DE102021111699A1

DE102021111699A1 - Intelligente kraftfahrzeuge und steuerlogik für geschwindigkeitshorizonterzeugung und -übergang beim ein-pedal-fahren

Info

Publication number: DE102021111699A1
Application number: DE102021111699.6A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Otanez; Adam J. Heisel; Nathaniel S. Michaluk; Yiran Hu; Jacob M. Knueven; Todd P. Lindemann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-06-09
Also published as: CN114590134B; US11685262B2; US20220176827A1; CN114590134A

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs umfasst eine Fahrzeugsteuerung, die einen Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehl des Fahrers für den Antriebsstrang des Fahrzeugs empfängt und eine Drehmomentanforderung bestimmt, die dem Beschleunigungsbefehl des Fahrers entspricht. Die Steuerung formt die Drehmomentanforderung und bestimmt kompensierte und unkompensierte Beschleunigungen aus der geformten Drehmomentanforderung. Die kompensierte Beschleunigung basiert auf einer geschätzten Straßenneigung und einer geschätzten Fahrzeugmasse, während die unkompensierte Beschleunigung auf einer Straßenneigung von Null und einer nominalen Fahrzeugmasse basiert. Ein endgültiges Geschwindigkeitshorizontprofil wird berechnet als: ein geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf der unkompensierten Beschleunigung basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer voreingestellten niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit liegt; oder ein drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf einer Mischung aus den kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die voreingestellte niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet. Die Steuerung befiehlt dem Antriebsstrang, ein angefordertes Achsdrehmoment basierend auf dem endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofil auszugeben.

Description

Einführung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Antriebsstrang-Steuerungssysteme für Kraftfahrzeuge. Im Speziellen beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf die Geschwindigkeitshorizonterzeugung und -überleitung für den einpedaligen Fahrbetrieb von hybridelektrischen und vollelektrischen Fahrzeugen.
Aktuelle Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Automobilen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Räder usw.) überträgt. Kraftfahrzeuge wurden in der Vergangenheit durch einen Hubkolben-Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben, da dieser leicht verfügbar und relativ kostengünstig ist, ein geringes Gewicht hat und eine hohe Effizienz aufweist. Zu solchen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstakt-Architekturen und Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge (zusammenfassend als „Fahrzeuge mit Elektroantrieb“ bezeichnet) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Zugkraft.
Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich auch als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten des Antriebsstrangs vollständig entfallen und ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) und ein Fahrmotor für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Motorbaugruppe, das Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines verbrennungsmotorbasierten Fahrzeugs werden in einem batteriebasierten FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, ein Traktionsbatteriepaket und die Batteriekühlungs- und Ladehardware ersetzt. Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge (HEV) hingegen nutzen mehrere Zugkraftquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Fahrmotor betrieben wird. Da Hybridfahrzeuge mit Elektroantrieb ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor beziehen können, können HEV-Motoren ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.
In dem Maße, wie sich die Verarbeitungs-, Kommunikations- und Sensorfähigkeiten der Fahrzeuge weiter verbessern, werden die Hersteller weiterhin neue und verbesserte systemautomatisierte Fahrfunktionen anbieten, mit dem Ziel, schließlich vollständig autonome Fahrzeuge zu produzieren, die in der Lage sind, unter heterogenen Fahrzeugtypen sowohl in städtischen als auch in ländlichen Szenarien zu operieren. Solche automatisierten und autonomen Funktionen können adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC), Fahrspurüberwachung und automatisiertes Lenken („Auto Steer“), Kollisionsvermeidungssysteme (CAS), intelligente Parkassistenzsysteme (IPAS) und andere fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) umfassen. Erstausrüster (OEM) bewegen sich in Richtung Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V21) „sprechende“ Autos mit höherer Fahrautomatisierung, die autonome Steuerungssysteme einsetzen, um Fahrzeugrouting mit Lenkung, Spurwechsel, Szenarioplanung usw. zu ermöglichen. Automatisierte Systeme zur Routengenerierung nutzen Sensoren zur Fahrzeugverfolgung und -dynamik, Karten- und Straßenzustandsdaten sowie Algorithmen zur Wegvorhersage, um eine Wegableitung mit automatischer Vorhersage der Fahrspurmitte und des Fahrspurwechsels zu ermöglichen. Computergestützte Rerouting-Techniken automatisieren die Konstruktion alternativer Reiserouten, die auf der Grundlage von Echtzeit- und virtuellen Fahrzeugdaten aktualisiert werden können.
Viele Autos sind heute mit fahrzeuginternen Navigationssystemen ausgestattet, die einen GPS-Transceiver (Global Positioning System) in Zusammenarbeit mit Navigationssoftware und Geolocation-Mapping-Diensten nutzen, um Informationen über die Straßentopografie, den Verkehr und die Geschwindigkeitsbegrenzung in Verbindung mit dem aktuellen Standort des Fahrzeugs und der Umgebung zu erhalten. Autonomes Fahren und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme sind oft in der Lage, die steuerungsautomatisierten Fahrmanöver auf Basis der vom bordeigenen Navigationssystem erhaltenen Fahrbahninformationen anzupassen. Ad-hoc-Netzwerk-basierte ADAS können zum Beispiel GPS- und Kartendaten in Verbindung mit Multi-Hop-Geocast-V2V- und V21-Datenaustausch verwenden, um automatisierte Fahrzeugmanöver und Antriebssteuerung zu ermöglichen. Während des assistierten und nicht-assistierten Fahrzeugbetriebs kann das residente Navigationssystem eine empfohlene Reiseroute basierend auf einer geschätzten kürzesten Reisezeit oder einer geschätzten kürzesten Reisedistanz zwischen Routenursprung und Routenziel für eine bestimmte Reise identifizieren. Diese empfohlene Reiseroute kann dann als Kartenverlauf oder als Abbiegeanweisungen auf einer geocodierten und kommentierten Karte mit optionalen Sprachbefehlen angezeigt werden, die vom bordeigenen Audiosystem ausgegeben werden.
Beschreibung
Vorgestellt werden hier rückgekoppelte Fahrzeugregelsysteme mit zugehöriger Steuerlogik zur Geschwindigkeitshorizontschätzung, Verfahren zur Herstellung und Methoden zum Betrieb solcher Systeme sowie intelligente elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Geschwindigkeitshorizonterzeugung und -übergang für verbessertes einpedaliges Fahren (OPD). Beispielhaft wird ein Verfahren zur Ableitung eines Geschwindigkeitshorizonts für die Fahrzeugverzögerungs-/-beschleunigungssteuerung während eines OPD-Betriebs vorgestellt, das vordefinierte Fahrbarkeitsziele verwendet, wie sie durch ein fahrzeugkalibriertes Beschleunigungskennfeld und ein fahrzeugkalibriertes transientes Beschleunigungskennfeld beschrieben werden. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Geschwindigkeitshorizont“ durch ein geschätztes Geschwindigkeitsverhalten eines betreffenden Fahrzeugs (z. B. vorhergesagte zukünftige Trajektorien zur Realisierung einer Zielfahrzeuggeschwindigkeit) über einen vordefinierten Zeitraum (den „Horizont“) typisiert werden. Zusätzlich zum Erreichen der Fahrbarkeitsziele des Fahrzeugs kann die Ableitung des Geschwindigkeitshorizonts eine Funktion eines vordefinierten Satzes von Fahrzeugparametern sein, wie z. B. eine effektive Straßenlast, die auf das Fahrzeug wirkt, aus nominalen Straßenlastkräften, die unter Verwendung einer Straßenlastgleichung mit Koeffizienten, die kinetische Reibung, Rollreibung und Luftwiderstand repräsentieren, in Verbindung mit Kräften, die aufgrund von Masse und Schwerkraft auf das Fahrzeug wirken, erstellt werden. Das endgültige abgeleitete Geschwindigkeitsprofil kann eine Folge von geschätzten zukünftigen Fahrzeugtrajektorien enthalten, die von einer Fahrzeugbewegungssteuerung (VMC) verwendet werden, um selektiv Antriebsstrang-Aktuatorbefehle basierend auf zukünftigen gewünschten Trajektorien und Messungen zu modulieren.
Die Schätzung des Geschwindigkeitsprofils und der Übergang für einen optimierten OPD-Betrieb kann die folgenden Variablen integrieren, um einen verbesserten Fahrzeugantrieb zu bewirken: (1) ein vom Fahrer gewünschtes Drehmoment und/oder eine gewünschte Beschleunigung; (2) eine auf Fahrzeugparametern basierende nominale Straßenlast; (3) ein Term, der auf der effektiven Straßenlast (Steigung, Masse usw.) basiert; und/oder (4) eine ggf. vorhandene Bremskraft. Diese Variablen können in eine oder mehrere Fahrzeugbeschleunigungsanforderungen umgewandelt werden (z. B. unter Verwendung einer nominalen Fahrzeugmasse) und zur Berechnung eines Geschwindigkeitstrajektorienprofils zur Steuerung des Fahrzeugantriebs verwendet werden. Diese Informationen können auch verwendet werden, um einen zukünftigen Geschwindigkeitsprofilhorizont für die Verwendung durch den VMC als Teil eines Rückkopplungsprotokolls zu erstellen. Während der Schätzung des Geschwindigkeitshorizonts kann die effektive Straßenbelastung so verwendet werden, dass ihr Gesamteffekt beim Umschalten von einem Geschwindigkeitsregelungsprotokoll zu einem Drehmomentregelungsprotokoll auf Null gesetzt wird. Die Geschwindigkeitsregelung kann als ein Bereich definiert werden, in dem ein nominales Geschwindigkeitstrajektorienverhalten gewünscht ist. Im Vergleich dazu kann die Drehmomentregelung als ein Bereich definiert werden, in dem das Antriebsmoment des Fahrzeugs im Wesentlichen oder vollständig durch Pedalkennfelder definiert wird.
Zu den begleitenden Vorteilen zumindest einiger der offenbarten Konzepte gehört ein intelligentes OPD-fähiges Fahrzeug mit optimierter Geschwindigkeitshorizontableitung, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit von Null bei einem Pedalweg von Null mit einem konsistenten Tip-in-Ansprechverhalten ab Nullgeschwindigkeit oder anderen gewünschten Geschwindigkeiten realisiert. Weitere Vorteile können zum Beispiel ein VMC sein, das in der Lage ist, die Anforderungen des Fahrers sowohl in einer geschwindigkeitsdominierten Domäne (niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten) als auch in einer drehmomentdominierten Domäne (hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten) zu interpretieren, um einen harmonischen Betrieb und nahtlose Übergänge von Domäne zu Domäne zu ermöglichen. Die Interpretation des Geschwindigkeitshorizonts kann auch eine konsistente Pedalreaktion unabhängig von der Straßenbelastung (Steigung) und der Fahrzeugmasse ermöglichen, während die Integration des OPD-Betriebs mit fahrergesteuerten Bremsvorgängen ohne Unterbrechung des Fahrzeugbetriebs möglich ist. Zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen können die offenbarten Merkmale auch dazu beitragen, die Systemkomplexität und die Kalibrierungszeit zu reduzieren, die Reaktionszeit des Antriebsstrangs zu verbessern und ein totes Pedal bei Bergauffahrten sowie einen Pedalstoß bei Bergabfahrten zu vermeiden.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf die Steuerlogik des Fahrzeugsystems, Regeltechniken mit geschlossenem Regelkreis und computerlesbare Medien (CRM) für eine verbesserte Geschwindigkeitshorizonterzeugung und -übertragung. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgestellt, einschließlich ICE-, HEV- und FEV-Antriebsstrangkonfigurationen. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale Empfangen eines Beschleunigungsbefehls für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs über eine Fahrzeugsteuerung von einem Fahrer über eine Fahrereingabevorrichtung; Bestimmen einer Drehmoment- und/oder Beschleunigungsanforderung, die dem Beschleunigungsbefehl des Fahrers entspricht, über die Fahrzeugsteuerung aus einer gespeicherten Beschleunigungstabelle; Formen der Drehmoment-/Beschleunigungsanforderung basierend auf einer gespeicherten transienten Beschleunigungstabelle; Bestimmen von kompensierten und unkompensierten Beschleunigungsanforderungen aus der geformten Anforderung, wobei die kompensierte Beschleunigungsanforderung auf einer geschätzten Straßenneigung und einer geschätzten Fahrzeugmasse basiert, und die unkompensierte Beschleunigungsanforderung auf einer Null-Straßenneigung und einer Nennfahrzeugmasse oder der geschätzten Fahrzeugmasse basiert.
In Fortsetzung der Diskussion des vorangehenden Beispiels umfasst das Verfahren auch: Berechnen eines endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als: ein geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil auf der Grundlage der unkompensierten Beschleunigung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null oder einer anderen kalibrierbaren Geschwindigkeit liegt, ein mischungsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil auf der Grundlage einer Mischung der kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null und unterhalb einer vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt, und ein drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil auf der Grundlage der unkompensierten Beschleunigung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt; und Übertragen eines oder mehrerer Befehlssignale über die Fahrzeugsteuerung an den Antriebsstrang, um ein angefordertes Achsendrehmoment basierend auf dem berechneten Endgeschwindigkeits-Horizontprofil auszugeben.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung sind auf geschlossene Fahrzeugsteuerungssysteme und intelligente Kraftfahrzeuge mit verbesserter Geschwindigkeitshorizonterzeugung und -überleitung gerichtet, z. B. zur Ausführung eines einpedaligen Fahrbetriebs. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenfahrzeuge (ICE, HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum, mehrere an der Fahrzeugkarosserie montierte Straßenräder und andere standardmäßige Originalausstattungen. Bei Fahrzeuganwendungen mit Elektroantrieb arbeiten ein oder mehrere elektrische Fahrmotoren allein (z. B. bei FEV-Antriebssträngen) oder in Verbindung mit einer Verbrennungsmotorbaugruppe (z. B. bei HEV-Antriebssträngen), um selektiv eines oder mehrere der Straßenräder anzutreiben und dadurch das Fahrzeug anzutreiben. Eine Fahrereingabevorrichtung, die in Form eines einzelnen Gaspedals, sowohl eines Gas- als auch eines Bremspedals, einer Joystick-Steuerung oder einer ähnlich geeigneten Eingabevorrichtung ausgeführt sein kann, ist in der Lage, Fahrzeugsteuereingaben vom Fahrzeugführer zu empfangen.
Um mit der Diskussion des obigen Beispiels fortzufahren, enthält das Fahrzeug auch eine fahrzeuginterne oder -externe Fahrzeugsteuerung, die so programmiert ist, dass sie einen Antriebsstrang-Beschleunigungsbefehl vom Fahrer über die Fahrereingabevorrichtung empfängt und aus einer gespeicherten Beschleunigungstabelle eine Drehmoment- und/oder Beschleunigungsanforderung bestimmt, die dem Beschleunigungsbefehl des Fahrers entspricht. Die Fahrzeugsteuerung formt dann die Anforderung basierend auf einer gespeicherten transienten Beschleunigungstabelle und bestimmt gleichzeitig kompensierte und unkompensierte Beschleunigungsanforderungen aus der geformten Anforderung. Die kompensierte Beschleunigungsanforderung basiert auf einer geschätzten Straßenneigung und einer geschätzten Fahrzeugmasse, während die unkompensierte Beschleunigung auf einer Straßenneigung von Null und einer nominalen Fahrzeugmasse oder der geschätzten Fahrzeugmasse basiert. Die Fahrzeugsteuerung berechnet dann ein endgültiges Geschwindigkeitshorizontprofil als: ein geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf der unkompensierten Beschleunigung basiert, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null liegt, ein mischungsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf einer Mischung aus den kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über der Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null und unter einer vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt, und ein drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf der unkompensierten Beschleunigung basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über der vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt. Die Steuerung befiehlt einem oder mehreren Aktuatoren des Fahrzeugantriebsstrangs (z. B. dem/den Fahrmotor(en)), ein angefordertes Achsdrehmoment basierend auf dem berechneten Endgeschwindigkeits-Horizontprofil auszugeben.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Fahrzeuge kann die Fahrzeugsteuerung ein oder mehrere Sensorsignale von einem Geschwindigkeitssensor empfangen, die eine Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs anzeigen. In diesem Fall wählt das Steuergerät einen Fahrzeugsteuerungsmodus als entweder einen Geschwindigkeitssteuerungsmodus oder einen Drehmomentsteuerungsmodus aus, basierend auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Position der Fahrereingabevorrichtung, einer Änderungsrate der Position der Fahrereingabevorrichtung und/oder einer gemessenen Straßenneigung. Das (die) an den Antriebsstrang übertragene(n) Befehlssignal(e) kann (können) zumindest teilweise auf dem gewählten Fahrzeugregelungsmodus basieren. Optional kann die Berechnung des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil weiterhin auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit basieren. Optional kann das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil als drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil berechnet werden, indem die unkompensierte Beschleunigung aus der Mischung eliminiert („weggeblendet“) wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine voreingestellte hohe Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet. Das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil kann als geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil auf der Grundlage eines Straßenneigungskompensationswertes berechnet werden.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Fahrzeuge kann die Fahrzeugsteuerung einen Verzögerungsbefehl vom Fahrer über die Fahrereingabevorrichtung empfangen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, und gleichzeitig eine Verzögerungsdrehmomentanforderung bestimmen, die dem Verzögerungsbefehl des Fahrers auf der Grundlage der geschätzten Straßenneigung und der geschätzten Fahrzeugmasse entspricht. In diesem Fall kann die Berechnung des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil weiterhin auf der Verzögerungsdrehmomentanforderung basieren. Optional kann die Fahrzeugsteuerung ein oder mehrere Sensorsignale von einem Bremssensor empfangen, die ein Echtzeit-Bremsmoment anzeigen, das auf ein oder mehrere Straßenräder des Fahrzeugs ausgeübt wird; das angeforderte Achsmoment kann basierend auf dem Echtzeit-Bremsmoment modifiziert werden.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Fahrzeuge kann ein Steuergerät ein zukünftiges Fahrzeuggeschwindigkeits-Trajektorienprofil für das Kraftfahrzeug vorhersagen, indem es ein zweispuriges Fahrradmodell oder ein ähnlich geeignetes Karosseriemodell des Kraftfahrzeugs verwendet, und das angeforderte Achsendrehmoment modifizieren, um jede Differenz zwischen diesem zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeits-Trajektorienprofil und dem endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofil zu minimieren. Als weitere Option kann eine Steuerung eine nominale Straßenlast-Fahrzeugkraft und eine effektive Straßenlast basierend auf der geschätzten Straßenneigung und der geschätzten Fahrzeugmasse berechnen. In diesem Fall kann die Berechnung des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als das drehmomentgesteuerte Geschwindigkeitsprofil weiter auf der nominalen Straßenlast-Fahrzeugkraft und der effektiven Straßenlast basieren. Die Fahrereingabevorrichtung zum Empfangen von Fahrerbeschleunigungs- und -verzögerungsbefehlen kann aus einem einzelnen Fahrpedal bestehen; als solches kann dem Kraftfahrzeug ein Bremspedal fehlen, und das angeforderte Achsendrehmoment kann ein Teil eines Bremsmanövers in einem einpedaligen Fahrbetrieb sein.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Fahrzeuge kann die Fahrzeugsteuerung Folgendes empfangen: eine geschätzte Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs mit einer aktuellen Nutzlast von einem Massenschätzungsmodul; und eine geschätzte Straßenneigung eines Straßenabschnitts, der gerade vom Kraftfahrzeug befahren wird, von einem Steigungsschätzungsmodul. Als weitere Option können die oben erwähnten Beschleunigungstabellen eine von der Steuerung abrufbare, im Speicher abgelegte Beschleunigungskennfelddatei enthalten, die die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugbeschleunigung mit der Drehmomentausgabe des Antriebsstrangs abbildet. In diesem Zusammenhang können die oben erwähnten transienten Beschleunigungstabellen eine von der Steuerung abrufbare, gespeicherte Kennfelddatei für das transiente Beschleunigungsverhalten enthalten, die transiente Bereiche zwischen benachbarten Antriebsstrang-Beschleunigungs-/Drehmomentausgaben in der Datei definiert. Die Berechnung eines endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils kann die Bestimmung eines Krafthorizonts auf der Grundlage eines Drehmomenthorizonts, eines Bremsanforderungshorizonts und eines Nennstraßenlasthorizonts beinhalten, die für eine vordefinierte Anzahl (N) von Schritten in einem vordefinierten Horizont wiederholt werden.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Figuren und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem Netzwerk aus fahrzeuginternen Steuergeräten (Steuerungen), Sensorvorrichtungen und Kommunikationsvorrichtungen zur Durchführung von Geschwindigkeitshorizonterzeugung und Domänen-zu-Domänen-Übergängen für optimiertes einpedaliges Fahren gemäß den Aspekten der offenbarten Konzepte.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Geschwindigkeitshorizont-Schätzungs- und Übergangssteuerungsprotokoll veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einem residenten oder entfernten Steuergerät, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von Geräten in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte ausführbar sind.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Geschwindigkeitsprofilüberblendungs-Steuerungsprotokoll für die Geschwindigkeitshorizontschätzung veranschaulicht, das speichergespeicherten Befehlen entsprechen kann, die von einem residenten oder entfernten Steuergerät, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von Geräten gemäß Aspekten der offenbarten Konzepte ausführbar sind.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein anderes repräsentatives Geschwindigkeitsprofilüberblendungs-Steuerungsprotokoll für die Geschwindigkeitshorizontabschätzung veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einem residenten oder entfernten Steuergerät, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von Geräten gemäß Aspekten der offenbarten Konzepte ausführbar sind.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden zusätzlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie beispielsweise von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien dienen und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht explizit in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung oder auf andere Weise.
Darüber hinaus sind die hier besprochenen Figuren möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Figuren gezeigten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten beide „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung, wie z. B. „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier jeweils im Sinne von „bei, in der Nähe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder jeder logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können richtungsbezogene Adjektive und Adverbien, wie z. B. vorwärts, achtern, innenbords, außenbords, steuerbords, backbords, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts, vorne, hinten, links, rechts usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wie z. B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug operativ auf einer horizontalen Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 ein repräsentatives Automobil dargestellt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Limousinen-Stil, elektrisch angetriebenes Personenfahrzeug dargestellt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch als „Kraftfahrzeug“ oder kurz „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Einbindung der vorliegenden Konzepte in einen vollelektrischen Fahrzeug-Antriebsstrang auch als eine nicht-einschränkende Umsetzung der offenbarten neuen Merkmale geschätzt werden. Als solche wird es verstanden werden, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung können auf andere Antriebsstrang-Architekturen angewendet werden, kann für jede logisch relevante Art von Fahrzeug implementiert werden, und kann für beide OPD und Nicht-OPD-Anwendungen gleichermaßen verwendet werden. Darüber hinaus werden hier nur ausgewählte Komponenten der Kraftfahrzeuge und Fahrzeugsteuerungssysteme gezeigt und näher beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Fahrzeuge und Systeme zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenlegung auszuführen.
Das repräsentative Fahrzeug 10 von 1 ist ursprünglich mit einer Fahrzeugtelekommunikations- und -informationseinheit („Telematik“) 14 ausgestattet, die drahtlos (z. B. über Mobilfunkmasten, Basisstationen, mobile Vermittlungsstellen, Satellitendienste usw.) mit einem entfernten oder „Off-Board“-Cloud-Computing-Host-Dienst 24 kommuniziert. Einige der anderen Fahrzeug-HardwareKomponenten 16, die allgemein in 1 dargestellt sind, umfassen, als nicht einschränkende Beispiele, eine elektronische Videoanzeigevorrichtung 18, ein Mikrofon 28, einen oder mehrere Audio-Lautsprecher 30 und verschiedene Eingabesteuerungen 32 (z. B. Knöpfe, Knöpfe, Pedale, Schalter, Touchpads, Joysticks, Touchscreens usw.). Diese Hardwarekomponenten 16 fungieren zum Teil als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), um einem Benutzer die Kommunikation mit der Telematikeinheit 14 und anderen Systemen und Systemkomponenten innerhalb des Fahrzeugs 10 zu ermöglichen. Das Mikrofon 28 bietet einem Fahrzeuginsassen die Möglichkeit, verbale oder andere akustische Befehle einzugeben; das Fahrzeug 10 kann mit einer eingebetteten Sprachverarbeitungseinheit ausgestattet sein, die Softwaremodule zur Audiofilterung, -bearbeitung und -analyse verwendet. Umgekehrt liefert der Lautsprecher 30 eine akustische Ausgabe an einen Fahrzeuginsassen und kann entweder ein eigenständiger Lautsprecher sein, der für die Verwendung mit der Telematikeinheit 14 vorgesehen ist, oder er kann Teil eines Audiosystems 22 sein. Das Audiosystem 22 ist operativ mit einer Netzwerkverbindungsschnittstelle 34 und einem Audiobus 20 verbunden, um analoge Informationen zu empfangen und sie über eine oder mehrere Lautsprecherkomponenten als Ton wiederzugeben.
Kommunikativ mit der Telematikeinheit 14 gekoppelt ist eine Netzwerkverbindungsschnittstelle 34, zu deren geeigneten Beispielen ein Twisted-Pair-/Glasfaser-Ethernet-Switch, ein interner/externer paralleler/serieller Kommunikationsbus, eine Schnittstelle für ein lokales Netzwerk (LAN), ein Controller Area Network (CAN), eine medienorientierte Systemübertragung (MOST), eine Schnittstelle für ein lokales Verbindungsnetzwerk (LIN) und Ähnliches gehören. Andere geeignete Kommunikationsschnittstellen können solche sein, die den ISO-, SAE- und IEEE-Normen und - Spezifikationen entsprechen. Die Netzwerkverbindungsschnittstelle 34 ermöglicht es der Fahrzeughardware 16, Signale untereinander und mit verschiedenen Systemen und Subsystemen zu senden und zu empfangen, und zwar sowohl innerhalb des Fahrzeugkörpers 12 oder „resident“ als auch außerhalb oder „remote“ vom Fahrzeugkörper 12. Dadurch kann das Fahrzeug 10 verschiedene Fahrzeugfunktionen ausführen, wie z. B. die Modulation der Antriebsstrangleistung, die Regelung des Betriebs des Fahrzeuggetriebes, das selektive Einschalten der Reibungs- und regenerativen Bremssysteme, die Steuerung der Fahrzeuglenkung, die Regelung der Ladung und Entladung der Batteriemodule des Fahrzeugs und andere automatisierte Fahrfunktionen. Die Telematikeinheit 14 empfängt und sendet beispielsweise Signale und Daten an/von einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) 52, einem ADAS-Modul (Advanced Driver Assistance System) 54, einem BPCM-Modul (Battery Pack Control) 56, einem SSIM-Modul (Sensor System Interface) 58, einem BSCM-Modul (Brake System Control) 60 und verschiedenen anderen Fahrzeug-Steuergeräten, wie z. B. einem TCM-Modul (Transmission Control Module), ECM-Modul (Engine Control Module), CCM-Modul (Climate Control Module) usw.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist die Telematikeinheit 14 ein fahrzeuginternes Rechengerät, das sowohl einzeln als auch durch seine Kommunikation mit anderen vernetzten Geräten eine Mischung von Diensten bereitstellt. Diese Telematikeinheit 14 besteht im Allgemeinen aus einem oder mehreren Prozessoren 40, von denen jeder als diskreter Mikroprozessor, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) oder als dediziertes Steuermodul ausgeführt sein kann. Das Fahrzeug 10 kann eine zentralisierte Fahrzeugsteuerung über eine Zentraleinheit (CPU) 36 bieten, die operativ mit einer oder mehreren elektronischen Speichervorrichtungen 38 gekoppelt ist, von denen jede die Form einer CD-ROM, einer Magnetplatte, eines IC-Bausteins, eines Flash-Speichers, eines Halbleiterspeichers (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM) usw. annehmen kann, sowie einer Echtzeituhr (RTC) 42.
Fahrzeugkommunikationsfähigkeiten für große Reichweiten mit entfernten, vernetzten Geräten können über einen oder mehrere oder alle Chipsätze/Komponenten für Mobilfunk, einen Navigations- und Ortungs-Chipsatz/Komponente (z. B. GPS-Transceiver) oder ein Funkmodem bereitgestellt werden, die alle zusammen unter 44 dargestellt sind. Die drahtlose Verbindung im Nahbereich kann über ein drahtloses Nahbereichskommunikationsgerät 46 (z. B. eine Bluetooth^®-Einheit oder einen NFC-Transceiver (Near Field Communications)), eine DSRC-Komponente (Dedicated Short-Range Communications) 48 und/oder eine Doppelantenne 50 bereitgestellt werden. Es sollte verstanden werden, dass das Fahrzeug 10 ohne eine oder mehrere der oben aufgeführten Komponenten implementiert werden kann oder optional zusätzliche Komponenten und Funktionen enthalten kann, wie für eine bestimmte Endanwendung gewünscht. Die verschiedenen oben beschriebenen Kommunikationsgeräte können so konfiguriert sein, dass sie Daten als Teil einer periodischen Übertragung in einem V2V-Kommunikationssystem oder einem Fahrzeug-zu-Alles-Kommunikationssystem (V2X) austauschen, z. B. Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V21), Fahrzeug-zu-Fußgänger (V2P) und/oder Fahrzeug-zu-Gerät (V2D).
Die CPU 36 empfängt Sensordaten von einer oder mehreren Erfassungsvorrichtungen, die z. B. Fotodetektion, Radar, Laser, Ultraschall, Optik, Infrarot oder eine andere geeignete Technologie zur Ausführung eines automatisierten Fahrbetriebs verwenden, einschließlich Nahbereichskommunikationstechnologien wie DSRC oder Ultra-Wide-Band (UWB). Gemäß dem gezeigten Beispiel kann das Fahrzeug 10 mit einer oder mehreren Digitalkameras 62, einem oder mehreren Entfernungssensoren 64, einem oder mehreren Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 66, einem oder mehreren Fahrdynamiksensoren 68 und jeder erforderlichen Filter-, Klassifizierungs-, Fusions- und Analyse-Hardware und -Software zur Verarbeitung von Sensor-Rohdaten ausgestattet sein. Der Typ, die Platzierung, die Anzahl und die Interoperabilität der verteilten Anordnung von Fahrzeugsensoren kann einzeln oder gemeinsam an eine bestimmte Fahrzeugplattform angepasst werden, um ein gewünschtes Niveau des autonomen Fahrzeugbetriebs zu erreichen.
Um das elektrisch angetriebene Fahrzeug 10 anzutreiben, ist ein elektrifizierter Antriebsstrang in der Lage, ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen und an eines oder mehrere der Räder 26 des Fahrzeugs zu übertragen. Der Antriebsstrang wird in 1 im Allgemeinen durch ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) dargestellt, das in Form eines am Fahrgestell montierten Traktionsbatteriepakets 70 vorliegen kann, das funktionell mit einem elektrischen Traktionsmotor 78 verbunden ist. Das Traktionsbatteriepaket 70 besteht im Allgemeinen aus einem oder mehreren Batteriemodulen 72, die jeweils einen Stapel von Batteriezellen 74 aufweisen, wie z. B. Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer- oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezellen vom Beutel-, Dosen- oder prismatischen Typ. Eine oder mehrere elektrische Maschinen, wie z. B. Fahrmotor/Generator (M)-Einheiten 78, beziehen elektrische Leistung aus dem Batteriepaket 70 des RESS und liefern optional elektrische Leistung an dieses. Ein Wechselrichtermodul (PIM) 80 verbindet das Batteriepaket 70 elektrisch mit der/den Motor/Generator (M)-Einheit(en) 78 und moduliert die Übertragung des elektrischen Stroms dazwischen.
Das Batteriepaket 70 ist so konfiguriert, dass die Modulverwaltung, die Zellenerfassung und die Modul-zu-Modul- oder Modul-zu-Host-Kommunikationsfunktionalität direkt in jedes Akkumodul 72 integriert ist und drahtlos über eine entsprechende drahtlose Zellenüberwachungseinheit (CMU) 76 ausgeführt wird. Die CMU 76 kann ein mikrocontrollerbasiertes, auf einer Leiterplatte (PCB) montiertes Sensorarray mit GPS-Transceiver und RF-Fähigkeit sein, das auf oder im Batteriemodulgehäuse untergebracht ist. Die Batteriemodulzellen 74, die CMU 76, das Gehäuse, die Kühlmittelleitungen, die Stromschienen usw. bilden zusammen die Zellmodulbaugruppe. Die offenbarte Konfiguration kann auf die Verwendung von separaten, fest verdrahteten elektronischen Modulen und seriellen Anschlüssen des Typs verzichten, der in einer auf einer Zellsensorplatine basierenden Topologie verwendet wird.
Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 10 erzeugen die Eingaben des Fahrers und des Steuermoduls unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeits- und Drehmomentbefehle mit entsprechenden Beschleunigungs- und Verzögerungsreaktionen. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Fahrzeug um einen ICE-, FEV- oder HEV-basierten Antriebsstrang handelt, und unabhängig davon, ob das Fahrzeug sowohl mit Brems- als auch mit Gaspedal oder nur mit einem einzigen Pedal ausgestattet ist, kann es wünschenswert sein, dass das Fahrzeug 10 in der Lage ist, einen Ein-Pedal-Betrieb (OPD) auszuführen. Wie der Name schon sagt, ermöglicht ein OPD-Betrieb dem Fahrer, das Fahrzeug mit einem einzigen Pedal (Gaspedal) zu starten, zu beschleunigen, zu fahren, einzuschwenken, abzubremsen und/oder anzuhalten. Im Folgenden werden Techniken für den OPD-Betrieb vorgestellt, die einen Fahrzeugstillstand bei Null-Pedal (kein Pedalweg) ermöglichen und gleichzeitig eine hohe Robustheit gegenüber den Straßenbedingungen innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs bieten. Fahrbarkeitsziele, wie sie durch fahrzeugkalibrierte Beschleunigungskennlinien und zugehörige transiente Beschleunigungskennlinien beschrieben werden, und Fahrzeugparameter, wie Straßenbelastungskoeffizienten, effektive Straßenbelastung und nominale Straßenbelastungskräfte, werden in das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil einbezogen. Zumindest bei einigen Implementierungen können auch Bremskraftanforderungen in die Formulierung einfließen. Eine zukünftige Trajektorie kann von einer Fahrzeugbewegungssteuerung (VMC) verwendet werden, um Aktuatorbefehle basierend auf zukünftigen gewünschten Trajektorien und Messungen zu optimieren.
Die hier beschriebenen Techniken zur Erzeugung eines Geschwindigkeitshorizonts und zum Übergang von einer Domäne zur anderen helfen dabei, ein normalisiertes Pedalverhalten zu liefern, das robust gegenüber der Straßenbelastung und der Fahrzeugmasse in Echtzeit ist und gleichzeitig eine OPD-Regelung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null oder nahezu Null bietet. Die vorgestellten Geschwindigkeitshorizonttechniken können auch dazu beitragen, das „tote Pedal“ bei Bergauffahrten zu minimieren oder zu eliminieren und den „Pedalstoß“ bei Bergabfahrten zu minimieren oder zu eliminieren. Ein Szenario mit „totem Pedal“ beinhaltet ein Tip-In-Fahrmanöver mit geringer oder keiner Reaktion des Antriebsstrangs während der anfänglichen Übersetzung des Gaspedals. Umgekehrt beinhaltet das Szenario „Pedalstoß“ ein Tip-In-Fahrmanöver mit einer überproportionalen Reaktion des Antriebsstrangs bei der anfänglichen Übersetzung des Gaspedals. Geschwindigkeitshorizont-Domain-zu-Domain-Übergangstechniken helfen dabei, ein konsistentes Verhalten zwischen einer normalisierten Pedalreaktion bei Fahrzeuggeschwindigkeiten nahe Null und einer drehmomentbasierten Pedalreaktion zu liefern, wenn das Fahrzeug mit höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. über 10 Kilometer pro Stunde (km/h) oder einem anderen kalibrierbaren Sollwert) unterwegs ist. Zu den weiteren Vorteilen gehören eine wiederholbare Pedalreaktion für jede gegebene Straßenneigung und ein konsistenteres Fahrzeugverhalten, das sich nicht aufgrund des Fortschritts einer gelernten Steigung ändert. Darüber hinaus können die Kalibrierungszeiten durch die direkte Einbeziehung von Fahrbarkeitsmetriken für die Beschleunigung und das instationäre Beschleunigungsverhalten reduziert werden, wodurch die Notwendigkeit zusätzlicher Fahrbarkeitskalibrierungen bei der Erstellung von Geschwindigkeitsprofilen minimiert wird.
Wie unten bei der Besprechung von 2 näher erläutert wird, umfasst die Erzeugung eines Geschwindigkeitshorizonts die Erstellung eines Geschwindigkeitsprofils, das mit einer Drehmomentanforderung des Fahrers übereinstimmt, z. B. um Ziele für das Fahren mit einem Pedal zu erreichen. Die Fahrpedaleingabe des Fahrers wird zunächst als eine entsprechende Drehmoment- oder Beschleunigungsanforderung interpretiert, basierend auf einer Abruftabelle mit einer Beschleunigungskennlinie. Die aus der Tabelle abgeleitete Drehmomentanforderung wird dann unter Verwendung einer Abruftabelle mit einer zugehörigen transienten Beschleunigungskennlinie „geformt“, die die transiente Beschleunigung/das transiente Drehmoment zwischen den Punkten in der Tabelle der Beschleunigungskennlinie definiert. Die geformte Drehmomentanforderung wird dann in zwei Versionen der Beschleunigungsanforderung interpretiert. Eine erste Version der Beschleunigungsanforderung kann auf der Grundlage einer aktuellen geschätzten Straßenneigung und einer aktuellen geschätzten Fahrzeugmasse berechnet werden. Eine zweite Version kann auf der Grundlage einer Straßenneigung von Null (0) und einer nominalen Fahrzeugmasse berechnet werden.
Ein endgültiges Geschwindigkeitsprofil kann in Abhängigkeit von der Echtzeitgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine von drei Arten berechnet werden: (1) bei Fahrzeuggeschwindigkeiten nahe Null (z. B. etwa 1-3 km/h) steuert das endgültige Geschwindigkeitsprofil die Geschwindigkeit auf der Grundlage eines nicht kompensierten Beschleunigungsverhaltens (d. h., das Geschwindigkeitsprofil wird nicht durch die Straßenbelastung oder die Steigung beeinflusst); (2) bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B., (2) bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. ca. 3-10 km/h) steuert das endgültige Geschwindigkeitsprofil die Geschwindigkeit basierend auf einer Mischung aus kompensierten und nicht kompensierten Beschleunigungsreaktionen; und (3) bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. über ca. 10 km/h) steuert das endgültige Geschwindigkeitsprofil das Drehmomentziel (z. B. ohne Kompensation von Straßenbelastung, Gefälle, Masse usw.). Mit anderen Worten: Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten basiert das Geschwindigkeitsprofil auf der zweiten Version der Beschleunigungsanforderung, so dass die Geschwindigkeitsregelung die Variationen der Straßenneigung und der Fahrzeugmasse kompensiert, so dass die Pedalreaktion des Fahrers mit der Reaktion des Fahrzeugs auf ebenem Boden mit nominaler Fahrzeugmasse übereinstimmt. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten geht das Geschwindigkeitsprofil von der zweiten Version zur ersten Version über; das Geschwindigkeitsprofil basiert dann nur noch auf der ersten Version der Beschleunigungsanforderung bei oder über einem Drehmomentübergangspunkt. Nach dem vollständigen Übergang zur ersten Version kann die Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs der Drehmomentregelung gleichwertig sein; wenn die Regelung von der Geschwindigkeitsregelung auf die Drehmomentregelung (und umgekehrt) umschaltet, ist ein unerwünschter Ruck für die Insassen des Fahrzeugs nicht erkennbar.
Das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil kann auch angepasst werden, um eine vom Fahrer befohlene Fahrzeugverzögerung zu kompensieren, wie z. B. die durch ein Bremspedal eingegebene. Ein vom Fahrer eingegebener Verzögerungsbefehl kann als eine entsprechende Bremsmomentanforderung des Fahrers interpretiert werden, die dann als eine gewünschte Verzögerungsanforderung interpretiert wird. Diese gewünschte Verzögerungsanforderung kann dann mit der gewünschten Beschleunigungsanforderung zusammengeführt werden, um ein endgültiges Geschwindigkeitshorizontprofil zu berechnen, das sowohl mit dem Fahrpedal als auch mit dem Bremspedal übereinstimmt. Als weitere Option kann das tatsächlich angelegte Bremsmoment an jedem Rad dem VMC zur Verfügung gestellt werden, so dass die Geschwindigkeitsregelung die Aktivierung eines oder mehrerer Antriebsaktuatoren zusätzlich zu den von einem Bremsregler gesteuerten Reibungsbremsen regeln kann, um die gewünschte Geschwindigkeitsnachführung zu erreichen. Der VMC kann ein zweispuriges Fahrradmodell des Kraftfahrzeugs verwenden, um zukünftige Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorien (Horizonte) vorherzusagen. Das tatsächlich angelegte Reibungsbremsmoment an jedem Rad kann dem Modell zur Verfügung gestellt werden, so dass die Vorhersage die Wirkung der Reibungsbremsen auf die Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs „versteht“. Das Antriebsachsendrehmoment kann dann optimiert werden, um die Differenz zwischen diesen vorhergesagten zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorien und dem gewünschten Geschwindigkeitsprofil zu minimieren.
Hier werden Methoden vorgestellt, die Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle des Fahrers in Fahrbarkeitsziele des Fahrzeugs umwandeln, wie sie durch entsprechende Beschleunigungs- und Transientenbeschleunigungskennfelder in eine resultierende gewünschte Fahrzeugkraft beschrieben werden. Außerdem werden Methoden vorgestellt, die nominale Straßenlast-Fahrzeugkräfte und effektive Straßenlastkräfte definieren, die aus der gemessenen und/oder geschätzten Straßenneigung und Fahrzeugmasse berechnet werden. Aspekte dieser Offenlegung umfassen die Berechnung von nominalen Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorien (keine Steigung mit nominaler Masse) und effektiven Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorien (mit geschätzter Steigung und Masse) und die Berechnung einer kombinierten Trajektorie als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und Steigung. Die vorgestellten Techniken können die effektive Straßenlastkraft als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Steigung usw. verwenden, verwenden, um aus Betriebszuständen herauszukommen, in denen Robustheit gegenüber Steigung und Masse erforderlich ist. Angezeigte Techniken können die oben genannten Punkte in Verbindung mit einem vordefinierten Satz von Fahrzeugparametern verwenden, um eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen, die mit einer gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit initialisiert werden kann. Die vorgestellten Techniken können zukünftige Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorien vorhersagen, die von einer Fahrzeugbewegungssteuerung verwendet werden können, um Aktuatorbefehle basierend auf Messungen der Fahrzeugdynamik und zukünftigen gewünschten Befehlen zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 wird bei 100 allgemein ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zur Durchführung einer Geschwindigkeitshorizontschätzung und eines Übergangs zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. des Fahrzeugs 10 von 1, beschrieben, um ein gewünschtes Fahrzeugmanöver, wie z. B. einen Ein-Pedal-Fahrvorgang, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Einige oder alle der in 2 dargestellten und nachstehend näher beschriebenen Vorgänge können einen Algorithmus darstellen, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise in einem Haupt- oder Zusatz- oder Fernspeicher (z. B. Speichervorrichtung 38) gespeichert sind und beispielsweise von einem elektronischen Controller, einer Verarbeitungseinheit, einer Logikschaltung oder einem anderen Modul oder einer Vorrichtung oder einem Netzwerk von Modulen/Geräten (z. B. CPU 36) ausgeführt werden, um eine oder alle der oben und unten beschriebenen, mit den offenbarten Konzepten verbundenen Funktionen durchzuführen. Es sollte beachtet werden, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Operationsblöcke geändert werden kann, zusätzliche Operationsblöcke hinzugefügt werden können und einige der beschriebenen Operationen modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 100 von 2 beginnt am Anschlussblock 101 mit speicherbaren, prozessorausführbaren Anweisungen für ein programmierbares Steuergerät oder Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor zum Aufruf einer Initialisierungsprozedur für ein Fahrzeug-Antriebsstrang-Steuerprotokoll. Diese Routine kann in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 10 oder 100 Millisekunden während des normalen und laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs 10, ausgeführt werden. Als weitere Option kann der Terminalblock 101 als Reaktion auf eine Benutzerbefehlsaufforderung oder ein von einem zentralisierten Hostsystem „außerhalb des Fahrzeugs“ (z. B. dem Cloud-Computing-Dienst 24 von 1) empfangenes Broadcast-Prompt-Signal initialisiert werden. Nach Abschluss der in 2 dargestellten Steuervorgänge kann das Verfahren 100 zum Anschlussblock 131 weitergehen und vorübergehend beendet werden oder optional zum Anschlussblock 101 zurückkehren und in einer Dauerschleife laufen.
Weiter zu Prozessblock 103 empfängt das Verfahren 100 eine vom Fahrer gewünschte Geschwindigkeitserhöhung (oder -verringerung) über ein fahrzeuginternes Fahrereingabegerät. Gemäß dem dargestellten Beispiel betätigt der Fahrer ein Gaspedal, um einen Beschleunigungsbefehl für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einzugeben. Beim Empfang dieses Befehls liefert der Unterprogramm-Prozessblock 105 von 2 ausführbare Anweisungen, um aus einer fahrzeugkalibrierten Beschleunigungstabelle eine Fahrer-Drehmomentanforderung zu bestimmen, die dem vom Fahrer eingegebenen Beschleunigungsbefehl entspricht. Diese Beschleunigungstabelle kann eine im Speicher abgelegte, für die Steuerung zugängliche Beschleunigungskennfelddatei enthalten, die eine Folge von Fahrzeuggeschwindigkeiten und Fahrzeugbeschleunigungswerten mit einer entsprechenden Folge von Antriebsstrang-Drehmomentausgaben abbildet. Rohdaten des Pedalwegs, die eine gewünschte Beschleunigung anzeigen, werden verwendet, um eine Drehmomentanforderung des Fahrers in der Kennfelddatei als Funktion einer gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer von einem Pedalsensor empfangenen Pedalstellung des Gaspedals „nachzuschlagen“.
Diese „ungeformte“ Fahrerdrehmomentanforderung wird vom Unterprogramm-Prozessblock 105 an den Unterprogramm-Prozessblock 107 von 2 weitergeleitet, wo sie unter Verwendung einer fahrzeugkalibrierten Transienten-Beschleunigungstabelle „geformt“ wird. Die Tabelle für die Übergangsbeschleunigung kann eine im Speicher abgelegte, für die Steuerung zugängliche Kennfelddatei für die Übergangsbeschleunigung enthalten. Die Transientenkennfelddatei kann eine Nachschlagetabelle sein, die das Antriebsstrangdrehmoment in Übergangsbereichen zwischen benachbarten Antriebsstrangdrehmoment-Ausgangswerten in der Beschleunigungskennfelddatei definiert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Transientenkennfelddatei eine entsprechende Rampenrate (z. B. Änderung der Beschleunigung oder des Drehmoments pro Schleife) zwischen jedem Paar benachbarter Punkte in der Beschleunigungskennfelddatei als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Drehmomentänderung, d. h. der Differenz zwischen einem Soll-Drehmoment und einem aktuellen Drehmoment, identifizieren. Die Drehmomentanforderung des Fahrers wird geformt, indem diese Beschleunigungs-/Drehmoment-Rampenratenantworten einbezogen werden, um dem Drehmomentanforderungsprofil eine Krümmung hinzuzufügen.
Das Verfahren 100 fährt mit den Prozessblöcken 109 und 111 fort, um ein vom Fahrer gewünschtes Beschleunigungsprofil zu bestimmen, das dem geformten Fahrer-Drehmoment-Anforderungsprofil aus dem Unterprogramm-Prozessblock 107 entspricht. Prozessblock 109 berechnet beispielsweise ein „unkompensiertes“ Beschleunigungsanforderungsprofil aus dem geformten Drehmomentanforderungsprofil, basierend auf einer Straßenneigung von Null (0) und einer nominalen („nom“) Fahrzeugmasse oder einer geschätzten Fahrzeugmasse. Im Vergleich dazu berechnet der Prozessblock 111 ein „kompensiertes“ Beschleunigungsanforderungsprofil aus der geformten Drehmomentanforderung, basierend auf einer geschätzten Straßenneigung und der nominalen oder geschätzten Fahrzeugmasse (je nachdem, was für die unkompensierte Berechnung verwendet wird). Unter Verwendung der Prinzipien der Newtonschen Mechanik wird das Beschleunigungsprofil mit einer Kraftvariablen F als mathematische Summe des vom Fahrer gewünschten geformten Drehmoments, des angelegten Bremsmoments, der Straßenneigungskraft und der Straßenbelastungskraft (ro + r1*v + r2*v^2, wobei v die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist) berechnet. Darüber hinaus ist eine Massenvariable m entweder eine voreingestellte Soll-Fahrzeugmasse oder eine geschätzte/gemessene (Echtzeit-)Fahrzeugmasse. Für den Prozessblock 109, in dem die tatsächliche Fahrbahnneigung nicht berücksichtigt wird, wird der Fahrbahnneigungs-Krafteingang auf Null gesetzt.
Um die Berechnungen in Prozessblock 111 abzuschließen, gibt ein Massenschätzungsmodul oder eine geeignete Massenerfassungsvorrichtung eine geschätzte Fahrzeugmasse des betreffenden Fahrzeugs mit seiner aktuellen Nutzlast aus, wie in Datenprozessblock 113 angegeben. Der Datenverarbeitungsblock 113 kann auch ein Steigungsschätzungsmodul oder eine geeignete Steigungserfassungsvorrichtung enthalten, die eine geschätzte Straßenneigung eines Straßenabschnitts überträgt, der gerade von dem betreffenden Fahrzeug befahren wird. In diesem Zusammenhang kann eine Echtzeit-Straßenneigung unter Verwendung von Messungen eines fahrzeuginternen Sensorgeräts, wie z. B. eines dreiachsigen Beschleunigungsmessers, berechnet oder unter Verwendung von Echtzeit-Geolokalisierungsdaten abgerufen werden, wie z. B. Karteninformationen des Navigationssystems, die auf geodätischen Koordinaten basieren, die von einem Global Positioning System (GPS) empfangen werden. Die Echtzeit-Fahrzeugmasse hingegen kann anhand von Messungen aus einer Kombination von fahrzeuginternen Dynamiksensoren, wie z. B. Raddrehzahlsensoren, Beschleunigungsmessern usw., berechnet werden, oder mit Hilfe von modellbasierten Schätzern, wie einem Kalman-Filter (KF), erweiterten KF, Sigma-Punkt-Filtern usw., vorhergesagt werden, oder mit Techniken des maschinellen Lernens.
Um mit der Diskussion des gewünschten Beschleunigungsprofils fortzufahren, geht das Verfahren 100 von 2 zum Prozessblock 115 über und bestimmt ein gewünschtes Geschwindigkeitsprofil, das auf der gewünschten Beschleunigung ohne Kompensation, die vom Prozessblock 109 ausgegeben wird, und der gewünschten Beschleunigung mit Kompensation, die vom Prozessblock 111 ausgegeben wird, basiert. Zumindest für einige Anwendungen beinhaltet der Prozessblock 115 die Berechnung eines endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils wie folgt: (1) wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null liegt (z.B. etwa 1-3 km/h), wird das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil auf ein geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil gesetzt, das vorwiegend oder ausschließlich auf der unkompensierten Beschleunigung basierend berechnet werden kann; (2) wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über der Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null und unter einer vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt (z.B, (2) wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null und unterhalb einer vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit (z.B. etwa 3-10 km/h) liegt, wird das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil auf ein mischungsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil gesetzt, das berechnet werden kann, indem die kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen gemischt werden; (3) wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit (z.B. oberhalb von etwa 10 km/h) liegt, wird das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil auf ein drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil gesetzt, das berechnet werden kann, basierend vorwiegend oder ausschließlich auf der kompensierten Beschleunigung.
Die Berechnung des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils kann die Durchführung eines Kraftmischverfahrens (effektiv/nominal) beinhalten, um einen effektiven Krafthorizont oder einen nominalen Krafthorizont zu bestimmen. Die Berechnung eines Krafthorizonts (effektiv (i)) kann auf einem Drehmomenthorizont, einem nominalen Straßenlasthorizont, einem Bremsanforderungshorizont und einem Horizont für die Auswirkung der Straßenneigung basieren. Im Gegensatz dazu kann die Berechnung eines Krafthorizonts (nominal (i)) auf einem Drehmomenthorizont, einem nominalen Straßenlasthorizont und einem Bremsanforderungshorizont basieren; der Straßenneigungseffekt wird bei den nominalen Berechnungen nicht berücksichtigt. Diese Berechnungen können für die N Stufen des Horizonts wiederholt werden: Die Ausgabe jeder Berechnung wird integriert, um die nächste Horizontstufe im Geschwindigkeitsprofil zu erstellen. Die Berechnungen des Geschwindigkeitshorizontprofils werden weiter unten in den Diskussionen von 3 und 4 näher beschrieben.
Im Prozessblock 117 empfängt das Verfahren 100 eine vom Fahrer angeforderte Geschwindigkeitsreduzierung über ein fahrzeugeigenes Fahrereingabegerät. Gemäß dem dargestellten Beispiel betätigt der Fahrer ein Bremspedal, um einen Verzögerungsbefehl für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einzugeben, um die aktuelle Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs auf eine gewünschte Zielgeschwindigkeit zu reduzieren. Bei Empfang dieses Befehls liefert der Unterprogramm-Prozessblock 119 von 2 prozessorausführbare Anweisungen, um aus einer fahrzeugkalibrierten Beschleunigungstabelle einen gewünschten Verzögerungswert und eine Fahrer-Bremsmomentanforderung zu bestimmen, die dem vom Fahrer eingegebenen Verzögerungsbefehl entspricht. Diese Verzögerungsdrehmomentanforderung kann zumindest teilweise auf der geschätzten Straßenneigung und der geschätzten Fahrzeugmasse basieren, die vom Datenverarbeitungsblock 113 ausgegeben werden. Ähnlich wie die Beschleunigungsdrehmomentanforderung des Fahrers, die im Unterprogramm-Prozessblock 105 bestimmt wird, kann die gewünschte Verzögerungsdrehmomentanforderung des Fahrers unter Verwendung der Aufruftabellen mit den zugehörigen Beschleunigungs- und Transienten-Beschleunigungskennfeldern berechnet werden; im Allgemeinen liefern diese Aufruftabellen Drehmomentwerte, die das Fahrzeug zum Stillstand bringen würden, wenn die Pedalposition Null ist. Die gewünschte Verzögerung des Fahrers und die entsprechende Bremsmomentanforderung können an den Prozessblock 115 übertragen werden, um das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil als drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil zu berechnen.
Um die Berechnungen in Prozessblock 115 abzuschließen, gibt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ein oder mehrere Sensorsignale aus, die eine Echtzeitgeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs im Datenprozessblock 121 anzeigen. Zusätzlich zur Verwendung von Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, um zu bestimmen, welches der verfügbaren Geschwindigkeitsprofile als endgültiges Geschwindigkeitshorizontprofil verwendet werden soll, kann das Verfahren 100 auch einen Fahrzeugsteuerungsmodus basierend auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit auswählen, wie in Prozessblock 123 angegeben. Gemäß dem gezeigten Beispiel kann der Steuermodus entweder als ein Geschwindigkeitssteuermodus oder ein Drehmomentsteuermodus eingestellt werden. Für den Geschwindigkeitsregelungsmodus werden die Kennfelddateien des transienten Beschleunigungsverhaltens als Beschleunigungsanforderung interpretiert; das Betätigen des Bremspedals wird als Verzögerungsanforderung interpretiert und im Geschwindigkeitsprofil berücksichtigt. Für den Drehmomentregelungsmodus wird die auf der Beschleunigung und dem instationären Beschleunigungskennfeld basierende Drehmomentanforderung vom VMC bereitgestellt. Die Auswahl des Modus kann auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Position der Fahrereingabevorrichtung (z. B. Pedalposition des Gas-/Bremspedals), einer Änderungsrate der Position der Fahrereingabevorrichtung und/oder einer gemessenen Straßenneigung basieren.
Mit weiterem Bezug auf 2 führt ein integrierter Fahrzeugbewegungsregler eine modellbasierte prädiktive Regelungsanalyse durch, um ein gewünschtes Achsdrehmoment zu bestimmen, um den gewünschten Beschleunigungsbefehl (Block 103) und/oder Verzögerungsbefehl (Block 117) des Fahrers zu erreichen. Um diese modellprädiktive Steuerungstechnik (MPC) durchzuführen, aggregiert und analysiert der integrierte VMC die geformte Fahrerdrehmomentanforderung, die vom Unterprogramm-Prozessblock 107 ausgegeben wird, das gewünschte Geschwindigkeitsprofil, das vom Prozessblock 115 ausgegeben wird, den Fahrzeugsteuerungsmodus, der vom Prozessblock 123 ausgegeben wird, und ein tatsächliches Echtzeit-Bremsdrehmoment, das auf die Straßenräder des betreffenden Fahrzeugs aufgebracht wird und über einen Bremsdrehmomentsensor am Datenprozessblock 127 ausgegeben wird. Der VMC kann ein Modell des Fahrzeugs, wie z. B. ein zweispuriges Fahrradmodell, speichern, in dem die Drehmomentbefehle die Steuergrößen sind. Das Modell kann unter Verwendung von ersten Prinzipien abgeleitet oder experimentell ermittelt werden, oder eine Kombination aus beidem. Optimierungsverfahren können verwendet werden, um die Drehmomentbefehle zu berechnen, die einen Nachführfehler (d. h. die Differenz zwischen dem berechneten Geschwindigkeitsprofil und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit) im interessierenden Zeithorizont (z.B. N Sekunden in die Zukunft) minimieren. Bei der Drehmomentsteuerung kann der Fehler zwischen der Drehmomentanforderung und dem befohlenen Reglerdrehmoment berücksichtigt werden.
Das gewünschte Achsdrehmoment an den Straßenrädern des Fahrzeugs wird von Prozessblock 125 ausgegeben und an den Antriebsstrang (z. B. von CPU 36 an PCM 52 und PIM 80) zur Ausführung des Achsdrehmoments in Prozessblock 129 übertragen. Bei zumindest einigen Implementierungen kann ein zukünftiges Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorienprofil für das betreffende Fahrzeug unter Verwendung eines zweispurigen Fahrradmodells des Fahrzeugs vorhergesagt werden. Das angeforderte Achsdrehmoment kann modifiziert werden, um jede Differenz zwischen dem zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorienprofil und dem endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofil zu minimieren. Nach der Ausführung des gewünschten Achsdrehmoments kann das Verfahren 100 zum Anschlussblock 131 weitergehen und beendet werden.
3 zeigt schematisch eine erste Option für das Geschwindigkeitsprofil-Mischverfahren 200, das mit dem Geschwindigkeitshorizontschätzungs- und Übergangssteuerungsprotokoll von 2 verwendet werden kann. In diesem Beispiel gibt es ein einziges Verarbeitungsmodul - Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilblock (A) 202 -, das einen Satz von Rückkopplungseingängen im geschlossenen Regelkreis zusammenfasst und analysiert und aus diesen Eingängen ein Geschwindigkeitsprofil ausgibt. In dem in 3 dargestellten Beispiel gibt es sieben Eingänge: ein Reibungsbremsmoment 201, eine gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit 203, einen optionalen (aber nicht notwendigen) Steuereingang 205, ein vom Fahrer gewünschtes Drehmoment (Horizont) 207, ein zurückgesetztes Geschwindigkeitsprofil 209, gemessene Straßenneigungskräfte (mgsin(theta)) 211 und ein vorheriges Geschwindigkeitsprofil 213. Prozessblock 204 führt eine Nachschlagefunktion „n-D T(u)“ aus, bei der die Straßenneigungskraft mit einer Konstante im Bereich [xl,x2] (z. B. [0,1]) multipliziert wird, die als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Neigung ausgewählt wird. Im Allgemeinen wird die Konstante auf Null gesetzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist. Aus diesen Eingaben berechnet der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofilblock (A) 202 ein Geschwindigkeitshorizontprofil 215. Insbesondere verwendet Block (A) 202 die oben aufgezählten sieben Eingaben sowie einen Satz von Straßenbelastungskräften (r0 + r1*v + r2 * v^2) (z. B. als Eingabe 205), um eine gewünschte Beschleunigung zu berechnen und durch Integration das Geschwindigkeitshorizontprofil 215 zu berechnen. Die gemessene(n) Straßenneigungskraft(en) kann/können von bordeigenen Sensoren, wie z. B. Beschleunigungsmessern, GPS usw., gemessen/berechnet werden. Dieses Signal kann, ebenso wie die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit, gefiltert werden, um bestimmte Frequenzinhalte auszusondern.
4 zeigt schematisch eine zweite Option für das Geschwindigkeitsprofil-Mischverfahren 300, das mit dem Geschwindigkeitshorizont-Schätz- und Übergangssteuerungsprotokoll von 2 verwendet werden kann. In diesem Beispiel gibt es drei Verarbeitungsmodule - Block (B) 302 für den Geschwindigkeitshorizont des Fahrzeugs (ohne Steigungskompensation), Block (C) 304 für den Geschwindigkeitshorizont des Fahrzeugs (mit Steigungskompensation) und Block (D) 306 für die Zusammenführung des Geschwindigkeitshorizonts des Fahrzeugs-, die einen Satz von Rückkopplungseingängen des geschlossenen Regelkreises zusammenfassen und analysieren und aus diesen Eingängen ein Geschwindigkeitsprofil ausgeben. Ähnlich wie in 3 gibt es im dargestellten Beispiel von 4 sieben Eingänge: ein Reibungsbremsmoment 301, eine gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit 303, ein optionaler (aber nicht notwendiger) Steuereingang 305, ein vom Fahrer gewünschtes Drehmoment (Horizont) 307, ein zurückgesetztes Geschwindigkeitsprofil 309, gemessene Straßenneigungskräfte (mgsin(theta)) 311 und ein vorheriges Geschwindigkeitsprofil 313. Aus diesen Eingaben gibt der erste Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Block (B) 302 ein nicht kompensiertes Geschwindigkeitshorizontprofil (ohne Steigung) 315 und der zweite Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Block (C) 304 ein kompensiertes Geschwindigkeitshorizontprofil (mit Steigung) 317 aus. Der Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Mischblock (D) 306 mischt die kompensierten und nicht kompensierten Geschwindigkeitshorizontprofile 317, 315 und gibt das Geschwindigkeitshorizontprofil 319 aus.
In 4 verwendet der Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Block (B) 302 die gleichen Eingaben, wie sie oben unter Bezugnahme auf den Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil-Block (A) 202 von 3 erwähnt wurden, außer dass die Fahrbahnneigungskraft 311 mit Null (0) multipliziert wird und somit nicht Teil der Berechnung des nicht kompensierten Geschwindigkeitshorizontprofils 315 ist. Im Vergleich dazu verwendet der Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Block (C) 304 in 4 die gleichen Eingaben wie der Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil-Block (A) 202; die Straßenneigungskraft 311 wird jedoch direkt eingegeben, ohne mit einer Konstante multipliziert zu werden. Fahrzeuggeschwindigkeitshorizont-Mischblock (D) 306 kombiniert die Profile aus den Blöcken (B) und (C) 302, 304 in der folgenden Form: $FinalSpeedProfile = (1 - c) * SpeedProfileWithoutGrade + c * SpeedProfileWithGrade$
wobei die Zusammenführungskonstante c eine Funktion der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Straßenneigung ist (z. B. ist c = 0 die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 km/h.)
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie z. B. Programmmodule, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einer beliebigen Steuerung oder den hier beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es einem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten zu initiieren. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien gespeichert sein, wie CD-ROM, Magnetplatte und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM).
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzwerkkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewendet werden, in denen Aufgaben von residenten und ferngesteuerten Geräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich Programm-Module sowohl in lokalen als auch in entfernten Computer-Speichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
Jedes der hier beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch: (a) einem Prozessor, (b) einem Controller und/oder (c) jeder anderen geeigneten Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hier offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einem Festkörperspeicher, einer Festplatte, einer CD-ROM, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einem anderen Gerät als einem Controller ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Art und Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine feldprogrammierbare Logikeinheit (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen mit Bezug auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können alternativ auch viele andere Methoden zur Implementierung der beispielhaften maschinenlesbaren Befehle verwendet werden.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden detailliert unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang, der zum Antreiben des Kraftfahrzeugs betreibbar ist, und eine Fahrereingabevorrichtung enthält, die zum Empfangen von Fahrzeugsteuereingaben von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs betreibbar ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen, über eine Fahrzeugsteuerung vom Fahrer über die Fahrereingabevorrichtung, eines Beschleunigungsbefehls für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, Ermitteln, über die Fahrzeugsteuerung aus einer Beschleunigungstabelle, einer dem Beschleunigungsbefehl des Fahrers entsprechenden Beschleunigungs- oder Drehmomentanforderung; Formen der Beschleunigungs- oder Drehmomentanforderung basierend auf einer instationären Beschleunigungstabelle; Bestimmen von kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen aus der geformten Anforderung, wobei die kompensierte Beschleunigung auf einer geschätzten Straßenneigung und einer geschätzten Fahrzeugmasse basiert und die unkompensierte Beschleunigung auf einer Straßenneigung von Null und einer nominalen Fahrzeugmasse oder der geschätzten Fahrzeugmasse basiert; Berechnen eines endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als: ein geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf der unkompensierten Beschleunigung basiert, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei einer kalibrierbaren oder nahe-Null-Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, ein mischungsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf einer Mischung der kompensierten und unkompensierten Beschleunigungen basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der nahe-Null-Fahrzeuggeschwindigkeit und unterhalb einer vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt, und ein drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil, das auf der unkompensierten Beschleunigung basiert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der vordefinierten Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt; und Senden eines Befehlssignals über die Fahrzeugsteuerung an den Antriebsstrang, um ein angefordertes Achsdrehmoment basierend auf dem berechneten Endgeschwindigkeitshorizontprofil auszugeben.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen eines Sensorsignals, das eine Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs anzeigt, über die Fahrzeugsteuerung von einem Geschwindigkeitssensor; und Auswählen eines Fahrzeugregelungsmodus als Geschwindigkeitsregelungsmodus oder als Drehmomentregelungsmodus basierend auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Position der Fahrereingabevorrichtung, einer Änderungsrate der Position der Fahrereingabevorrichtung und/oder einer gemessenen oder geschätzten Straßenneigung, wobei das an den Antriebsstrang übertragene Befehlssignal weiterhin auf dem ausgewählten Fahrzeugsteuerungsmodus basiert.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil weiterhin auf der Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit basiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen, über die Fahrzeugsteuerung von dem Fahrer über die Fahrereingabevorrichtung, eines Verzögerungsbefehls, um die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu verringern; und Bestimmen eines Verzögerungsmoments oder einer Verzögerungsanforderung, die dem Verzögerungsbefehl des Fahrers entspricht, basierend auf der geschätzten Straßenneigung und der geschätzten Fahrzeugmasse.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Berechnen des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als drehmomentgesteuertes Geschwindigkeitsprofil weiterhin auf dem Verzögerungsdrehmoment oder der Verzögerungsanforderung basiert, die dem Verzögerungsbefehl des Fahrers entspricht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass über die Fahrzeugsteuerung von einem Bremssensor ein Sensorsignal empfangen wird, das ein Echtzeit-Bremsmoment anzeigt, das auf ein Straßenrad des Kraftfahrzeugs ausgeübt wird, wobei das angeforderte Achsmoment basierend auf dem Echtzeit-Bremsmoment modifiziert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als geschwindigkeitsgesteuertes Geschwindigkeitsprofil weiterhin auf einem Straßenneigungsausgleichswert basiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Vorhersagen eines zukünftigen Fahrzeuggeschwindigkeitstrajektorienprofils für das Kraftfahrzeug unter Verwendung eines zweispurigen Fahrradmodells des Kraftfahrzeugs, und Modifizieren des angeforderten Achsmoments, um eine eventuelle Differenz zwischen dem zukünftigen Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs und dem endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofil zu minimieren.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Berechnen einer nominalen Straßenlast-Fahrzeugkraft und einer effektiven Straßenlast auf der Grundlage der geschätzten Straßenneigung und der geschätzten Fahrzeugmasse umfasst, wobei das Berechnen des endgültigen Geschwindigkeitshorizontprofils als das drehmomentgesteuerte Geschwindigkeitsprofil ferner auf der nominalen Straßenlast-Fahrzeugkraft und der effektiven Straßenlast basiert.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: Empfangen, über die Fahrzeugsteuerung von einem Massenschätzungsmodul, der geschätzten Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs mit einer aktuellen Nutzlast; und Empfangen der geschätzten Straßenneigung eines Straßenabschnitts, der gerade von dem Kraftfahrzeug befahren wird, über die Fahrzeugsteuerung von einem Steigungsschätzungsmodul.