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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2016 204 356 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Längsregelung eines Kraftfahrzeugs.
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Die Offenlegungsschrift
WO 2004/045898 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrzeuglängsbeschleunigung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen von Istwertsignalen, welche einen Istwert einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs repräsentieren,
Empfangen von Sollwertsignalen, welche einen Sollwert der kinematischen Größe repräsentieren,
Ermitteln einer von einem oder mehreren Stellgliedern des Kraftfahrzeugs umzusetzenden Stellgröße basierend auf dem Istwert, dem Sollwert und einer zeitlichen Veränderung des Sollwerts derart, dass bei einem Umsetzen der Stellgröße mittels des einen oder der mehreren Stellglieder eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kleiner wird,
Ausgeben von Stellgrößensignalen, welche die ermittelte Stellgröße repräsentieren.
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Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem dritten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem vierten Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem dritten Aspekt gespeichert ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass die zeitliche Veränderung des Sollwerts in Form eines zusätzlichen Beitrages zur Stellgröße berücksichtigt wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Sollwert-Folgeverhalten zweiter Ordnung (Krümmungsverhalten) effizient verbessert. Dabei werden in vorteilhafter Weise eine Reglerstabilität und ein asymptotisches Einregelverhalten nicht negativ beeinflusst.
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Da der Istwert der Regelgröße nicht in eine Berechnung des zusätzlichen Anteils einfließt, erfolgt in vorteilhafter Weise keine Erhöhung von Stör- und Rauschamplituden auf der Stellgröße.
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Dadurch wird in vorteilhafter Weise der technische Vorteil bewirkt, dass die kinematische Größe des Kraftfahrzeugs effizient geregelt werden kann.
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Nach einer Ausführungsform ist die kinematische Größe ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von kinematischen Größen: Geschwindigkeit, insbesondere Quergeschwindigkeit, insbesondere Längsgeschwindigkeit, Beschleunigung, insbesondere Querbeschleunigung, insbesondere Längsbeschleunigung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere kinematische Größen des Kraftfahrzeugs geregelt werden. Das heißt also insbesondere, dass, wenn der Singular für die kinematische Größe verwendet wird, stets der Plural und umgekehrt mitgelesen werden soll.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass basierend auf dem Istwert und/oder dem Sollwert und/oder der zeitlichen Veränderung des Sollwerts jeweils mehrere Teilstellgrößen ermittelt werden, wobei zumindest eine der mehreren Teilstellgrößen basierend auf der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird, wobei die Stellgröße basierend auf den mehreren Teilstellgrößen ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass dadurch zum Beispiel dynamisierende und/oder dämpfende Eigenschaften unterschiedlich gewichtet werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stellgröße gleich der Summe der mehreren Teilstellgrößen ist.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Teilstellgrößen mit Gewichtungsfaktoren versehen sind, so dass diese unterschiedlich gewichtet sind.
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Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Stellgröße gleich der Summe der gewichteten Teilstellgrößen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird, wobei eine der mehreren Teilstellgrößen basierend auf einer zeitlichen Integration der ermittelten Regeldifferenz ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass das Regeln einen Integral-Anteil (I-Anteil) umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird, wobei eine der mehreren Teilstellgrößen derart ermittelt wird, dass diese proportional zur ermittelten Regeldifferenz ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Das heißt also insbesondere, dass gemäß dieser Ausführungsform das Regeln einen Proportional-Anteil (P-Anteil) umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine der mehreren Teilstellgrößen derart ermittelt wird, dass diese proportional zum Sollwert ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass das Regeln eine proportionale Vorsteuerung umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass basierend auf dem Istwert und/oder dem Sollwert und/oder der zeitlichen Veränderung des Sollwerts jeweils mehrere differentielle Teilstellgrößen ermittelt werden, wobei zumindest eine der mehreren differentiellen Teilstellgrößen basierend auf der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird, wobei basierend auf den mehreren differentiellen Teilstellgrößen eine differentielle Stellgröße ermittelt wird, wobei die Stellgröße basierend einer zeitlichen Integration der differentiellen Stellgröße ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass das Regeln eine differentielle Formulierung umfasst.
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Dadurch wird also zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass durch diese differentielle Formulierung bzw. Darstellung die unterschiedlichen Teilregelungen während einer aktiven Regelung zu- und/oder abgeschaltet sowie deren Gewichtung und Verstärkungen verändert werden können, ohne eine Stetigkeit der Stellgröße oder ihren absoluten Wert zu beeinflussen.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird, wobei eine der mehreren differentiellen Teilstellgrößen basierend auf der ermittelten Regeldifferenz ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Das heißt also insbesondere, dass gemäß dieser Ausführungsform das Regeln einen Integral-Anteil (I-Anteil) umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zeitliche Veränderung einer Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird, wobei eine der mehreren differentiellen Teilstellgrößen derart ermittelt wird, dass diese proportional zur ermittelten zeitlichen Veränderung der Regeldifferenz ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Das heißt also, dass gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen ist, dass das Regeln einen Proportional-Anteil (P-Anteil) umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine der mehreren differentiellen Teilstellgrößen derart ermittelt wird, dass diese proportional zur zeitlichen Veränderung des Sollwerts ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass das Regeln eine proportionale Vorsteuerung umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zeitliche Veränderung der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird, wobei eine der mehreren differentiellen Teilstellgrößen basierend auf der ermittelten zeitlichen Veränderung der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Stellgröße effizient ermittelt werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass das Regeln eine differentielle Vorsteuerung umfasst.
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Dass die Stellgröße unter anderem basierend auf einer zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird, bedeutet insbesondere, dass das Regeln eine differentielle Vorsteuerung umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zeitliche Veränderung einer Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine zeitliche Veränderung der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird.
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Eine zeitliche Veränderung ist also insbesondere eine zeitliche Ableitung erster Ordnung.
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Eine zeitliche Veränderung der zeitlichen Veränderung ist also insbesondere eine zeitliche Ableitung zweiter Ordnung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Formulierung „eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kleiner wird“ den Fall umfasst, dass eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert ein Minimum annimmt.
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Das heißt also insbesondere, dass nach einer Ausführungsform vorgesehen ist, dass die Formulierung „eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kleiner wird“ durch die Formulierung „eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert ein Minimum annimmt“ ersetzt ist.
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Die Formulierung „kleiner“ ist insbesondere relativ zur momentanen Abweichung zu sehen.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Stellglied ein Stellglied des Antriebssystems respektive des Kupplungssystems respektive des Lenkungssystems respektive des Bremssystems des Kraftfahrzeugs ist.
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Ein Stellglied ist zum Beispiel eine Bremse.
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Ein Stellglied ist zum Beispiel ein Motor.
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Die Stellgröße S wird nach einer Ausführungsform durch eine Kraft, insbesondere eine Quer- oder Längskraft, dargestellt bzw. repräsentiert, die zum Beispiel durch geeignete Aktoren (Bremse, Antriebsstrang) umgesetzt wird bzw. werden soll und am Kraftfahrzeug zum Beispiel eine Beschleunigung, insbesondere eine Quer- oder Längsbeschleunigung, bewirkt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren nach dem ersten Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren ist.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt mittels der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt aus- oder durchgeführt wird.
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Technische Funktionalitäten der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Verfahrens nach dem ersten Aspekt und umgekehrt.
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Das heißt also insbesondere, dass sich Vorrichtungsmerkmale aus entsprechenden Verfahrensmerkmalen und umgekehrt ergeben.
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Die Abkürzung „bzw.“ steht für „beziehungsweise“.
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Die Formulierung „beziehungsweise“ steht insbesondere für „respektive“.
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Die Formulierung „respektive“ steht insbesondere für „und/oder“.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt,
- 2 eine Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt,
- 3 ein maschinenlesbares Speichermedium nach dem vierten Aspekt,
- 4 ein erstes Blockdiagramm,
- 5 ein zweites Blockdiagramm,
- 6 ein drittes Blockdiagramm,
- 7 einen ersten Graphen und
- 8 einen zweiten Graphen.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Empfangen 101 von Istwertsignalen, welche einen Istwert einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs repräsentieren,
- Empfangen 103 von Sollwertsignalen, welche einen Sollwert der kinematischen Größe repräsentieren,
- Ermitteln 105 einer von einem oder mehreren Stellgliedern des Kraftfahrzeugs umzusetzenden Stellgröße basierend auf dem Istwert, dem Sollwert und einer zeitlichen Veränderung des Sollwerts derart, dass bei einem Umsetzen der Stellgröße mittels des einen oder der mehreren Stellglieder eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kleiner wird,
- Ausgeben 107 von Stellgrößensignalen, welche die ermittelte Stellgröße repräsentieren.
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2 zeigt eine Vorrichtung 201.
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Die Vorrichtung 201 ist eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Die Vorrichtung 201 umfasst einen Eingang 203, welcher eingerichtet ist, Istwertsignale zu empfangen, welche einen Istwert einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs repräsentieren.
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Der Eingang 203 ist eingerichtet, Sollwertsignale zu empfangen, welche einen Sollwert der kinematischen Größe repräsentieren.
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Die Vorrichtung 201 umfasst einen Prozessor 205, welcher eingerichtet ist, eine von einem oder mehreren Stellgliedern des Kraftfahrzeugs umzusetzende Stellgröße basierend auf dem Istwert, dem Sollwert und einer zeitlichen Veränderung des Sollwerts derart zu ermitteln, dass bei einem Umsetzen der Stellgröße mittels des einen oder der mehreren Stellglieder eine Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kleiner wird.
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Der Prozessor 205 ist insbesondere eingerichtet, Stellgrößensignale zu erzeugen, welche die ermittelte Stellgröße repräsentieren.
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Die Vorrichtung 201 umfasst einen Ausgang 207, welcher eingerichtet ist, Stellgrößensignale auszugeben, welche die ermittelte Stellgröße repräsentieren.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Stellglied ein Stellglied des Antriebssystems respektive des Kupplungssystems respektive des Lenkungssystems respektive des Bremssystems des Kraftfahrzeugs ist.
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Ein Stellglied ist zum Beispiel eine Bremse.
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Ein Stellglied ist zum Beispiel ein Motor.
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3 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 301.
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Auf dem maschinenlesbaren Speichermedium 301 ist ein Computerprogramm 303 gespeichert. Das Computerprogramm 303 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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4 zeigt ein erstes Blockdiagramm 401 zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs.
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Es ist vorgesehen, dass Istwertsignale 403 empfangen werden, welche einen Istwert einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs repräsentieren.
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Weiter ist vorgesehen, dass Sollwertsignale 405 empfangen werden, welche einen Sollwert der kinematischen Größe repräsentieren.
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Zum Beispiel ist die kinematische Größe eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs.
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In einem Funktionsblock 407 wird ein Vorzeichen des Istwerts umgekehrt.
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In einem Funktionsblock 409 werden der Istwert mit dem umgekehrten Vorzeichen und der Sollwert addiert.
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Das heißt also, dass im Funktionsblock 409 eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ermittelt wird.
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Diese Regeldifferenz wird einem Funktionsblock 411 bereitgestellt.
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Der Funktionsblock 411 entspricht einem I-Anteil eines Pl-Reglers.
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Das heißt also, dass im Funktionsblock 411 eine Teilstellgröße 413 basierend auf einer zeitlichen Integration der ermittelten Regeldifferenz ermittelt wird.
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Die Teilstellgröße 413 wird dann einem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Weiter wird die Regeldifferenz einem Funktionsblock 417 zur Verfügung gestellt.
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Der Funktionsblock 417 entspricht einem P-Anteil eines Pl-Reglers.
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Das heißt also insbesondere, dass gemäß dem Funktionsblock 417 vorgesehen ist, dass eine Teilstellgröße 419 ermittelt wird derart, dass diese proportional zur Regeldifferenz ist.
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Diese zweite Teilstellgröße 419 wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Weiter ist vorgesehen, dass der Sollwert einem Funktionsblock 421 zur Verfügung gestellt wird.
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Der Funktionsblock 421 entspricht einer proportionalen Vorsteuerung (Vorsteuerung, proportional).
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Gemäß diesem Funktionsblock 421 ist vorgesehen, dass eine dritte Teilstellgröße 423 derart ermittelt wird, dass diese proportional zum Sollwert ist.
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Die dritte Teilstellgröße wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Weiter wird gemäß einem Funktionsblock 425 eine zeitliche Ableitung erster Ordnung des Sollwerts ermittelt. Das heißt also insbesondere, dass eine zeitliche Veränderung des Sollwerts ermittelt wird.
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Die zeitliche Ableitung erster Ordnung des Sollwerts wird einem Funktionsblock 427 zur Verfügung gestellt.
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Der Funktionsblock 427 entspricht einer differentiellen Vorsteuerung (Vorsteuerung, differentiell).
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Gemäß dem Funktionsblock 427 ist vorgesehen, dass eine vierte Teilstellgröße 429 derart ermittelt wird, dass diese gemäß einer Ausführungsform proportional zur zeitlichen Ableitung erster Ordnung des Sollwerts ist.
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Die vierte Teilstellgröße 429 wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Gemäß dem Funktionsblock 415 ist eine Kombination der vier Teilstellgrößen 413, 419, 423, 429 vorgesehen, um eine Stellgröße 431 zu ermitteln.
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Zum Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform die Stellgröße 431 gleich der Summe der vier Teilstellgrößen 413, 419, 423, 429.
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Gemäß einer Ausführungsform sind auch komplexere Kombinationsvorschriften vorgesehen, beispielsweise um dynamisierende und dämpfende Eigenschaften unterschiedlich zu gewichten.
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Das heißt also insbesondere, dass eine oder mehrere oder alle der vier Teilstellgrößen 413, 419, 423, 429 jeweils mit einem Gewichtungsfaktor versehen sein kann.
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Das erste Blockdiagramm 401 gemäß 4 zeigt also als Blockdiagramm einen P-I-Regler mit proportionaler und differentieller Vorsteuerung.
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5 zeigt ein zweites Blockdiagramm 501 zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs.
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An dieser Stelle wird angemerkt, dass die Elemente mit den Bezugszeichen 411, 417, 421, 425 und 415 gemäß dem zweiten Blockdiagramm 501 gemäß 5 im jeweiligen Kontext die gleichen Aufgaben erfüllen wie die Elemente mit den Bezugszeichen 411, 417, 421, 425 und 415 gemäß gemäß dem ersten Blockdiagramm 401 gemäß 4. Diese Elemente sind jedoch gemäß einer Ausführungsform jeweils nicht identisch.
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Das zweite Blockdiagramm 501 zeigt einen P-I-Regler mit proportionaler und differentieller Vorsteuerung in einer differentiellen Formulierung.
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Hierbei basiert das zweite Blockdiagramm 501 auf dem ersten Blockdiagramm 401 gemäß 4.
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Auf die entsprechenden Ausführungen wird zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen. Weiter werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die ermittelte Regeldifferenz wird dem Funktionsblock 411 (I-Anteil) zur Verfügung gestellt.
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Im Gegensatz zum ersten Blockdiagramm 4 ist in der differentiellen Formulierung gemäß dem zweiten Blockdiagramm 501 nun vorgesehen, dass eine erste differentielle Teilstellgröße 503 vom Funktionsblock 411 dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt wird.
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Hierbei basiert die erste differentielle Teilstellgröße auf der ermittelten Regeldifferenz, was gemäß dem Funktionsblock 411 durchgeführt wird. Im Unterschied zum Funktionsblock 411 gemäß 4 enthält der I-Anteil (Funktionsblock 411) in der differentiellen Formulierung gemäß 5 keine Integration. Letztere wird erst in einem Funktionsblock 519 (siehe weiter unten) durchgeführt.
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Dem Funktionsblock 417 (P-Anteil) wird eine zeitliche Veränderung der ermittelten Regeldifferenz zur Verfügung gestellt.
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Das heißt also, dass gemäß einem Funktionsblock 505 vorgesehen ist, dass eine zeitliche Veränderung der ermittelten Regeldifferenz ermittelt wird.
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Gemäß dem Funktionsblock 417 ist dann vorgesehen, dass eine zweite differentielle Teilstellgröße 507 derart ermittelt wird, dass diese proportional zur ermittelten zeitlichen Veränderung der Regeldifferenz ist.
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Diese zweite differentielle Teilstellgröße wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Weiter ist gemäß einem Funktionsblock 509 vorgesehen, dass eine zeitliche Ableitung erster Ordnung des Sollwerts ermittelt wird. Das heißt also, dass gemäß dem Funktionsblock 509 eine zeitliche Veränderung des Sollwerts ermittelt wird.
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Diese zeitliche Veränderung des Sollwerts wird dem Funktionsblock 421 (Vorsteuerung, proportional) zur Verfügung gestellt.
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Gemäß dem Funktionsblock 421 wird eine dritte differentielle Teilstellgröße ermittelt derart, dass diese proportional zur zeitlichen Veränderung des Sollwerts ist.
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Die dritte differentielle Teilstellgröße 511 wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Weiter ist gemäß einem Funktionsblock 513 vorgesehen, dass eine zeitliche Veränderung der zeitlichen Veränderung des Sollwerts ermittelt wird.
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Das heißt also, dass gemäß dem Funktionsblock 513 eine zeitliche Ableitung zweiter Ordnung des Sollwerts ermittelt wird.
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Die zeitliche Ableitung zweiter Ordnung des Sollwerts wird dem Funktionsblock 425 (Vorsteuerung, differentiell) zur Verfügung gestellt.
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Gemäß dem Funktionsblock 425 wird eine vierte differentielle Teilstellgröße 515 ermittelt, beispielsweise derart, dass diese proportional zur zeitlichen Ableitung zweiter Ordnung des Sollwerts ist.
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Diese vierte differentielle Teilstellgröße wird ebenfalls dem Funktionsblock 415 zur Verfügung gestellt.
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Gemäß dem Funktionsblock 415 wird eine Kombination der vier differentiellen Teilstellgrößen 503, 507, 511 und 515 durchgeführt, um eine differentielle Stellgröße 517 zu ermitteln.
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Zum Beispiel ist die differentielle Stellgröße 517 die Summe der vier differentiellen Teilstellgrößen 503, 507, 511, 515.
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Analog zum ersten Blockdiagramm 401 gemäß 4 können auch die einzelnen differentiellen Teilstellgrößen 503, 507, 511, 515 jeweils mit einem Gewichtungsfaktor versehen werden.
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Die differentielle Stellgröße 517 wird dem Funktionsblock 519 bereitgestellt.
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Gemäß dem Funktionsblock 519 ist vorgesehen, dass eine zeitliche Integration der differentiellen Stellgröße 517 durchgeführt wird, um die Stellgröße 431 zu ermitteln.
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6 zeigt ein drittes Blockdiagramm 601 zum Regeln einer kinematischen Größe eines Kraftfahrzeugs.
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Das dritte Blockdiagramm 601 gemäß 6 basiert auf dem zweiten Blockdiagramm 501 gemäß 5.
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Im Gegensatz zum zweiten Blockdiagramm 501 gemäß 5 umfasst das dritte Blockdiagramm 601 gemäß 6 nun nicht noch den Funktionsblock 417 und den Funktionsblock 421.
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Weiter ist gemäß dem Funktionsblock 415 lediglich eine Addition der ersten differentiellen Teilstellgröße und der vierten Teilstellgröße 515 vorgesehen, um die differentielle Stellgröße 517 zu ermitteln.
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Das dritte Blockdiagramm 601 zeigt zum Beispiel einen Längsbeschleunigungsregler als I-Regler mit differentieller Vorsteuerung in einer differentiellen Formulierung.
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7 zeigt einen ersten Graphen 701.
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Eine x-Achse des Graphen 701 ist mit dem Bezugszeichen 703 gekennzeichnet. Die x-Achse 703 gibt eine Zeit in willkürlichen Einheiten an.
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Eine y-Achse des ersten Graphen 701 ist mit dem Bezugszeichen 705 gekennzeichnet.
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Die y-Achse 705 gibt eine Beschleunigung in willkürlichen Einheiten an.
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In dem Graphen 701 sind drei Kurven 707, 709, 711 eingezeichnet, welche nachfolgend weiter erläutert werden.
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8 zeigt einen zweiten Graphen 801.
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Eine x-Achse des zweiten Graphen 801 ist mit dem Bezugszeichen 803 gekennzeichnet. Die x-Achse 803 gibt eine Zeit in willkürlichen Einheiten an, jedoch synchron mit der x-Achse 703 (Zeitachse) gemäß 7.
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Eine y-Achse des zweiten Graphen 801 ist mit dem Bezugszeichen 805 gekennzeichnet.
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Die y-Achse 805 gibt einen Längskraftgradienten in willkürlichen Einheiten an.
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In dem zweiten Graphen 801 sind drei Kurven 807, 809 und 811 eingezeichnet, welche nachfolgend weiter erläutert werden.
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Wie bereits vorstehend erläutert, basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass durch explizite Berücksichtigung der zeitlichen Veränderung des Sollwertes in Form eines zusätzlichen Beitrages zur Stellgröße das Sollwert-Folgeverhalten zweiter Ordnung (Krümmungsverhalten) verbessert wird. Dabei werden Reglerstabilität und asymptotisches Einregelverhalten nicht negativ beeinflusst.
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Im Gegensatz zum P-Anteil fließt der Istwert der Regelgröße (kinematische Größe des Kraftfahrzeugs) nicht in die Berechnung des zusätzlichen Anteils ein, so dass keine Erhöhung der Stör- und Rauschamplituden auf der Stellgröße erfolgt.
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Ein P-I-Regler wird nach einer Ausführungsform durch einen zusätzlichen Anteil einer vom Gradienten der Sollvorgabe abhängigen Vorsteuerung, im Folgenden differentielle Vorsteuerung genannt, ergänzt. Im Gegensatz zur proportionalen Vorsteuerung, die eine direkte Funktion des Sollwertes ist (SFFp = f[xTar]), bildet die differentielle Vorsteuerung eine vom Zeitdifferential des Sollwertes xTar abhängige Teilstellgröße SFFd = f[d/dt(xTAR)] (vgl. 4).
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Im einfachsten Fall kann diese Abhängigkeit eine Proportionalität sein:
mit dem zugehörigen Verstärkungsfaktor K
FFd.
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Um bei sprunghafter Gradientenänderung der Sollvorgabe (Knicke) Unstetigkeiten auf der Stellgröße zu verhindern, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, eine geeignete zeitliche Filterung (z.B. PT1-Filter) auf die Stellgröße SFFd anzuwenden.
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Durch seinen differentiellen Charakter ist dieser Anteil geeignet, eine Schwäche eines vom I-Anteil dominierten Reglerentwurfs auszugleichen: das träge Folgeverhalten 2. Ordnung (Krümmungsantwort).
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Die zusätzliche Teilstellgröße S
FFd aus der differentiellen Vorsteuerung wird mit den übrigen Regleranteilen kombiniert (vgl.
4). Diese Kombination kann im einfachsten Fall eine Addition aller Teilstellgrößen sein:
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Es sind aber auch komplexere Kombinationsvorschriften möglich, beispielsweise um dynamisierende und dämpfende Eigenschaften unterschiedlich zu gewichten.
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Vorteilhaft ist die Kombination des beschriebenen Reglerentwurfs, bestehend aus P- und I-Anteil sowie proportionaler und differentieller Vorsteuerung, mit der differentiellen Formulierung des Gesamtreglers (vgl. 5). Dabei werden in den einzelnen Reglerteilen Teilgradientenstellgrößen berechnet, die zunächst zur differentiellen Gesamtstellgröße dS/dt (kurz „dS“) kombiniert werden. Aus dieser wird durch Zeitintegration die Stellgröße S gebildet. Durch diese differentielle Darstellung können die unterschiedlichen Teilregler während aktiver Regelung zu- und abgeschaltet sowie deren Gewichtung und Verstärkungen verändert werden, ohne die Stetigkeit der Stellgröße S oder ihren absoluten Wert zu beeinflussen.
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Eine Anwendung des beschriebenen Reglerkonzepts in der Kraftfahrzeugtechnik ist die Längsbeschleunigungsregelung für automatisierte Fahrfunktionen. Dabei ist der Sollwert xTar am Reglereingang durch die Sollbeschleunigung Ax-Target gegeben. Die Stellgröße S wird durch die Längskraft Fx dargestellt, die durch geeignete Aktoren (Bremse, Antriebsstrang) umgesetzt wird und am Kraftfahrzeug eine Beschleunigung Ax-Ist bewirkt, die z.B. durch Auswertung von Raddrehzahl- und/oder Inertialsensorsignalen als Istwert xAct dem Regler zur Verfügung gestellt wird. In differentieller Formulierung entsteht die Stellgröße Fx durch Zeitintegration der differentiellen Stellgröße d/dt(Fx), des zeitlichen Gradienten der Längskraft, kurz dFx. Dieser setzt sich aus den verschiedenen Teilkraftgradienten zusammen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein solcher Regler aus einem I-Anteil mit Teilstellgröße dFxl und einer differentiellen Vorsteuerung mit Teilstellgröße dFxFFd bestehen (vgl. 6).
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Zur Illustration zeigt 7 die simulierten Signalverläufe eines solchen Reglers nach 6 für ein einfaches Beispielmanöver, eine Verzögerungsrampe (Kurve 707) und ein einfaches Streckenmodell (Massepunkt, konstante Totzeit). Der Istwert „Ax-Ist“ ist für den beschriebenen kombinierten Regler (I- und FFd-Anteil) eingezeichnet (Kurve 709) sowie zum Vergleich für einen reinen I-Regler (Kurve 711). Zu erkennen ist zum einen das bessere Folgeverhalten des Reglers mit FFd-Anteil: Die Reaktion auf den Knick im Verlauf der Sollgröße erfolgt direkter (schnellere Krümmungsantwort). Damit verbessert sich die Dynamik des Reglers. Zum anderen wirkt der FFd-Anteil dämpfend: Während der reine I-Regler beim Einregeln in den stationären Zustand (Ax-Target = const im zweiten Teil des Manövers) deutlich unterschwingt, wird das Zielniveau beim kombinierten Regler asymptotisch erreicht.
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In 8 sind die differentiellen Teilstellgrößen des kombinierten Reglers dargestellt: I-Anteil dFxl (Kurve 809); differentielle Vorsteuerung dFxFFd (Kurve 807) sowie die Summe der beiden Anteile (dFx gesamt, Kurve 811). Der FFd-Anteil beschleunigt die Gradientenänderung immer dort, wo der I-Anteil naturgemäß träge ist: bei Krümmungen oder Knicken im Sollwert. Damit wird der stationäre Gradient schneller erreicht, was gleichbedeutend ist mit einem besseren Folgeverhalten. Zu Beginn des Manövers wirkt dies dynamisierend (die Verzögerung wird rascher aufgebaut), im zweiten Teil ist die Wirkung dämpfend (der Verzögerungsaufbau wird früher reduziert).
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Zusammenfassend zeigen 7 und 8 Signalverläufe eines Beispielmanövers für einen Regler nach 6
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7: Regler-Eingang, Koordinate Beschleunigung Ax Ax-Target: Soll-Längsbeschleunigung (bzw. -verzögerung) (Kurve 707); Ax-Ist: Ist-Längsbeschleunigung (Kurven 709, 711);
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8: Regler-Ausgang, differentielle Stellgröße: zeitlicher Längskraftgradient dFx = d/dt (Fx)
dFxFFd: Anteil am Längskraftgradienten aus der differentiellen Vorsteuerung (Kurve 807);
dFxl: Anteil am Längskraftgradienten aus der I-Regelung („Integralanteil“) (Kurve 809).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016204356 A1 [0002]
- WO 2004/045898 A2 [0003]
