autonomes Steuergerät oder System) auf den Fahrer übergehen muss. Diese Übergangsphase kann eine technische Herausforderung darstellen, insbesondere wenn ein Fahrzeug mit einem Steer-by-Wire-System ausgestattet ist, das während der autonomen Fahrt in einer „Quiet Wheel“-Betriebsart arbeitet (das Lenkrad dreht sich nicht, um dem tatsächlichen Winkel der Straßenräder zu folgen).
Im Falle der ADAS-Fahrzeuge wird mit zunehmendem Automatisierungsgrad der menschliche Fahrer oder Bediener des Fahrzeugs 10 weniger in die Fahrzeug(lenk)steuerung einbezogen und das zusätzliche menschliche Gefühl für die Fehlererkennung wird verdrängt. Die hierin enthaltenen technischen Lösungen ermöglichen die Bestimmung der Betriebsarten, in denen das Fahrzeug 10 betrieben wird, wie z.B. fahrerbasierte und hochgradig autonome Betriebsarten, und ermöglichen dementsprechend den Übergang des EPS-Systems von einer Betriebsart in eine andere. Darüber hinaus gibt das EPS-System in den fahrerbezogenen Betriebsarten verschiedene Rückmeldungen an den Fahrer, die es ihm ermöglichen, in Ansprechen auf die Fahrbedingungen Maßnahmen zu ergreifen. Eine solche Rückmeldung kann in einer hochgradig autonomen Betriebsart nicht durch andere Arten von Rückmeldungen ersetzt werden. Darüber hinaus variiert die Überwachung von Diagnosebedingungen zwischen den Betriebsarten, deren Durchführung dem EPS-System durch die hier vorgestellten technischen Lösungen ermöglichen wird.
3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeuges 10 mit einem Lenksystem 12. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Lenksystem 12 ein Handrad 14, das mit einem Lenkwellensystem 16 gekoppelt ist, das eine Lenksäule, eine Zwischenwelle und die erforderlichen Gelenke umfasst. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenksystem 12 ein EPS-System, das außerdem eine Lenkassistenzeinheit 18 enthält, die mit dem Lenkwellensystem 16 des Lenksystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die Lenkassistenzeinheit 18 den oberen Teil des Lenkwellensystems 16 mit dem oder an den unteren Teil des Lenkwellensystems 16 koppeln. Die Lenkassistenzeinheit 18 kann einen Zahnstangen-Lenkmechanismus (nicht abgebildet) enthalten, der über das Lenkwellensystem 16 mit einem Lenkstellgliedmotor 19 und/oder verschiedenen Getriebemechanismen gekoppelt sein kann. Wenn ein Fahrzeugführer während des Betriebs das Handrad 14 dreht, unterstützt der Lenkstellgliedmotor 19 die Bewegung der Spurstangen 20, 22, die ihrerseits Achsschenkel 24 bzw. 26 bewegen, die mit den Straßenrädern 28 bzw. 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind.
Wie allgemein in 3 dargestellt, kann das Fahrzeug 10 außerdem verschiedene Sensoren 31, 32, 33 enthalten, die beobachtbare Zustände des Lenksystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 erfassen und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale auf der Grundlage der beobachtbaren Zustände. In einigen Ausführungsformen enthält der Sensor 31 einen Drehmomentsensor, der ein vom Fahrer des Fahrzeugs 10 auf das Handrad 14 aufgebrachtes Fahrereingangsdrehmoment (HWT) erfasst. Der Drehmomentsensor erzeugt ein darauf basierendes Fahrerdrehmomentsignal. In einigen Ausführungsformen enthält der Sensor 32 einen Motorwinkel- und Drehzahlsensor, der einen Drehwinkel sowie eine Drehzahl des Lenkstellgliedmotors 19 erfasst. In einigen Ausführungsformen enthält der Sensor 33 einen Handradpositionssensor, der die Position des Handrads 14 erfasst. Der Sensor 33 erzeugt ein darauf basierendes Handradpositionssignal.
Ein Steuermodul 40 kann einen Prozessor und einen Speicher mit Befehlen enthalten, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Der Speicher kann jeden geeigneten Speicher einschließlich Halbleiterspeicher, nichtflüchtigem Speicher, flüchtigem Speicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festwertspeicher, anderer geeigneter Speicher oder eine Kombination davon enthalten. Der Prozessor kann jeden geeigneten Prozessor, wie die hier beschriebenen, enthalten.
In einigen Ausführungsformen empfängt das Steuermodul 40 das eine oder mehrere Sensorsignale, die von den Sensoren 31, 32, 33 eingegeben werden, und es kann andere Eingänge, wie z.B. ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34, empfangen. Das Steuermodul 40 erzeugt ein Befehlssignal zur Steuerung des Lenkstellgliedmotors 19 des Lenksystems 12 auf der Grundlage eines oder mehrerer der Eingänge und ferner auf der Grundlage der Lenksteuersysteme und -verfahren der vorliegenden Offenbarung. Die Lenksteuersysteme und -verfahren der vorliegenden Offenbarung wenden eine Signalaufbereitung an und führen eine Reibungsklassifizierung durch, um einen Oberflächenreibwert 42 als Steuersignal zu bestimmen, das zur Steuerung von Aspekten des Lenksystems 12 durch die Lenkassistenzeinheit 18 verwendet werden kann.
Der Oberflächenreibwert 42 kann auch als Warnung an ein ABS 44 und/oder ESC-System 46 gesendet werden, um eine Änderung der Oberflächenreibung anzuzeigen, die, wie hier weiter beschrieben, als Schlupf in der Mitte (d.h. bei geringerem Handradwinkel) oder als Schlupf außerhalb der Mitte (d.h. bei größerem Handradwinkel) klassifiziert werden kann. Die Kommunikation mit dem ABS 44, dem ESC-System 46 und anderen Systemen (nicht abgebildet) kann z.B. über einen CAN-Bus (Controller Area Network) oder ein anderes in der Technik bekanntes Fahrzeugnetzwerk erfolgen, um Signale wie das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34 auszutauschen.
Im Falle der ADAS-Fahrzeuge wird, da ein menschlicher Fahrer oder Bediener des Fahrzeugs 10 weniger in die Fahrzeug(lenk)steuerung einbezogen wird, auch das zusätzliche menschliche Gefühl der Fehlererkennung verdrängt. Bei elektromechanischen Systemen wie dem EPS 12 wird die Abhängigkeit von der Wahrnehmung des Fahrers als Erkennungsmechanismus (z.B. Geräusche) vor dem Ausfall während der Konstruktionsphase des EPS 12 genutzt, um die Schwere einer Ausfallbetriebsart zu klassifizieren. Wie bereits erwähnt, erfordert die Autonomie der Ebene 3, dass die Ausführung und Überwachung der Fahrumgebung von einem System übernommen wird, während das Rückfallverhalten dynamischer Fahraufgaben in der Verantwortung eines menschlichen Fahrers liegt.
4 zeigt eine Übersicht über ein zahnstangenbasiertes elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 100 und ein säulenbasiertes EPS-System 150 nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Beim zahnstangenbasierten EPS-System 100 verwendet ein Controller 40 Signale von der Zahnstange zur Bereitstellung von Motorunterstützung, und beim säulenbasierten EPS-System 150 verwendet der Controller 40 Signale von/zu der Säule zur Bereitstellung von Motorunterstützung. Typischerweise wird ein zahnstangenbasiertes EPS-System 100 für EPS-Anwendungen mit höherer Leistung (SUV, FST und LCV) verwendet, bei denen die Motorunterstützung in einer Linie mit der Lenkzahnstange (unter der Motorhaube) zwischen den Straßenrädern liegt. Dagegen wird ein säulenbasiertes System 150 typischerweise für kleinere Fahrzeuge (Segmente A-C) verwendet, wobei die Motorunterstützung in die Lenksäule (in der Kabine) integriert ist, die die Kraft durch die I-Welle und in das Lenkgestänge überträgt.
Wenn das Zahnstangen-EPS-System 100 einen autonomen Befehl über einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus) (nicht abgebildet) von einem Fahrzeugsubsystem, wie z.B. einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (nicht abgebildet), erhält, verursacht jede Bewegung der Zahnstange 61 eine Reaktion in Ritzel 62, I-Welle, Säule 64 und Handrad 14 im zahnstangenbasierten System 100. Bei dieser Konfiguration erzeugt eine Änderung der Bewegung in der „Leerlauf“-Hardware einen negativen Drehmomentwert an dem Torsionsstab (aufgrund der Trägheit), der der gewünschten Richtung entgegengesetzt ist und von der Systemrichtung subtrahiert wird. In einem System der Ebene 3, das eine bedingte Automatisierung unterstützt, verursacht die Fahrereingabehardware, wie z.B. das Handrad 14, Trägheitseinflüsse auf das EPS-System 100. In Ebene 4 arbeitet das EPS-System 100 in einer autonomen Steuerungsbetriebsart, wobei die Steuerungshardware für die Autonomie der Ebene 4 dem widerspricht, was heute existiert und was die Anforderungen der Ebene 3 sind. Beispielsweise können die Trägheitsauswirkungen der Fahrereingabehardware (Handrad) 14 in EPS-Systemen der Ebene 3 die Leistung des EPS-Systems der Ebene 4 beeinträchtigen.
Eine ähnliche Herausforderung besteht in dem Säulen-EPS-System 150. Beim säulenbasierten EPS-System 150 beispielsweise verursacht das Handrad 14 selbst unerwünschte Trägheitseffekte (negative Trägheitsleistung), die in der zahnstangenbasierten Konfiguration durch die Kombination der I-Welle, der Säule 64 und des Handrads 14 verursacht werden. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen technischen Lösungen die Herausforderungen der negativen Trägheitsleistung sowohl in der zahnstangenbasierten als auch in der säulenbasierten Konfiguration ansprechen.
Darüber hinaus stellt die Diagnostik eine Herausforderung für das EPS-System 12 dar, sich an die Autonomiestandards der Ebene 4 anzupassen. Es wird das Zahnstangen-EPS-System von 4 betrachtet. Damit das EPS-System 100 in einer Betriebsart der Ebene 3 mit bedingter Autonomie funktionieren kann, wird eine Drehmomentsensor-Diagnose verwendet, um sicherzustellen, dass ein menschlicher Fahrer (über einen Drehmomentsensor) als Rückfall-Fahrmöglichkeit eingreifen kann, und daher muss die Diagnose funktionsfähig und fehlerfrei sein. Wenn dieselbe Hardware in der autonomen Betriebsart der Ebene 4 funktioniert, kann eine ausgelöste Drehmomentsensor-Diagnose die Unterstützung möglicherweise verhindern, wenn sie nicht korrekt plausibilisiert wird.
Dementsprechend ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen einem EPS-System 12 die Bestimmung der Betriebsart (z.B. Ebene 3, Ebene 4 usw.) und den weiteren Übergang von einer Betriebsart zu einer anderen.
5 veranschaulicht ein Blockdiagramm zur Bestimmung der Lenkbetriebsart und des Übergangs zwischen den Lenkbetriebsarten nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Die Lenkbetriebsart kann als Betriebsart oder als Betriebsmodus bezeichnet werden und zeigt eine Ebene des autonomen Fahrens an, die das mit dem EPS-System 12 ausgestattete Fahrzeug 10 verwendet.
Das EPS-System 12 empfängt Fahrzeugbetriebsinformationen aus verschiedenen Quellen. So empfängt das EPS-System 12 beispielsweise Informationen von Overlay-Handler-Eingaben, Diagnose-Konfigurationsdiensten, CAN-Signalen vom Fahrzeug 10 oder einem Fahrzeugautonomiesystem 210 sowie native EPS-Signale (z.B. Handraddrehmoment, Motorposition, Motorgeschwindigkeit, Motordrehmomentbefehl) und so weiter. In einem oder mehreren Beispielen werden solche Informationen vom EPS-System 12 in Form eines oder mehrerer serieller Buskommunikationssignale 205 empfangen. Es ist zu beachten, dass in anderen Beispielen die Informationen in jeder geeigneten Art und Weise oder Form empfangen werden können, wie z.B. parallele Kommunikation, drahtlose Kommunikation und ähnliches.
Das Fahrzeugautonomiesystem 210 enthält ein Fahrzeug-Subsystem, das Anweisungen sendet, die die Betriebsart betreffen. Das Fahrzeugautonomiesystem 210 empfängt beispielsweise Anweisungen von einem Bediener, zum Beispiel über eine Benutzerschnittstelle, um von einer Betriebsart zu einer anderen zu wechseln, beispielsweise von der fahrerbasierten Betriebsart in die autonome Betriebsart. Als Reaktion darauf sendet das Fahrzeugautonomiesystem 210 entsprechende Anweisungen an das eine oder mehrere Subsysteme des Fahrzeugs 10, einschließlich des EPS-Systems 12, und gibt die vom Bediener angeforderte Betriebsart an. In einem oder mehreren Beispielen ist das Fahrzeugautonomiesystem 210 proprietär für den Fahrzeughersteller und gibt Anweisungen an das EPS-System 12 unter Verwendung eines vorgegebenen Protokolls und/oder Standardformats aus.
Das EPS-System 12 enthält zum Beispiel als Teil des Steuermoduls 40 ein fortschrittliches Fahrerassistenzmodul 220. In einem oder mehreren Beispielen bestimmt das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 auf der Grundlage der erhaltenen Informationen eine aktuelle Betriebsart und eine angeforderte neue Betriebsart. So bestimmt das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 beispielsweise, dass das Fahrzeug 10 gerade in der Betriebsart I - Basis-EPS-Betriebsart arbeitet, in der das EPS-System 12 eine Leistung auf SAE-Ebene 0 liefert, was keine Automatisierung ist. Ferner in Betriebsart II - Hybridbetriebsart, in der das EPS auf SAE Ebene 3 funktioniert, was eine bedingte Automatisierung ist, wobei der Bediener den Betrieb des EPS-Systems 12 mit dem Handrad 14 übernehmen kann. Des Weiteren, in Betriebsart III - eine hochgradig autonome Betriebsart, in der das EPS-System 12 auf SAE Ebene 4 funktioniert, das heißt völlige Autonomie, wobei der Bediener die Steuerung der Lenkung nicht mit dem Handrad 14 übernehmen kann. Basierend auf der Bestimmung der Betriebsart variiert das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 die Leistung des EPS-Systems 12 entsprechend der jeweiligen Betriebsart. So bietet das EPS-System 12 beispielsweise unterschiedliche Funktionen (Kalibrierungen) innerhalb der verschiedenen Betriebsarten.
In einem oder mehreren Beispielen enthält das fortschrittliches Fahrerassistenzmodul 220 ein Betriebsart-Überwachungsmodul, das zwischen den Betriebsarten unterscheidet, indem es einen Eingriff des Fahrers durch das Handraddrehmoment zusammen mit dem Zustand des Overlay-Handlers erkennt. Zum Beispiel wird das Handrad-Eingriffsdrehmoment gemessen und auf der Grundlage eines Betrags des Handrad-Eingriffsdrehmoments und einer aktuellen Betriebsart bestimmt das Betriebsart-Überwachungsmodul eine neue Betriebsart zum Umschalten der Betriebsart des Fahrzeugs 10. In anderen Beispielen ist das Betriebsart-Überwachungsmodul vom fortschrittlichen Fahrerassistenzmodul 220 getrennt.
Zusätzlich oder alternativ wird das Betriebsart-Überwachungsmodul durch das Steuermodul 40 implementiert. Das Betriebsart-Überwachungsmodul überwacht z.B. einen Betrag des vom Bediener an dem Handrad 14 zur Verfügung gestellten Drehmoments, d.h. des Handraddrehmoments, über einen Zeitraum, beispielsweise auf Basis des Drehmomentsensors. Wenn der Bediener über mindestens eine bestimmte Zeitspanne kein Drehmoment an das Handrad abgibt, stellt das Betriebsart-Überwachungsmodul fest, dass das EPS-System 12 in einer autonomen Betriebsart, Betriebsart II oder Betriebsart III, verwendet wird. Wenn alternativ dazu ein kontinuierliches Vorhandensein eines Handraddrehmoments (von unterschiedlichem/gleichem Wert) festgestellt wird, wird das EPS-System 12 in einer vom Menschen betriebenen Betriebsart betrieben.
Alternativ oder zusätzlich überwacht das Betriebsart-Überwachungsmodul zusätzliche interne Signale des EPS-Systems 12 und/oder anderer Fahrzeugsubsysteme des Fahrzeugs 10, wie z.B. des Bremsensubsystems. Das Betriebsart-Überwachungsmodul liefert ein Steuersignal an das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul, wobei das Steuersignal die bestimmte Betriebsart anzeigt.
Wenn festgestellt wird, dass die Betriebsart umgeschaltet werden soll, passt das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 EPS-Befehle 250 an, die an das EPS-System 12 gesendet werden, z.B. einen Assistenzdrehmomentbefehl, der ein Assistenzdrehmoment für den Bediener bei der Bedienung des Fahrzeugs 10 erzeugt. Das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 ermöglicht somit den Übergang zwischen zwei Betriebsarten. Für den Bediener ist ein reibungsloser Übergang von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart erwünscht.
Alternativ oder zusätzlich möchte der Bediener wissen, wann der Übergang stattfindet, um zu wissen, ob das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 die Lenkung steuert oder nicht. Das fortschrittliche Fahrerassistenzmodul 220 bietet beispielsweise einen (für den menschlichen Fahrer) transparenten Übergang zwischen den Betriebsarten, indem zwei Instanzen von Kalibrierwertsätzen für das EPS-System 12 integriert werden, die das Lenkgefühl beeinflussen, und indem während des Übergangs eine oder mehrere Funktionen des EPS-Systems 12 EIN/AUS-geschaltet werden.
Wie beschrieben, kann eine Übergangsphase eine technische Herausforderung darstellen, insbesondere wenn das Fahrzeug 10 mit einem Steer-by-Wire-System ausgestattet ist, das während des autonomen Fahrens in einer Quiet Wheel-Betriebsart arbeitet (das Lenkrad dreht sich nicht, um dem tatsächlichen Winkel der Straßenräder zu folgen). Eine sofortige Umschaltung der Lenksteuerung auf der Grundlage einer exakten Winkelanpassung (Fahrer und Roboter) führt zu instabilen (Fahrzeugstabilität) und nicht-intuitiven Situationen (der Fahrer ist nicht in der Lage, den exakten Winkel vorherzusagen). Die hier beschriebene(n) Ausführungsform(en) ermöglichen die Verwaltung eines derartigen Übergangs der Lenkbetriebsart. Ein oder mehrere Beispiele bieten einen adaptiven Übergang der Lenksteuerung vom Roboter (autonome Betriebsart; Ebene 4) zum Fahrer (Ebene 2/3), der die Sicherheit des Fahrers (Fahrzeugstabilität) gewährleistet und die Intuitivität des Übergangs erhöht.
6 zeigt ein Beispielszenario. Hier hatte das ADAS vor Beginn des Übergangs eine erste geplante Trajektorie, die durch eine zweite geplante Trajektorie ersetzt wird, die der menschliche Fahrer verwenden möchte. Die entsprechenden RWA-Winkel für die beiden geplanten Trajektorien sind unterschiedlich. Darüber hinaus sind vor Beginn des Übergangs, wenn die erste geplante Trajektorie verwendet wird, der RWA-Winkel und der HWA-Winkel nicht synchronisiert, wobei sich das HWA in einer Mittelstellung befindet (in diesem Beispiel). Sobald der menschliche Fahrer die Kontrolle der Lenkung übernimmt, müssen die HWA- und RWA-Winkel synchronisiert sein (am Ende des Übergangs). Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen einen adaptiven Übergang, bei dem der RWA-Winkel dem HWA-Befehl sicher und reibungslos folgt, wenn der Übergang vom ADAS zum menschlichen Fahrer erfolgt.
Der adaptive Übergang der Lenksteuerung stützt sich auf zwei Indikatoren und zwei Schritte, um einen sicheren und reibungslosen Übergang zu erreichen. Die beiden Indikatoren sind das Fehlerbudget: definiert durch den maximal erlaubten Fehler zwischen den Winkeln des Fahrers und des Roboters, um einen sicheren Übergang zu gewährleisten; und das Zeitbudget: definiert durch die Zeit, die benötigt wird, um den Übergang der Lenksteuerung mit reibungsloser Fahrzeugdynamik zu erreichen.
Der erste der beiden Schritte ist die Übergangseinleitung: Fahrer zurück in die Fahrschleife (haptische Führung). Hier basiert ein sicherer Übergang auf dem Fehlerbudget. Der Fahrer legt seine Hände auf das Lenkrad (das mit einer Handson-Erkennungsfunktion ausgestattet ist) und beginnt es mit Hilfe der Drehmoment-Rückmeldungsführung entsprechend der zweiten Fahrzeugtrajektorie zu drehen. Der zweite Schritt beinhaltet den Übergang der Lenksteuerung: Lenksteuerung zurück an den Fahrer. Hier werden die Straßenräder im Rahmen des Zeitbudgets entsprechend dem Winkelbefehl des Fahrers sanft bewegt. Diese Phase beginnt, sobald der tatsächliche Fehler geringer als das Fehlerbudget ist.
7 zeigt eine visuelle Darstellung der Übergangsverwaltung nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Fehlerbudget, das Zeitbudget und die Alpha-Blending-Form werden auch auf der Grundlage anderer fahrdynamischer Signale (Gierrate, Quergeschwindigkeit, Modell...), des Fahrerstatus und der Fahrsituation berechnet/definiert. Wie gezeigt, wird eine anfängliche Übergangsphase durchgeführt, um den Fahrer wieder in die Fahrschleife zu bringen, um einen sicheren Übergang basierend auf dem Fehlerbudgetindikator zu ermöglichen. Darüber hinaus wird eine haptische Führung bereitgestellt, um den Fahrer auf intuitive Weise zurück in die Fahrschleife zu bringen. Anschließend wird mit Hilfe des adaptiven Zeitbudgetindikators ein reibungsloser Übergang der Lenksteuerung vom ADAS zum Fahrer durchgeführt. Die Zeit für den Übergang der Lenksteuerung ist dynamisch und variabel und hängt von der Fahrzeugdynamik, dem Fahrerzustand und der Fahrsituation ab. Die Fehlerbudgetberechnung, die Zeitbudgetberechnung und die Überblendung (Form) sind abstimmbar/konfigurierbar.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels für ein Übergangsverwaltungssystem für die Lenksteuerungsbetriebsart nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Blockdiagramm stellt verschiedene Blöcke zur Durchführung der verschiedenen hier beschriebenen Operationen dar. Der eine oder die mehreren Blöcke sind mit den verschiedenen Komponenten des Lenksystems gekoppelt, wie z.B. dem HWA, dem RWA, sowie mit anderen Komponenten, die Teil des Lenksystems sein können oder nicht, wie z.B. das Lenkrad, das ADAS usw.
Aufgrund des Verlustes der Situationskenntnis des Fahrers (weil das ADAS bisher die Kontrolle hat) könnten während des Übergangs die Aktionen des Fahrers in Bezug auf Lenkeingaben in den ersten Sekunden des Übergangs der Lenksteuerung mit der ersten geplanten Fahrzeugtrajektorie vom ADAS inkohärent sein. Diese technische Herausforderung wird durch eine oder mehrere Ausführungsformen der hier beschriebenen technischen Lösungen angesprochen. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird beispielsweise eine adaptive haptische Rückmeldung bereitgestellt, die den Fahrer dazu bringt, wieder in die Fahrschleife zu gelangen und ihm hilft, seine Fahrleistung zu steigern.
9 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispielsystems zur Erzeugung von haptischer Rückmeldung zum Führen des Fahrers beim Übergang der Lenksteuerung von der autonomen Betriebsart in die manuelle Betriebsart entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die adaptive haptische Rückmeldung wird auf der Grundlage der ersten geplanten Trajektorie aus dem ADAS, der zweiten geplanten Trajektorie auf der Grundlage der Eingabe des Fahrers und anderer fahrdynamischer Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und ähnlichem erzeugt. Die adaptive haptische Rückmeldung erzeugt einen Drehmomentbefehl, der an einen Motor angelegt wird, um Drehmoment zu erzeugen. Das erzeugte Drehmoment wird mit dem Unterstützungsdrehmoment, das dem Fahrer zur Verfügung gestellt wird, integriert/gemischt.
10 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften haptischen Rückmeldungs-Generierungsmoduls nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Ein erster haptischer Rückmeldungswert wird auf der Grundlage des vom Fahrer bereitgestellten Steuerwinkels in der manuellen Betriebsart (z.B. auf der Grundlage des aus dem Handraddrehmoment ermittelten HWA, wie beschrieben) und eines vom ADAS bereitgestellten Steuerwinkels in der autonomen Betriebsart berechnet. Der erste haptische Rückmeldungswert wird mit Hilfe eines Skalierungsfaktors skaliert. Der Skalierungsfaktor wird dynamisch auf der Grundlage eines Fahrer-Bereitschaftsniveaus, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Handraddrehmoments, einer Handradgeschwindigkeit und anderer solcher fahrdynamischer Signale erzeugt. Der Skalierungsfaktor, der auf den ersten haptischen Rückmeldungswert angewendet (damit multipliziert) wird, erzeugt einen angepassten / zweiten haptischen Rückmeldungswert.
In einem oder mehreren Beispielen werden die dynamischen Signale ferner verwendet, um ein Lenkschwingungssignal zu erzeugen. Das Lenkschwingungssignal wird mit der angepassten haptischen Rückmeldung gemischt (z.B. addiert).
Ein Drehmoment-Rückmeldungs-Arbitrator empfängt ein Straßen-RückmeldungsDrehmoment, ein Drehmoment der ADAS-Sicherheitsfunktionen und die angepasste haptische Rückmeldung. Der Drehmoment-Rückmeldungs-Arbitrator erzeugt einen Motordrehmomentbefehl, um auf der Grundlage dieser Eingaben ein Handraddrehmoment zu erzeugen.
11 zeigt ein Beispiel für eine erste haptische Rückmeldung, die bei verschiedenen Eingabewerten entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen berechnet wird. Die in 10 gezeigte Form der Kurve des ersten haptischen Rückmeldungswertes kann bei anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein. Die Schwingung für das Lenkrad kann gemischt werden, wenn bestimmte vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind.
12-14 veranschaulichen allgemein ein System und ein Verfahren in Verbindung mit dem Übergang zwischen einer autonomen und einer manuellen Fahrbetriebsart (z. B. so, dass die zwischen dem Fahrer und einem autonomen Fahrsystem, wie einem ADAS, in einer Übergangszeit geteilten Fahraufgaben zu einem reibungslosen und kontinuierlichen Übergang führen). Zusätzlich oder alternativ kann der Fahrer (hier auch als Bediener bezeichnet) während des Übergangs geführt werden, um sicherzustellen, dass die Befehle des Fahrers sicher und innerhalb eines akzeptablen Bereichs sind. Daher vermittelt das System dem Fahrer während des Übergangs ein Gefühl von Komfort und Vertrauen.
Unter Bezugnahme auf 12 ist eine Ausführungsform eines Lenksystems mit gemeinsamer Steuerung veranschaulicht. Das System umfasst ein gemeinsames Drehmomentsteuermodul für das Lenkradstellglied, um dem Lenkrad eine haptische Befugnis zu verleihen. Ein gemeinsames Winkelsteuermodul ist für das Straßenradstellglied bereitgestellt, um eine Befugnis für die Trajektorie des Fahrzeugs 10 zu gewährleisten.
Ein weiteres Modul, das als Befugnisentscheidungsmodul bezeichnet wird und das Niveau der Befugnis des Fahrers und der Befugnis des Roboters berechnet, ist in einigen Ausführungsformen enthalten. Andere Befugnisentscheidungsschemata können in einigen Ausführungsformen verwendet werden.
Ein Fahrer kann den Übergang von der manuellen Fahrbetriebsart in die autonome Fahrbetriebsart und umgekehrt in jeder geeigneten Weise einleiten. Dies kann eine Interaktion mit einem Knopf, Schalter, Knauf, Hebel oder ähnlichem oder eine Bewegung des Lenkrads in einer vorher festgelegten Art und Weise beinhalten. Alternativ wird ein Sprachbefehl in Betracht gezogen. Unabhängig von der genauen Art und Weise, in der der Übergang durchgeführt wird, verwalten die hier beschriebenen Ausführungsformen den Übergang von der autonomen Fahrbetriebsart in die manuelle Fahrbetriebsart, um sicherzustellen, dass der Fahrer Befehle eingibt, die im Wesentlichen den vom autonomen Fahrsystem gelieferten Befehlen entsprechen.
Unter Bezugnahme auf 13 wird nun eine Mischsteuerung in Form von Lenkwinkel- und Lenkdrehmomentbefugnis beim Übergang von einer autonomen Fahrbetriebsart zu einer manuellen Fahrbetriebsart für eine nicht gepaarte Anordnung von Lenkrad und Straßenrad dargestellt. Insbesondere stellen die Kurven einen intuitiven und sicheren Übergang durch ein kontrolliertes Profil der Übertragung von Lenkwinkel- und Drehmomentsteuerungsbefugnissen dar. Die Übernahmeanforderung (TOR) des Fahrers initiiert eine Bewertung, ob die Hände am Lenkrad erkannt werden und ein korrekter Blick der Augen erkannt wird.
Wenn der Blick der Augen nicht auf einen aufmerksamen Fahrer hinweist, wird eine haptische Rückmeldungsbenachrichtigung an das Lenkrad gegeben, um den Fahrer zu warnen. In den abgebildeten Kurven sind die mit W1, W2, W3 und W5 bezeichneten Zeitdauern abstimmbar, ebenso wie α_init. α_Target und Zeitraum W4 werden auf der Grundlage einer während des Zeitraums W2 durchgeführten Bewertung der Fahrerbereitschaft berechnet. Die Bewertung kann eine Analyse des Lenkverhaltens und des Verhaltens der Blicke der Augen umfassen. Während W2 und W4 unterstützt das autonome Fahrsystem den Fahrer auf operativer (z.B. Fahrzeugstabilität und Spurhaltung) und taktischer Ebene (z.B. Trajektorienwechsel). Das Niveau der Unterstützung durch das autonome Fahrsystem während W4 kann je nach Verhalten des Fahrers im Zeitraum W2 niedriger oder höher sein.
Unter Bezugnahme auf 14 wird nun die Mischsteuerung in Form von Lenkwinkel- und Lenkdrehmomentbefugnissen beim Übergang von einer autonomen Fahrbetriebsart zu einer manuellen Fahrbetriebsart für eine gepaarte Anordnung von Lenkrad und Straßenrad dargestellt. Insbesondere stellt die Kurve einen intuitiven und sicheren Übergang durch ein kontrolliertes Profil der Übertragung von Lenkwinkel- und Drehmomentsteuerungsbefugnissen dar. Die Übernahmeanforderung (TOR) des Fahrers initiiert eine Bewertung, ob die Hände am Lenkrad erkannt werden und ein korrekter Blick der Augen erkannt wird. Wenn der Blick der Augen nicht auf einen aufmerksamen Fahrer hinweist, wird eine haptische Rückmeldungsbenachrichtigung an das Lenkrad gegeben, um den Fahrer zu warnen.
In den abgebildeten Kurven sind die mit W1, W2, W3 und W5 bezeichneten Zeiträume abstimmbar, ebenso wie α_init. α_Target und Zeitraum W4 werden auf der Grundlage einer während des Zeitraums W2 durchgeführten Fahrer-Bereitschaftsbewertung berechnet. Die Bewertung kann eine Analyse des Lenkverhaltens und des Verhaltens des Blicks der Augen umfassen. Während W2 und W4 unterstützt das autonome Fahrsystem den Fahrer auf operativer (z.B. Fahrzeugstabilität und Spurhaltung) und taktischer Ebene (z.B. Trajektorienwechsel).
Das Niveau der Unterstützung durch das autonome Fahrsystem während W4 kann je nach der Verhalten des Fahrers im Zeitraum W2 niedriger oder höher sein.
In einigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann eine flexible Steer-by-Wire-Architektur bereitgestellt sein, die Kunden vorteilhafte Schnittstellen bietet, um ihre eigenen Übergangsverwaltungsalgorithmen auf hoher Ebene zu implementieren. Die Fähigkeit des Steer-by-Wire-Systems, die Befugnisniveaus von Fahrer und Roboter zu berücksichtigen, wird durch eine externe elektronische Steuereinheit (ECU) auf zwei Niveaus bereitgestellt, insbesondere durch haptische Rückmeldung an das Lenkrad und durch die Fahrzeugtrajektorie an das Straßenradstellglied. Die Ausführungsformen entkoppeln auch die Befugnisniveaus für die haptische Rückmeldung und die Fahrzeugtrajektorie.
Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen können einen Übergang der Lenksteuerung von einer vollständig ADAS-gesteuerten Betriebsart zu einer vom menschlichen Fahrer gesteuerten Betriebsart bereitstellen. Außerdem ermöglicht ein solcher Übergang den Wechsel einer geplanten Trajektorie des Fahrzeugs von einer ersten geplanten Trajektorie gemäß dem ADAS zu einer zweiten geplanten Trajektorie gemäß dem menschlichen Fahrer.
Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen es zusätzlich, eine haptische Rückmeldung für ein Steer-by-Wire-System auf adaptive/dynamische Weise zu erzeugen. Die adaptive haptische Rückmeldung führt den Fahrer auf intuitive Weise zurück in die Fahrschleife und hilft ihm, die Fahrleistung zu erhöhen. Das haptische Drehmoment wird auf der Grundlage von Signalen berechnet, die den Fahrer und das autonome Fahrsystem betreffen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Bereitschaftsniveau des Fahrers werden verwendet, um das Niveau der haptischen Rückmeldung zu modulieren. Lenkradvibrationen werden in einem oder mehreren Beispielen aktiviert, wenn der Fahrer das Handrad basierend auf der ersten geplanten Trajektorie in die falsche Richtung dreht. Außerdem wird ein Drehmoment-Arbitrator verwendet, um einen reibungslosen Übergang vom haptischen Rückmeldungsdrehmoment zum Straßen-Rückmeldungsdrehmoment zu gewährleisten (vollständig menschliche Fahrbetriebsart). In einem oder mehreren Beispielen wird der Drehmoment-Arbitrator auch dazu verwendet, das Drehmoment von ADAS-Sicherheitsfunktionen (z.B. Kollisionsvermeidung) während der Übergangsphase zu verwalten. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Berechnungen abstimmbar sind (Form und Amplitude), um die Kundenerwartungen zu erfüllen.
Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf ein System und ein Verfahren, die mit dem Lenksystem des Fahrzeugs 10 verbunden sind, das mit verschiedenen Arten von Lenksäulen verwendet werden kann. Insbesondere sind elektrische Servolenkungen und autonome oder halbautonome Fahrsysteme Beispiele für Fahrzeuglenksäulen, die von den hier beschriebenen Ausführungsformen profitieren können.
Das Steuerungssystem kann einen oder mehrere Controller und Prozessoren umfassen, die ineinander integriert sein können, um Daten zu speichern und zu empfangen, Berechnungen zu verarbeiten und Befehle auszuführen. In einer autonomen Lenkbetriebsart muss ein Fahrer die Lenkung nicht über die Lenkeingabevorrichtung steuern. Falls der Fahrer die Steuerung der Lenkung des Fahrzeugs 10 wiedererlangen möchte, wird eine Aufforderung zur Rückgabe der Lenksteuerung an den Fahrer ausgegeben. Die vollständige Lenksteuerung durch den Fahrer kann als manuelle Lenkbetriebsart des Fahrzeugs 10 bezeichnet werden.
Der Übergang von der autonomen Lenkbetriebsart in die manuelle Lenkbetriebsart, in einer so genannten Übergangslenkbetriebsart, muss aufgrund der dynamischen Faktoren, die mit dem Lenken des Fahrzeugs 10 verbunden sind, mit vielen Überlegungen gehandhabt werden. Um einen sicheren und intuitiven Übergang von der autonomen Lenkbetriebsart in die manuelle Lenkbetriebsart durchzuführen, bewerten die hier beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen die Bereitschaft des Fahrers, um festzustellen, ob die Übergangsbetriebsart sicher abgeschlossen werden kann, um das Fahrzeug vollständig in die manuelle Lenkbetriebsart zu schalten.
15 veranschaulicht eine Bahn, auf der sich ein Fahrzeug, wie z.B. das Fahrzeug 10, unter der Kontrolle eines autonomen Lenksystems (z.B. eines Roboters) bewegen soll. Die geplante Bahn kann Kurvenfahrmanöver beinhalten, wobei eine zuverlässige Bewertung der Bereitschaft des Fahrers in solchen Situationen noch wichtiger ist. In dem abgebildeten Beispiel befindet sich der Straßenradwinkel in einer Nicht-Geradeaus-Position (d.h. 0 Grad oder 12 Uhr), das Handrad zur manuellen Steuerung der Lenkung befindet sich jedoch in einer Geradeaus-Position oder einer anderen Position, die nicht der Position des Straßenradwinkels entspricht. Dies kann bei Steer-by-Wire-Systemen und autonomen Systemen mit nicht drehbarem Lenkrad der Fall sein.
16 zeigt eine Darstellung der Lenkwinkel-Eingaben des Fahrers über die Zeit. Zunächst befindet sich das Fahrzeug 10 in einer autonomen Fahrbetriebsart. Einige Ebenen von autonom fahrenden Fahrzeugen erlauben es einem menschlichen Fahrzeugführer, aus der automatisierten Fahrbetriebsart heraus zu übernehmen. Der Bediener kann die Bedienung des Fahrzeugs 10 anfordern, während das Fahrzeug 10 in der autonomen Fahrbetriebsart betrieben wird, ohne dass eine Aufforderung zum Eingreifen durch das autonome Fahrsystem ausgegeben wurde. In diesen Fällen verzögert das autonome Fahrsystem die Übergabe der Kontrolle an die manuelle Fahrbetriebsart, um einen reibungslosen Übergang in die manuelle Fahrbetriebsart zu gewährleisten, sowohl aus Gründen des Bedienerkomforts als auch zur Vermeidung eines gefährlichen Zustands.
Zu dem Zeitpunkt, der als „Fahrerhände am Lenkrad“ bezeichnet wird, wird eine Eingabeaufforderung ausgegeben, die ein oder mehrere Fahrzeugsteuersysteme darauf hinweist, dass die manuelle Fahrbetriebsart gewünscht oder erforderlich ist und die Übergangsfahrbetriebsart eingeleitet wird. Der Übergang in eine manuelle Lenkbetriebsart erfolgt erst, wenn verschiedene Parameter der Fahrerbereitschaft erfüllt sind. Insbesondere, wie in 16 dargestellt, lenkt das autonome Fahrsystem (z.B. ein Roboter) das Fahrzeug 10 mit einer Eingabe des Straßenradwinkels, die für die geplante Bahn des Fahrzeugs 10 gewünscht ist.
Zum Zeitpunkt der „Fahrerhände am Lenkrad “ beginnt der Bediener/Fahrer mit der Eingabe des Lenkwinkels mit dem Lenkrad. Verschiedene Eingabesituationen des Fahrers sind in Bezug auf die Eingabe des Roboter-Lenkwinkels dargestellt. Diese Eingaben werden verglichen, um festzustellen, ob der Fahrer bereit ist, die manuelle Lenksteuerung des Fahrzeugs 10 zu übernehmen. Insbesondere wenn die Eingaben des Fahrers innerhalb einer akzeptablen Eingabehüllkurve (z.B. ein Bereich) im Vergleich zur Robotereingabe liegen, wird der Übergang in die manuelle Fahrbetriebsart fortgesetzt und/oder abgeschlossen. Wie gezeigt, kann der Fahrer Eingaben machen, die als akzeptabel (d.h. innerhalb der Hüllkurve) oder als Unter- oder Überschätzung der notwendigen Lenkradwinkeleingabe angesehen werden. Diese Eingaben können anzeigen, dass der Fahrer die Fahrsituation/den Fahrkontext nicht kennt oder dass der Fahrer nicht sicher ist und zögert. Jede Inkonsistenz bei den akzeptablen Lenkwinkeleingaben des Fahrers führt zu einer Verzögerung beim Übergang in die manuelle Fahrbetriebsart.
Die oben beschriebene Analyse bewertet die Konsistenz der Lenkeingaben des Fahrers in Bezug auf die Lenkeingaben des Roboters auf der Grundlage einer Fehleranalyse. Die Ausgabe des Algorithmus kann den Übergang der Lenksteuerung vom Roboter zum Fahrer verbessern. Insbesondere verwendet die Bewertung der Fahrerkonsistenz eine mathematische Verarbeitung des Fehlers in Kombination mit dem typischen Wissen über die Fahrerreaktion (oben beschriebene Hüllkurve), um die Lenksteuerung des Fahrzeugs 10 zu übernehmen. Die Schätzmodellierung ist in 17 schematisch dargestellt.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen bieten ein System zur Schätzung der Fahreraufmerksamkeit und ein Verfahren, das die Extraktion von Eingaben mit einer Hüllkurvenprüfung kombiniert, um die Bereitschaft des Fahrers zu schätzen.
Die Hüllkurve, die die akzeptablen Grenzen des Lenkeingangswinkels des Fahrers definiert, ist abstimmbar, ebenso wie die Zeitdauer der Auswertung. Die Hüllkurve kann auf der Grundlage der Fahrzeugdynamik dynamisch sein. Die Schätzung der Fahreraufmerksamkeit könnte durch einen Algorithmus mit haptischer Rückmeldung zur besseren Führung des Fahrers auf die vom Roboter geplante Bahn während und/oder nach dem Schätzprozess verwendet werden. Eine Bestätigungszeit, die auf der Schätzung der Fahreraufmerksamkeit basiert, kann verwendet werden, um die Kontrolle des Fahrzeugs 10 sofort an den Fahrer zu übertragen.
Nach einer anderen Ausführungsform der Offenbarung, wie in 18-23 dargestellt, kann die Bereitschaft des Fahrers auch auf der Grundlage einer Reaktion des Fahrers - in Form von Korrekturmaßnahmen des Fahrers - auf eine emulierte unvorhersehbare Störung am Lenkrad analysiert werden. Die Störung wird ausgelöst, wenn eine Erkennung der Hände am Lenkrad erfolgt. Das Störungsprofil (d.h. Form und Frequenz - niedrig oder hoch) wird in einen Motordrehmomentbefehl umgewandelt, der an das Handradstellglied gesendet wird. Die Reaktion des Fahrers in Form von Handraddrehmoment, -position und -geschwindigkeit wird analysiert und ein Bereitschaftsniveau des Fahrers geschätzt (18).
Ein Beispiel für eine nicht vorhersehbare Störung ist ein Seitenwindeffekt auf das Fahrzeug 10 (19). Ein Seitenwind erzeugt eine Seitenkraft auf die Reifen-Fahrbahn-Kontaktbahn. Die Seitenkraft wird durch den Aufhängungsarm und den Lenkmechanismus in ein Drehmoment auf das Lenkrad umgewandelt. Die Reaktion des Fahrers auf diese Störung hängt von seinen Fahrfähigkeiten und seinem Zustand ab. 20 und 21 zeigen Motordrehmomentbefehle für einen gleichmäßigen Seitenwind (20) und eine oder mehrere Windböen (21), die auf das Gefühl des Lenkrads einwirken. Wie in 22 dargestellt, wird die Reaktion des Fahrers auf die Drehmomente am Lenkrad ausgewertet, um festzustellen, ob der Fahrer in der Lage ist, den Kurs des Fahrzeugs durch Widerstand gegen das und/oder Kompensation des auferlegten Drehmoments aufrechtzuerhalten. 23 zeigt ein Systemblockdiagramm, das die Beurteilung der Fahrerbereitschaft schematisch darstellt.
Die Ausführungsformen von 18-23 bieten ein System und ein Verfahren zur Bewertung der Fahrerbereitschaft für ein Steer-by-Wire-System, das in einem Zustand mit nicht drehendem Lenkrad arbeitet, auf der Grundlage einer Emulation einer unvorhersehbaren Störung. Die Verwendung der Erkennung von Händen am Lenkrad leitet den simulierten Störungsvorgang ein, und die Simulation wird für den Übergang der Lenksteuerung in Geradeaus- und Kurven-Fahrszenarien verwendet. Das Störungsprofil wird in Abhängigkeit von der Umgebung ausgewählt. Die Analyse der Fahrerreaktion kann mit Frequenz- und/oder Zeitbereichsverfahren erfolgen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen erhöhen die Sicherheit beim Übergang der Lenksteuerung vom Roboter auf den Fahrer.
In einigen Ausführungsformen enthält ein Steer-by-Wire-Lenksystem einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Verfahren zur Verwaltung des Übergangs der Lenksteuerung von einer autonomen Steuerbetriebsart in eine manuelle Steuerbetriebsart durchzuführen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Berechnung eines Fehlerbudgets auf der Grundlage eines maximal zulässigen Fehlers zwischen einem Winkel der autonomen Steuerbetriebsart und einem Winkel der manuellen Steuerbetriebsart. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch die Berechnung eines Budgets basierend auf einer Zeit, die erforderlich ist, um den Übergang der Lenksteuerung mit gleichmäßiger Fahrzeugdynamik zu erreichen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch die Erzeugung eines Positionsbefehls zur Bewegung der Straßenräder, um den Winkel der manuellen Steuerbetriebsart innerhalb des Zeitbudgets zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen enthält ein Steer-by-Wire-Lenksystem einen Prozessor, der konfiguriert ist, um ein Verfahren zur Verwaltung des Übergangs der Lenksteuerung von einer autonomen Steuerbetriebsart in eine manuelle Steuerbetriebsart durchzuführen. Das Verfahren umfasst die Berechnung einer haptischen Rückmeldung, um einen Fahrer dazu anzuleiten, den Handradwinkel entsprechend einem Winkel der autonomen Steuerbetriebsart zu ändern. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Berechnen einer Handradvibration und das Mischen der Handradvibration mit der haptischen Rückmeldung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Entscheiden zwischen der haptischen Rückmeldung und dem Straßenraddrehmoment, um einen Motordrehmomentbefehl zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist ein Verfahren konfiguriert, um den Übergang der Lenksteuerung von einer autonomen Steuerbetriebsart zu einer manuellen Steuerbetriebsart zu verwalten. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Berechnen eines Fehlerbudgets auf der Grundlage eines maximal zulässigen Fehlers zwischen einem Winkel der autonomen Steuerbetriebsart und einem Winkel der manuellen Steuerbetriebsart. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Berechnen eines Zeitbudgets, das auf einer Zeit basiert, die erforderlich ist, um den Übergang der Lenksteuerung mit gleichmäßiger Fahrzeugdynamik zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung, um einen Fahrer beim Übergang von einer autonomen Steuerbetriebsart zu einer manuellen Steuerbetriebsart zur Änderung des Handradwinkels zu führen, die Berechnung einer haptischen Rückmeldung, um einen Fahrer zur Änderung des Handradwinkels entsprechend einem Winkel der autonomen Steuerbetriebsart zu führen. Das Verfahren umfasst auch die Berechnung einer Handradschwingung und das Mischen der Handradschwingung mit der haptischen Rückmeldung. Das Verfahren umfasst auch das Entscheiden zwischen der haptischen Rückmeldung und dem Straßenraddrehmoment, um einen Motordrehmomentbefehl zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Übergang von einer autonomen Fahrbetriebsart zu einer manuellen Fahrbetriebsart für ein Fahrzeug: Empfangen einer Übernahmeanforderung von einem Bediener; Bereitstellen einer haptischen Rückmeldung an den Bediener; Durchführen einer Beurteilung der Fahrerbereitschaft; und Übergang von einer autonomen Fahrbetriebsart zu einer manuellen Fahrbetriebsart mit einer gemeinsamen Steuerungsübergangsbetriebsart, wobei die gemeinsame Steuerungsübergangsbetriebsart als eine Straßenradposition definiert ist, die teilweise durch ein autonomes Fahrsystem und teilweise durch eine Bedienereingabe gesteuert wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein System zur Beurteilung der Fahrerbereitschaft ein autonomes Fahrsystem, das während des Betriebs in einer autonomen Fahrbetriebsart einen Straßenradwinkel steuert, wobei das autonome Fahrsystem eine geplante Bahn des Fahrzeugs erzeugt. Das System umfasst auch einen Prozessor, der während einer Bewertungsperiode eine Eingabe eines Fahrer-Lenkwinkels empfängt, um den eingegebenen Fahrer-Lenkwinkel mit dem Straßenradwinkel für die geplante Bahn des Fahrzeugs zu vergleichen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Bewertung der Bereitschaft des Fahrers: Aufbringen eines Drehmoments auf ein Lenkrad; und Bewerten der Reaktion des Fahrers auf das aufgebrachte Drehmoment, um die Bereitschaft für eine manuelle Fahrbetriebsart zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen simuliert das aufgebrachte Drehmoment einen Seitenwind. In einigen Ausführungsformen simuliert das aufgebrachte Drehmoment eine oder mehrere Windböen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein System zur Bereitstellung des Betriebsartenübergangs für ein Fahrzeug einen Prozessor und einen Speicher. Das Verfahren umfasst Befehle, die bei ihrer Ausführung durch den Prozessor diesen dazu veranlassen: eine Eingabe zu empfangen, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt; eine erste geplante Trajektorie zu bestimmen, die der ersten Betriebsart entspricht; eine zweite geplante Trajektorie zu bestimmen, die der zweiten Betriebsart entspricht; einen ersten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht; einen zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht; eine Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht, zu bestimmen; und, als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, Übergehen von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart über einen bestimmten Zeitraum.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die erste Betriebsart eine autonome Betriebsart. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die zweite Betriebsart eine manuelle Betriebsart. In einigen Ausführungsformen umfasst der aktuelle Winkel des Handradstellglieds einen Winkel von null Grad. In einigen Ausführungsformen zeigt die Eingabe eine Betätigung eines Handrads des Fahrzeugs durch den Bediener an. In einigen Ausführungsformen zeigt die Eingabe eine Stellung eines Schalters im Fahrzeug an. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Befehle den Prozessor außerdem dazu, als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, ein haptisches Rückmeldungsdrehmoment zu erzeugen, das auf dem ersten Straßenrad-Stellgliedwinkel und dem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel basiert. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Befehle den Prozessor ferner, ein Unterstützungsdrehmoment an ein Handrad des Fahrzeugs auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des haptischen Rückmeldungsdrehmoments zu liefern.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung eines Betriebsartübergangs für ein Fahrzeug das Empfangen einer Eingabe, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung einer ersten geplanten Trajektorie, die der ersten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung einer zweiten geplanten Trajektorie, die der zweiten Betriebsart entspricht. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung eines ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung eines zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung einer Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht. Das Verfahren beinhaltet auch, dass als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, über einen bestimmten Zeitraum von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart übergegangen wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Betriebsart eine autonome Betriebsart. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Betriebsart eine manuelle Betriebsart. In einigen Ausführungsformen umfasst der aktuelle Winkel des Handradstellglieds einen Winkel von null Grad. In einigen Ausführungsformen zeigt die Eingabe eine Betätigung eines Handrads des Fahrzeugs durch den Bediener an. In einigen Ausführungsformen zeigt die Eingabe eine Stellung eines Schalters im Fahrzeug an. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren auch, dass als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, ein haptisches Rückmeldungsdrehmoment auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des aktuellen Handrad-Stellgliedwinkels erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch die Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmoments für ein Handrad des Fahrzeugs auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des haptischen Rückmeldungsdrehmoments.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Übergang einer Betriebsart für ein Fahrzeug das Empfangen einer Übernahmeanforderung von einem Bediener. Das Verfahren beinhaltet auch das Bereitstellen einer haptischen Rückmeldung an den Bediener. Das Verfahren beinhaltet auch die Durchführung einer Beurteilung der Fahrbereitschaft des Fahrers. Das Verfahren umfasst auch den Übergang von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart unter Verwendung einer gemeinsamen Steuerungsübergangsbetriebsart.
In einigen Ausführungsformen entspricht die erste Betriebsart einer Betriebsart mit autonomem Fahren und die zweite Betriebsart einer Betriebsart mit manuellem Fahren. In einigen Ausführungsformen wird die gemeinsame Steuerungsübergangsbetriebsart als eine Straßenradstellung definiert, die teilweise durch ein autonomes Fahrsystem und teilweise durch eine Bedienereingabe gesteuert wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die Beurteilung der Bereitschaft des Fahrers: Aufbringen eines Drehmoments auf ein Handrad des Fahrzeugs; und Auswerten einer Reaktion des Bedieners auf das aufgebrachte Drehmoment, um die Bereitschaft für die manuelle Fahrbetriebsart zu bestimmen.
Bei den vorliegenden technischen Lösungen kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration handeln. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit computerlesbaren Programmbefehlen darauf umfassen, die einen Prozessor veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier unter Bezugnahme auf Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten entsprechend den Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammabbildungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden kann.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Funktionsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen.
In dieser Hinsicht kann jeder Block im Flussdiagramm oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Befehlen darstellen, der einen oder mehrere ausführbare Befehle zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei nacheinander dargestellte Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der betreffenden Funktionalität. Es wird auch angemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch hardwarebasierte Systeme für spezielle Zwecke implementiert sein können, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen von spezieller Hardware und Computerbefehlen ausführen.
Es ist auch festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Geräte, die hier beispielhaft dargestellt sind und Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien wie Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichergeräte (austauschbar und/oder nicht austauschbar) wie z.B. Magnetplatten, optische Platten oder Bänder enthalten oder anderweitig Zugang zu diesen haben können. Zu den Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, austauschbare und nicht austauschbare Medien gehören, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie z.B. von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Solche Computerspeichermedien können Teil des Geräts, dafür zugänglich oder daran anschließbar sein. Jede hier beschriebene Anwendung oder jedes hier beschriebene Modul kann mit Hilfe von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die auf solchen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig festgehalten werden können.
Die technischen Lösungen wurden zwar im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben, es sollte jedoch leicht verständlich sein, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können die technischen Lösungen so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthalten, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und dem Umfang der technischen Lösungen entsprechen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben worden, aber es ist zu verstehen, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend sind die technischen Lösungen nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
Die vorstehende Diskussion soll die Prinzipien und verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden dem Fachmann klar werden, sobald er die vorstehende Offenbarung vollständig verstanden hat. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle diese Variationen und Modifikationen umfassen.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Jeder hier als „Beispiel“ beschriebene Aspekt oder Entwurf ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Wie in dieser Anwendung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ anstatt eines ausschließenden „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht, ist „X schließt A oder B ein“ als eine der natürlichen, einschließenden Permutationen zu verstehen. Das heißt, wenn X A einschließt; schließt X B ein; oder X schließt sowohl A als auch B ein, dann ist „X schließt A oder B ein“ in jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sind die Artikel „einer/eine/eines“, wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, allgemein so auszulegen, dass sie „einen oder mehrere“ bedeuten, es sei denn, es ist anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, dass sie auf eine singuläre Form gerichtet sind. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ oder „eine bestimmte Implementierung“ im gesamten Text nicht so gedacht, dass dieselbe Ausführungsform oder Implementierung gemeint ist, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Implementierungen der hier beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon realisiert werden. Die Hardware kann z.B. Computer, IP-Kerne (Intellectual Property), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logik-Arrays, optische Prozessoren, programmierbare Logik-Steuerungen, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung umfassen. In den Ansprüchen sollte der Begriff „Prozessor“ so verstanden werden, dass er alle vorgenannten Hardwareelemente, entweder einzeln oder in Kombination, umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
Wie hier verwendet, kann der Begriff Modul eine gepackte funktionale Hardware-Einheit, die für die Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Befehlen, die von einem Controller ausgeführt werden können (z.B. ein Prozessor, der Software oder Firmware ausführt), eine Verarbeitungsschaltung, die für die Ausführung einer bestimmten Funktion konfiguriert ist, und eine eigenständige Hardware- oder Software-Komponente umfassen, die mit einem größeren System verbunden ist. Ein Modul kann zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein im Feld programmierbares Gate Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination von diskreten Schaltungen, Gates und andere Arten von Hardware oder eine Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher enthalten, der von einem Controller ausführbare Befehle speichert, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
Ferner können die hier beschriebenen Systeme beispielsweise in einem Aspekt mit Hilfe eines Allzweckrechners oder Allzweckprozessors mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei der Ausführung hier beschriebener Verfahren und/oder Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann z.B. ein Spezial-Computer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Ferner können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich ist. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann jedes Gerät sein, das beispielsweise das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Prozessor konkret enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann. Das Medium kann z.B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches oder Halbleitergerät sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Umsetzungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein einfaches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen und sie schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Im Gegenteil, die Erfindung soll verschiedene Modifikationen und gleichwertige Vorkehrungen umfassen, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, wobei dieser Geltungsbereich so weit wie möglich auszulegen ist, um alle Änderungen und gleichwertigen Strukturen zu erfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/817312 [0001]
US 62/817320 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J3016-Normen [0021]

Claims

System zum Bereitstellen eines Betriebsartübergangs für ein Fahrzeug, wobei das System umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher mit Befehlen, die bei ihrer Ausführung durch den Prozessor diesen veranlassen: eine Eingabe zu erhalten, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs in eine zweite Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt; eine erste geplante Trajektorie entsprechend der ersten Betriebsart zu bestimmen; eine zweite geplante Trajektorie entsprechend der zweiten Betriebsart zu bestimmen; einen ersten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht; einen zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel zu bestimmen, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht; eine Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht, zu bestimmen; und als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz unter einem Schwellenwert liegt, über einen bestimmten Zeitraum von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart überzugehen.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Betriebsart eine autonome Betriebsart beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite Betriebsart eine manuelle Betriebsart beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei der aktuelle Handrad-Stellgliedwinkel einen Winkel von null Grad umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Eingabe eine Betätigung eines Handrads des Fahrzeugs durch einen Bediener anzeigt.
System nach Anspruch 1, wobei die Eingabe eine Stellung eines Schalters im Fahrzeug anzeigt.
System nach Anspruch 1, wobei die Befehle den Prozessor ferner veranlassen, als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, ein haptisches Rückmeldungsdrehmoment auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des aktuellen Handrad-Stellgliedwinkels zu erzeugen.
System nach Anspruch 7, wobei die Befehle den Prozessor ferner veranlassen, ein Unterstützungsdrehmoment an ein Handrad des Fahrzeugs auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des haptischen Rückmeldungsdrehmoments zu liefern.
Verfahren zum Bereitstellen eines Betriebsartübergangs für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Eingabe, die eine Anforderung zum Übergang von einer ersten Betriebsart des Fahrzeugs zu einer zweiten Betriebsart des Fahrzeugs anzeigt; Bestimmen einer ersten geplanten Trajektorie, die der ersten Betriebsart entspricht; Bestimmen einer zweiten geplanten Trajektorie, die der zweiten Betriebsart entspricht; Bestimmen eines ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der ersten geplanten Trajektorie entspricht; Bestimmen eines zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkels, der der zweiten geplanten Trajektorie entspricht; Bestimmen einer Differenz zwischen einem aktuellen Handrad-Stellgliedwinkel und einem Handrad-Stellgliedwinkel, der dem zweiten Straßenrad-Stellgliedwinkel entspricht; und als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Differenz kleiner als ein Schwellenwert ist, Übergehen von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart über einen bestimmten Zeitraum.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Betriebsart eine autonome Betriebsart beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Betriebsart eine manuelle Betriebsart beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der aktuelle Handrad-Stellgliedwinkel einen Winkel von null Grad umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Eingabe eine Betätigung eines Handrads des Fahrzeugs durch einen Bediener anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Eingabe eine Stellung eines Schalters im Fahrzeug anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner als Reaktion auf die Feststellung, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist, die Erzeugung eines haptischen Rückmeldungsdrehmoments auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des aktuellen Handrad-Stellgliedwinkels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner die Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmoments für ein Handrad des Fahrzeugs auf der Grundlage des ersten Straßenrad-Stellgliedwinkels und des haptischen Rückmeldungsdrehmoments umfasst.
Verfahren zum Betriebsartübergang für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Übernahmeanforderung von einem Bediener; Bereitstellen einer haptischen Rückmeldung an den Bediener; Durchführen einer Beurteilung der Bereitschaft eines Fahrers; und Übergehen von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart unter Verwendung einer Übergangsbetriebsart mit gemeinsamer Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Betriebsart einer autonomen Fahrbetriebsart und die zweite Betriebsart einer manuellen Fahrbetriebsart entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Übergangsbetriebsart mit gemeinsamer Steuerung als eine Straßenradposition definiert wird, die teilweise durch ein autonomes Fahrsystem und teilweise durch eine Bedienereingabe gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Durchführen der Beurteilung der Bereitschaft des Fahrers beinhaltet: Aufbringen eines Drehmoments auf ein Handrad des Fahrzeugs; und Auswertung einer Reaktion des Bedieners auf das aufgebrachte Drehmoment, um die Bereitschaft für die manuelle Fahrbetriebsart zu bestimmen.