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HINTERGRUND
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die Programmierung von Motorfahrzeug-Steuersystemen. Genauer gesagt beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Systeme, Verfahren und Geräte zur dynamischen Gierratenabweichungsbestimmung unter Verwendung von GPS-Positions- und hochauflösenden Kartendaten, um den Gierratenabweichungsfehler zu kompensieren.
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Der Betrieb moderner Fahrzeuge wird immer mehr automatisiert, d.h. sie sind in der Lage, die Fahrsteuerung mit immer weniger Eingriffen des Fahrers zu gewährleisten. Die Fahrzeugautomatisierung wurde in numerische Stufen eingeteilt, die von Null, was keiner Automatisierung mit voller menschlicher Kontrolle entspricht, bis zu fünf, was einer vollständigen Automatisierung ohne menschliche Kontrolle entspricht, reichen. Verschiedene automatische Fahrerassistenzsysteme (ADAS), wie z.B. der Tempomat, der adaptive Tempomat und die Einparkhilfe, entsprechen einem niedrigeren Automatisierungsgrad, während echte „fahrerlose“ Fahrzeuge einem höheren Automatisierungsgrad entsprechen.
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Es wurden adaptive Geschwindigkeitssteuerungssysteme entwickelt, bei denen das System nicht nur die eingestellte Geschwindigkeit beibehält, sondern auch automatisch das Fahrzeug abbremst, wenn ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug mit Hilfe verschiedener Sensoren wie Radar und Kameras erkannt wird. Außerdem versuchen einige Fahrzeugsysteme, das Fahrzeug in der Nähe der Mitte einer Fahrspur auf der Straße zu halten. Ein wichtiger Aspekt des effektiven ADAS-Betriebs ist die Bestimmung eines genauen Gierratensignals mit verbesserter Schätzung des Abweichungsfehlers zur Verwendung bei der Steuerung einer Fahrspurzentrierungsfunktion. Es wäre wünschenswert, ein genaueres Gierratensignal mit verbesserter Schätzung des Abweichungsfehlers für den Einsatz in assistierten Fahrsteuerungssystemen zu liefern.
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Die oben genannten Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen umfassen, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einer Person mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet der Technik bereits bekannt ist.
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BESCHREIBUNG
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Offenbart werden hier autonome Fahrzeugsteuerungssystem-Trainingssysteme und die zugehörige Steuerungslogik zur Bereitstellung einer autonomen Fahrzeugsteuerung, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Betrieb solcher Systeme sowie Kraftfahrzeuge, die mit Bordsteuerungssystemen ausgestattet sind. Als Beispiel, und nicht als Einschränkung, wird ein Automobil mit fahrzeugeigenen Lern- und Steuerungssystemen vorgestellt.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einem Speicher, der zum Speichern von Kartendaten dient, einem Sensor, der zum Bereitstellen eines Ortes dient, einem Gierratensensor, der zum Messen einer Gierrate dient, einem Prozessor zum Empfangen der Gierrate und zum Bestimmen einer Gierratenkalibrierungsabweichung in Reaktion auf die Gierrate, den Ort und die Kartendaten, und einer Fahrzeugsteuerung zum Steuern eines Fahrzeugs in Reaktion auf die Gierratenkalibrierungsabweichung.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die Kartendaten hochauflösende Kartendaten, die über ein drahtloses Netzwerk empfangen werden.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Sensor einen Sensor für ein globales Positionierungssystem.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einem ersten Raddrehzahlsensor zum Messen der Raddrehzahl eines ersten Rades und einem zweiten Raddrehzahlsensor zum Messen der Drehzahl eines zweiten Rades, und wobei der Prozessor die Gierraten-Kalibrierungsabweichung als Antwort auf die mit der Raddrehzahl des zweiten Rades übereinstimmende Raddrehzahl des ersten Rades bestimmt.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Speicher weiterhin dazu befähigt, die Gierraten-Kalibrierungsabweichung zu speichern, und der Prozessor ist weiterhin dazu befähigt, die Gierraten-Kalibrierungsabweichung an den Speicher zu koppeln.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Prozessor dazu befähigt, die Gierraten-Kalibrierungsabweichung als Antwort auf die Kartendaten und die Position zu bestimmen, die für das geradlinig fahrende Fahrzeug indikativ ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Prozessor dazu befähigt, die Gierraten-Kalibrierungsabweichung als Reaktion auf die Kartendaten und die Position zu bestimmen, die für die Fahrzeug-Gierrate von null Grad pro Sekunde indikativ ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Fahrzeugsteuerungssystem einen Speicher, der zum Speichern von Kartendaten dient, einen Ortssensor, der zum Bereitstellen eines aktuellen Standorts eines Fahrzeugs dient, einen Lenksteuerungsmonitor, der zum Bereitstellen eines aktuellen Lenkwinkels dient, einen ersten Radgeschwindigkeitssensor zum Bereitstellen einer linksseitigen Radgeschwindigkeit, einen zweiten Radgeschwindigkeitssensor zum Bereitstellen einer rechtsseitigen Radgeschwindigkeit, einen Gierratensensor zum Bereitstellen einer Gierrate, einen Prozessor zum Bestimmen einer geraden Fahrbahn als Reaktion auf die Kartendaten und den aktuellen Standort des Fahrzeugs, zum Bestätigen der geraden Fahrbahn als Reaktion auf den aktuellen Lenkwinkel, die linke Radgeschwindigkeit und die rechte Radgeschwindigkeit und zum Erzeugen einer Gierratenabweichung als Reaktion auf die Bestätigung der geradlinigen Fahrbahn und der Gierrate, und eine Steuerung zum Steuern des Fahrzeugs als Reaktion auf die Gierratenabweichung.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gerade Fahrbahn als Reaktion auf die linksseitige Raddrehzahl bestätigt, die der rechtsseitigen Raddrehzahl entspricht.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Geradeausfahrt als Reaktion auf den aktuellen Lenkwinkel von Null Grad bestätigt.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Gierratenabweichung für die Differenz zwischen der Gierrate und einer theoretischen Gierrate auf geradliniger Strecke indikativ In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Gierratenabweichung für die Differenz zwischen der Gierrate und einer Null-Grad-Gierrate indikativ.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Ortssensor ein Sensor für ein globales Positionierungssystem.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, das den Empfang einer Gierratenmessung, den Vergleich einer ersten Radgeschwindigkeit und einer zweiten Radgeschwindigkeit, das Abrufen von Kartendaten und Ortsdaten als Reaktion auf die der zweiten Radgeschwindigkeit gleichenden ersten Radgeschwindigkeit, die Bestimmung einer Bahnkrümmung als Reaktion auf die Kartendaten und die Ortsdaten, die Berechnung einer Gierratenabweichung als Reaktion auf die Gierratenmessung und die Bahnkrümmung und die Steuerung des Fahrzeugs als Reaktion auf die Gierratenabweichung.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Bahnkrümmung null Grad.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bahnkrümmung für das sich geradlinig bewegende Fahrzeug indikativ.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Gierratenabweichung weiter als Reaktion auf eine Lenkwinkeländerung, die über eine erste Zeitdauer gleich null Grad ist, berechnet.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Bestimmung einer Lenkwinkeländerung, wobei die Abweichung der Gierrate als Reaktion auf die Lenkwinkeländerung von Null Grad über eine erste Zeitdauer bestimmt wird.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Gierratenabweichung durch einen Algorithmus zur Unterstützung des Fahrens verwendet.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bahnkrümmung indikativ für eine gerade Bewegungsbahn des Fahrzeugs.
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Der oben genannte Vorteil sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden können, werden durch die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden und die Erfindung wird besser verstanden.
- 1 zeigt eine Betriebsumgebung für die dynamische Gierratenabweichungsabschätzung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführung.
- 2 zeigt ein Blockdiagramm, das ein System zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das assistierte Fahren nach einer beispielhaften Ausführung zeigt.
- 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das assistierte Fahren nach einer anderen beispielhaften Ausführung veranschaulicht.
- 4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung eines Systems zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das assistierte Fahren in einem Fahrzeug zeigt.
- 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das assistierte Fahren nach einer anderen beispielhaften Ausführung veranschaulicht.
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Die hier dargestellten Veranschaulichungen illustrieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, und solche Veranschaulichungen sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert werden, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentativ. Die verschiedenen Merkmale, die mit Bezug auf eine der Figuren illustriert und beschrieben werden, können mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungen zu erzeugen, die nicht explizit illustriert oder beschrieben sind. Die abgebildeten Merkmalskombinationen bieten repräsentative Ausführungen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen gewünscht werden.
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1 veranschaulicht schematisch eine Betriebsumgebung für die dynamische Gierratenabweichungs-Schätzung 100 für ein Kraftfahrzeug 110. In dieser beispielhaften Ausführung der vorliegenden Offenbarung fährt das Fahrzeug auf einer Fahrbahn, die durch Fahrbahnmarkierungen 120 begrenzt ist. Das Fahrzeug 110 arbeitet in einem unterstützten Fahrspurzentrierungsmodus, in dem das Fahrzeugsteuerungssystem Kameras und andere Sensoren verwendet, um das Fahrzeug so zu steuern, dass das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur 130 bleibt. Das Beispielfahrzeug 110 ist zudem mit einer Kartendatenbank und einem GPS-Sensor (Global Positioning System) ausgestattet.
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Das Fahrzeug 110 kann mit mindestens einer Kamera Bilder von mindestens einem vorderen Sichtfeld des Fahrzeugs 110 aufnehmen. Das Fahrzeug 110 ist dann wirksam, diese Bilder mit Bildverarbeitungstechniken zu bearbeiten, um die Fahrbahnmarkierungen 120 auf beiden Seiten des Fahrzeugs 110 zu erkennen. Diese Bildverarbeitungstechniken können Kantenerkennung, Gabor-Filterung, Deep Learning und Hough-Transformation umfassen. Nach der Erkennung der Fahrbahnmarkierungen 120 ist das Fahrzeug 110 wirksam, sich mit Hilfe des Lenksteuerungsalgorithmus zwischen den Fahrbahnmarkierungen 120 zu zentrieren. Der Weg der Fahrbahnzentrierung kann als eine Reihe von seitlichen Versätzen, Kurswinkeln und Längsabständen über einen bestimmten Zeitraum dargestellt werden. Diese Längsversätze werden in Abhängigkeit von der Quergeschwindigkeit, der Querposition und der Gierrate berechnet. Die Gierrate ist die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeugs um seine vertikale Achse.
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Die Gierrate wird normalerweise entweder mit einem piezoelektrischen Sensor oder einem mikromechanischen Sensor gemessen. Diese Sensoren weisen einen gewissen Fehler auf, der sich im Laufe der Zeit ändern kann, daher ist es wichtig, die Gierratenausgabe neu zu kalibrieren, so dass die korrekten seitlichen Versätze erzeugt werden.
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Die offenbarten Verfahren können mit beliebig vielen verschiedenen Systemen verwendet werden und sind nicht speziell auf die hier gezeigte Betriebsumgebung beschränkt. Die Architektur, der Aufbau, die Einrichtung und der Betrieb des Systems und seiner einzelnen Komponenten ist allgemein bekannt. Auch andere, hier nicht gezeigte Systeme könnten die offenbarten Verfahren anwenden.
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Um nun zu 2 zu kommen, wird ein Blockdiagramm gezeigt, das eine beispielhafte Implementierung eines Systems zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das unterstützte Fahren 200 zeigt. Das System 200 umfasst einen Prozessor 220, wie z.B. einen Pfadprozessor, um Daten von verschiedenen Fahrzeugsensoren zu empfangen und einen Pfad für das Fahrzeug zu generieren. Zu diesen Sensoren können ein Gierratensensor 240 und ein GPS-Sensor 245 gehören. Darüber hinaus kann der Prozessor 220 Informationen wie Kartendaten 250 aus einem Speicher oder ähnliches und Benutzereingaben über eine Benutzerschnittstelle 253 empfangen.
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Im fahrunterstützten System 200 kann der Prozessor 220 in Reaktion auf eine Benutzereingabe o.ä. einen gewünschten Pfad erzeugen, wobei der gewünschte Pfad die Fahrspurzentrierung, das Folgen von Kurven, Spurwechsel usw. umfassen kann. Diese gewünschte Pfadinformation kann als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Gierwinkel und die seitliche Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur bestimmt werden. Sobald der gewünschte Pfad bestimmt ist, wird vom Prozessor 220 ein für den gewünschten Pfad indikatives Steuersignal erzeugt und an die Fahrzeugsteuerung 230 gekoppelt. Das Fahrzeugsteuergerät 230 empfängt das Steuersignal und erzeugt ein individuelles Lenksteuersignal zur Kopplung an das Lenksteuergerät 270, ein Bremssteuersignal zur Kopplung an das Bremssteuergerät 260 und ein Drosselklappensteuersignal zur Kopplung an das Drosselklappensteuergerät 255, um den gewünschten Pfad auszuführen.
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Das dynamische Gierratenabweichungslernen, das für assistierte Fahrsysteme als notwendig erachtet wird, beruht auf der genauen Bestimmung des Geradeausfahrverhaltens. Verfahren zur Bestimmung eines Geradeausfahrzustands können die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen linkem und rechtem Rad und den Lenkradwinkel verwenden, um einen Geradeausfahrzustand zu erkennen. Alternativ kann das Verfahren auch dazu dienen, die Radgeschwindigkeiten diagonal zu vergleichen, z.B. links vorne und rechts hinten. Diese Verfahren können jedoch bei langen Kurven mit großem Radius zu einer falschen Erkennung des Zustands der Geradeausfahrt führen. Diese Erkennung falscher Geradeausfahrten führt zu falschem Abweichungsfehler-Lernen und zum Aufbau einer Abweichung im Gierratensignal. Zum Beispiel ist das Fahren mit 100 km/h auf einer schrägen Fahrbahn mit einer durchschnittlichen Gierrate von etwa einem Grad pro Sekunde nicht robust mit der Radgeschwindigkeit oder dem Lenkradwinkel erfassbar, so dass traditionelle Algorithmen zum Lernen der Gierratenabweichung in diesem Fall zu einer falschen Abweichung „getäuscht“ werden können. Die Karten- und Standortdaten können kontinuierlich abgerufen, ausgewertet und gespeichert werden, auch wenn die auf der Radgeschwindigkeit basierende Geradeausfahrt in einem gegebenen Regelkreis nicht zufriedenstellend ist. Die GPS-Ortungshistorie und die Krümmung der Karte können dazu verwendet werden, um festzustellen, dass sich das Fahrzeug tatsächlich in einer sehr leichten Kurve befindet, und um eine Abweichung der Gierrate unter diesen Bedingungen zu verhindern. Eine Alternative zur Berechnung der Bahnkrümmung wäre die Berechnung des GPS-Kurses und die Suche nach einem konstanten GPS-Kurs innerhalb eines kalibrierbaren Bandes.
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Die GPS-Positionshistorie und hochauflösende Kartendaten können verwendet werden, um zu bestätigen, dass das Fahrzeug geradeaus gefahren ist und sich daher in einem Zustand befindet, in dem das Gierratensignal ausgewertet und auf Abweichungsfehler eingestellt werden kann. In einer beispielhaften Ausführung ist der Prozessor 220 wirksam, neue hochauflösende Kartendaten aus dem Kartendatenspeicher 250 und Positionsdaten vom GPS 245 zu empfangen, um einen hochpräzisen Geradeausfahrzustand zu bestimmen, der für das Lernen von Sensorabweichungen verwendet wird. Der Prozessor 220 kalibriert dann das Gierratensignal unter Verwendung dieses Sensorabweichungs-Lernens. Die erhöhte Genauigkeit des Gierratensignals, das zur Steuerung bei der Fahrbahnzentrierung verwendet wird, führt zu einer verbesserten Schätzung des Abweichungsfehlers.
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Um nun zu 3 zu kommen, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine beispielhafte Implementierung eines Verfahrens zur dynamischen Gierratenabweichungs-Schätzung für das assistierte Fahren 300 zeigt. Die Gierrate ist eine kritische Komponente bei der Fahrdynamikmessung, bei der der tatsächliche Wert durch die Sensorabweichung beeinflusst werden kann. Es ist entscheidend, dass die Sensorabweichung abgeschätzt und die Gierrate als Reaktion auf diese Abweichung korrigiert wird. Um das fehlerhafte Gierratensignal zu korrigieren und die Sensorabweichung abzuschätzen, wird zunächst die Notwendigkeit einer Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 ermittelt. Diese Notwendigkeit kann sich aus der Anforderung ergeben, die Gierratenabweichung periodisch zu aktualisieren, oder aus einer anderen betrieblichen Anforderung resultieren. Das Verfahren ist dann wirksam, um festzustellen, ob das Fahrzeug steht 310. Wenn das Fahrzeug stillsteht, ist das Verfahren dann wirksam, um die Gierraten-Abweichung 315 zu aktualisieren. Ein stehendes Fahrzeug hat eine Gierrate von null Grad, da keine Winkelgeschwindigkeit um die vertikale Achse des Fahrzeugs vorliegt. Wenn das Fahrzeug nicht stillsteht, wie z.B. bei langen Autobahnfahrten, ist das Verfahren wirksam, um zu bestimmen, ob die linke und rechte Raddrehzahl mit 320 miteinander übereinstimmen. Wenn die Radgeschwindigkeiten nicht übereinstimmen, was darauf hinweist, dass sich das Fahrzeug in einer Kurve befindet, ist das Verfahren wirksam, zur Bestimmung der Notwendigkeit einer Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 zurückzukehren.
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Wenn die Radgeschwindigkeiten übereinstimmen 320, was für das geradlinig fahrende Fahrzeug indikativ ist, ist das Verfahren dann wirksam, um zu bestimmen, ob die Fahrzeugpositionshistorie und die Kartendaten darauf hinweisen, dass das Fahrzeug geradlinig fährt 325. Beispielsweise kann die Historie der Fahrzeugposition über die hochauflösenden Kartendaten gelegt werden, um zu bestimmen, auf welcher Straße das Fahrzeug fährt und ob diese Straße ein gerader Weg ist, der sich für die Bestimmung der Gierratenabweichung eignet. Die Kartendaten können darauf hinweisen, dass es sich bei der Strecke um einen geraden Weg handelt, der sich zur Bestimmung der Gierrate eignet. Alternativ dazu kann das Verfahren wirksam sein, um zu bestimmen, ob die Fahrzeugpositionshistorie einer Straße entspricht, was auf eine gültige Fahrzeugpositionshistorie hinweist, und dann kann das Verfahren einen mathematischen Algorithmus verwenden, um zu bestimmen, ob die diskreten Fahrzeugpositionspunkte einem geraden Weg entsprechen. Wenn die GPS- und Kartenhistorie anzeigt, dass das Fahrzeug keinen geraden Weg zurückgelegt hat oder sich in einer Kurve befindet, ist das Verfahren wirksam, zur Bestimmung der Notwendigkeit einer Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 zurückzukehren.
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Wenn das GPS und die Kartenhistorie anzeigen, dass sich das Fahrzeug in einer geraden Linie bewegt, ist das Verfahren wirksam, um festzustellen, dass die Kartenkrümmung für eine vorgegebene Strecke, z.B. 100 Meter vor und hinter dem Fahrzeug 330, Null ist. Wenn die Krümmung der Karte für die vorgegebene Entfernung nicht Null ist, ist das Verfahren wirksam, um zur Bestimmung der Notwendigkeit einer Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 zurückzukehren.
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Wenn die Krümmung der Karte über die vorgegebene Strecke gleich Null ist, kann mit dem Verfahren festgestellt werden, ob die Änderung des Lenkwinkels über eine vorgegebene Zeitspanne von 335, z.B. eine Sekunde, stattgefunden hat. Das Verfahren kann zur Überwachung eines Lenkwinkelindikators eines Lenkungsreglers eingesetzt werden. Wenn sich der Lenkwinkel während einer vorgegebenen Zeitspanne nicht wesentlich geändert hat, kann das Verfahren davon ausgehen, dass das Fahrzeug auf einer geraden Strecke fährt. Eine geringe Änderung des Lenkgrades kann das Ergebnis von Korrekturen der Spurhaltung oder von Korrekturen aufgrund von Umweltbedingungen wie unebener Straßenoberfläche oder Wind sein. Wenn der Betrag des Lenkwinkels unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann das Verfahren immer noch wirksam sein, um festzustellen, dass das Fahrzeug auf einer geraden Bahn fährt. Wenn sich der Lenkwinkel während der vorgegebenen Zeit geändert hat, ist das Verfahren wirksam, um zur Bestimmung der Notwendigkeit einer Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 zurückzukehren.
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Wenn sich der Lenkwinkel über die vorgegebene Zeitspanne 335 nicht geändert hat, ist das Verfahren dann wirksam, um die Gierratenabweichung 315 zu aktualisieren. Die aktuell gemessene Gierrate kann von einem Gierratensensor empfangen werden. Diese aktuell gemessene Gierrate wird dann mit der theoretischen Gierrate auf gerader Strecke verglichen. Die Differenz zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten wird zur Abweichung der Gierrate. Diese Gierratenabweichung wird zu der aktuell gemessenen Gierrate addiert, um den Gierratensensor so zu kalibrieren, dass die kalibrierte Gierrate gleich der theoretischen Gierrate auf gerader Strecke ist, wenn das Fahrzeug eine gerade Strecke fährt. Sobald die Gierratenabweichung aktualisiert wurde, ist das Verfahren wieder einsatzbereit, um die Notwendigkeit der Aktualisierung der Gierratenabweichung 305 zu bestimmen.
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Um nun zu 4 zu kommen, wird ein Blockdiagramm gezeigt, das eine beispielhafte Implementierung eines Systems zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das unterstützte Fahren von 400 in einem Fahrzeug zeigt. Das System 400 kann einen Prozessor 420, einen Gierratensensor 440, einen GPS-Sensor 450, einen Speicher 455, einen Fahrzeug-Controller 460, einen Lenkungs-Controller 490, einen Drosselklappen-Controller 480 und einen Brems-Controller 470 umfassen.
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Der Gierratensensor 440 dient zur Messung der Drehrate eines Fahrzeugs um eine vertikale Achse. Zum Beispiel kann ein Fahrzeug, das nach rechts abbiegt, eine Gierrate von 5 Grad pro Sekunde haben. Der Gierratensensor 440 kann Teil einer Inertialmesseinheit (IMU) oder ein unabhängiges Gerät sein. Das Ausgangssignal des Gierratensensors 440 kann eine oszillierende Spannung sein, die in Frequenz oder Amplitude proportional zur Gierrate ist.
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Der GPS-Sensor 450 empfängt eine Vielzahl von zeitgestempelten Satellitensignalen einschließlich der Standortdaten des sendenden Satelliten. Das GPS verwendet dann diese Informationen, um eine genaue Position des GPS-Sensors 450 zu bestimmen. Der Prozessor 420 empfängt möglicherweise die Standortdaten vom GPS-Sensor 450 und speichert diese Standortdaten zusammen mit einem Zeitstempel im Speicher 455, so dass der Weg des Fahrzeugs über die Zeit bestimmt werden kann.
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In einer beispielhaften Ausführung ist der Prozessor 420 wirksam, die gespeicherten Standortdaten zu überwachen und festzustellen, ob der Fahrzeugweg eine gerade Linie ist. Die Bestimmung eines geradlinigen Pfades kann im Vergleich der Standortdaten und der Kartendaten erfolgen. Wenn der Fahrzeugweg als gerade Linie bestimmt wird, empfängt der Prozessor Kartendaten aus dem Speicher 455 und ermittelt die Krümmung der aktuellen Straßenoberfläche für eine Strecke vor und nach dem aktuellen Fahrzeugstandort. Der Prozessor 420 ist dann möglicherweise in der Lage, den geraden Weg als Reaktion auf eine Straßenkrümmung von Null Grad zu bestätigen. Der Prozessor 420 kann dann vom Fahrzeug-Controller Daten empfangen, die indikativ für den vom Lenkungs-Controller 490 empfangenen Lenkwinkel sind. Die Daten der Lenksteuerung können auf eine ausreichend kleine Änderung des Lenkwinkels über einen bestimmten Zeitraum hindeuten, was ein weiterer Hinweis darauf sein kann, dass das Fahrzeug auf einer geraden Linie fährt. Unter Verwendung eines dieser Geradlinigkeitsindikatoren kann der Prozessor 420 feststellen, dass das Fahrzeug auf einer geraden Linie fährt, und dann die Gierratenabweichung als Reaktion auf diese Feststellung aktualisieren. Die Gierratenabweichung wird als Reaktion auf die Differenz zwischen der aktuellen Gierrate, die vom Gierratensensor 440 geliefert wird, und dem Wert der geraden Gierrate bestimmt. Diese Differenz kann als Abweichungswert für die Kalibrierung des Gierratensensors 440 verwendet werden. Der kalibrierte Gierratenwert kann dann an das Fahrzeug-Steuergerät 460 zur Verwendung bei der Erzeugung von Fahrzeugsteuersignalen zur Kopplung an das Lenkungs-Steuergerät 490, das Drosselklappen-Steuergerät 480 und das Brems-Steuergerät 470 geliefert werden.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist der Speicher 455 für die Speicherung hochauflösender Kartendaten wirksam. Der GPS-Sensor 450 ist wirksam zur Bestimmung des Standortes und der Gierratensensor 440 zur Messung der Gierrate. Der Prozessor 420 empfängt dann die Gierrate und bestimmt eine Gierraten-Kalibrierungs-Abweichung als Reaktion auf die Gierrate, den Standort und die Kartendaten, wenn der Standort und die Kartendaten anzeigen, dass das Fahrzeug auf einer geraden Linie fährt und die geschätzte Gierrate daher Null ist. Der Prozessor 420 ist ferner wirksam, ein Steuersignal als Reaktion auf die Gierraten-Kalibrierungsabweichung zu erzeugen und diese Gierraten-Kalibrierungsabweichung an den Fahrzeug-Controller 460 zur Steuerung eines Fahrzeugs als Reaktion auf die Gierraten-Kalibrierungsabweichung zu liefern.
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Der Prozessor 420 kann eine oder mehrere Radgeschwindigkeiten von einem Raddrehzahlsensor 475 empfangen und diese Radgeschwindigkeiten zur Abschätzung der Geradeausfahrt des Fahrzeugs verwenden. Zum Beispiel kann das System 400 einen ersten Raddrehzahlsensor 475 zur Messung der Raddrehzahl eines ersten Rades und einen zweiten Raddrehzahlsensor 476 zur Messung der Drehzahl eines zweiten Rades umfassen, und wobei der Prozessor 420 in Reaktion auf die Raddrehzahl des ersten Rades, die ungefähr gleich der Raddrehzahl des zweiten Rades ist, einen Geradeausfahrzustand bestimmt. Der Prozessor 420 kann dann die Gierraten-Kalibrierungsabweichung berechnen und an den Speicher 455 koppeln, wobei der Speicher 455 die Gierraten-Kalibrierungsabweichung speichert. Der Fahrzeug-Controller 460 kann dann die Gierraten-Kalibrierungsabweichung aus dem Speicher 455 abrufen.
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Um nun zu 5 zu kommen, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine beispielhafte Implementierung eines Systems zur dynamischen Gierratenabweichungsabschätzung für das unterstützte Fahren 500 in einem Host-Fahrzeug veranschaulicht. In dieser beispielhaften Ausführung kann das Verfahren 500 durch ein Fahrzeugsteuerungssystem in einem mit einem fortgeschrittenen fahrerunterstützten System ausgestatteten Fahrzeug durchgeführt werden. Das Verfahren ist zunächst wirksam, um eine Gierratenmessung 510 von einer Trägheitsmesseinheit, einem Gierratensensor oder ähnlichem zu erhalten. Das Verfahren ist dann so ausgelegt, dass eine erste Radgeschwindigkeit von einem Rad auf der linken Seite des Fahrzeugs und eine zweite Radgeschwindigkeit von einem Rad auf der rechten Seite des Fahrzeugs empfangen wird. Das Verfahren ist dann wirksam, um die erste Radgeschwindigkeit und die zweite Radgeschwindigkeit zu vergleichen, um abzuschätzen, ob das Fahrzeug auf einer geraden Strecke 520 fährt. Wenn die Radgeschwindigkeiten innerhalb der Genauigkeit der Raddrehzahlsensoren gleich sind, kann davon ausgegangen werden, dass das Fahrzeug auf einer geraden Strecke fährt. Die Radgeschwindigkeiten können über einen bestimmten Zeitraum überwacht werden, um festzustellen, ob signifikante Unterschiede aufgetreten sind, die auf ein Abbiegen des Fahrzeugs hinweisen. Zusätzlich kann das Verfahren zur Überwachung des Lenksteuerungswinkels eingesetzt werden, um festzustellen, ob über einen Zeitraum von 530 Jahren Kurvenfahrten durchgeführt wurden. Eine signifikante Änderung des Lenksteuerungswinkels kann ein Hinweis auf ein Abbiegen des Fahrzeugs sein. Kleine Änderungen des Lenksteuerungswinkels können auf eine Korrektur der Fahrbahnzentrierung auf gerader Strecke hindeuten, so dass unbedeutende Änderungen des Lenksteuerungswinkels vernachlässigt werden können. Eine Lenkwinkeländerung von Null Grad über eine erste Zeitdauer kann ein Hinweis auf einen geraden Fahrzeugweg sein.
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Wenn die Radgeschwindigkeiten gleich sind und der Lenksteuerungswinkel nicht für eine Kurve indikativ ist, kann das Verfahren dann zur Bestätigung des geradlinigen Weges durch Abrufen von hochauflösenden Kartendaten aus einem Speicher und von Standortdaten eines globalen Positionierungssystems zur Bestätigung des Weges des Fahrzeugs auf einer geraden Fahrbahn 540 wirksam sein. Dies kann durch die Feststellung bestätigt werden, dass die aktuelle Fahrbahn über eine Strecke vor und hinter dem aktuellen Standort des Fahrzeugs gerade ist. Beispielsweise können 100 Meter vor und nach dem aktuellen Standort des Fahrzeugs als Schwellenwertabstand der geraden Fahrbahn gewählt werden, um festzustellen, dass die Fahrbahn derzeit gerade ist.
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Als Reaktion auf die Bestimmung der Straßenoberfläche in gerader Richtung ist das Verfahren dann in der Lage, eine Gierratenabweichung als Reaktion auf die Gierratenmessung und die Bahnkrümmung 550 zu berechnen. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass das Fahrzeug auf einer geraden Strecke in einer geraden Fahrbahn fährt, sollte die geschätzte Gierrate null Grad betragen. Die Differenz zwischen der vom Gierratensensor gelieferten Gierrate und der geschätzten Gierrate ist die Gierratenabweichung oder der Betrag, um den der Gierratensensorausgang von der geschätzten Gierrate abweicht. Diese Gierratenabweichung wird dann als Kalibrierungsfaktor verwendet, der auf den Gierratensensorausgang angewendet wird, um eine korrigierte Gierrate zu erzeugen. Diese korrigierte Gierrate wird dann an das Fahrzeugsteuersystem 560 gekoppelt, um es in dem fortgeschrittenen fahrergestützten System zur Steuerung des Fahrzeugs zu verwenden.
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Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführung vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine große Anzahl von Variationen gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführung oder beispielhafte Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende detaillierte Beschreibung den Fachleuten einen praktischen Fahrplan für die Umsetzung der beispielhaften Ausführung oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten festgelegt ist, verlassen wird.
