DE102021111985A1

DE102021111985A1 - Verfahren und system zur steuerung des fahrzeugbetriebs

Info

Publication number: DE102021111985A1
Application number: DE102021111985.5A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Otanez; Yiran Hu; Hualin Tan; Daniel L. Baibak; Ruixing Long
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114643969A; US11872989B2; US20220194377A1

Abstract

Die hier beschriebenen Konzepte beziehen sich auf die Berechnung gewünschter zukünftiger Längshorizonte in Bezug auf das Drehmoment oder die Beschleunigung und gewünschter zukünftiger lateraler Horizonte in Bezug auf die Gierrate und die laterale Geschwindigkeit sowie deren Verwendung als Reaktion auf vom Fahrer wählbare Modi. In der Längsrichtung werden die Fahrereingaben der Pedal- und Bremsposition sowie Fahrbarkeitsmetriken verwendet, um die gewünschte zukünftige Drehmomenttrajektorie zu berechnen. In Querrichtung können die vorderen und hinteren Lenkwinkel mit einem Fahrradmodell verwendet werden, um die Trajektorien abzuleiten. Die Trajektorien werden in einer Fahrzeugbewegungssteuerung verwendet, die eine Gewichtung verwendet, um konkurrierende Anforderungen gegeneinander abzuwägen und eine Leistung zu liefern, die mit einem ausgewählten Fahrermodus übereinstimmt, wie z. B. einem Tour-Modus, einem Sport-Modus, einem Off-Road-Modus, einem Trailering-Modus usw.

Description

EINLEITUNG
Fahrzeuge bestehen aus Komponenten, Sensoren, Subsystemen, Systemen, Steuergeräten und zugehörigen Steuerroutinen, die vorteilhaft arbeiten können, um Fahrzeugantrieb, Bremsen, Lenkung, Aufhängung usw. in Reaktion auf Bediener- und andere Eingabebefehle bereitzustellen. Zu den Eingabebefehlen können Befehle gehören, die sich auf die Fahrzeugbeschleunigung beziehen, sowie Befehle, die sich auf die Fahrzeuglenkung und die Querbeschleunigung beziehen, die unter bestimmten Betriebsbedingungen in Konflikt geraten können. Beispielsweise kann es bei einer befohlenen Änderung der Längsbeschleunigung während eines Wendemanövers zu Prioritätskonflikten kommen, die je nach vom Fahrer gewählter Betriebsart das Fahrverhalten und die Wahrnehmung des Fahrers beeinflussen können. Wenn ein vom Fahrer gewählter Betriebsmodus ein Sportmodus oder ein anderer aggressiverer Betriebsmodus ist, kann die Erwartung bestehen, dass der Fahrzeugbetrieb der Längsbeschleunigung Priorität einräumt. Wenn es sich bei der vom Fahrer gewählten Betriebsart jedoch um einen Tour-Modus oder eine andere, entspanntere Betriebsart handelt, kann erwartet werden, dass der Fahrzeugbetrieb der Lenkung Priorität einräumt, um die Gier- und Querbeschleunigung zu minimieren.
Daher kann ein Bedarf an Komponenten, Systemen, Steuerlogik und Verfahren zur Steuerung von Fahrzeugantriebs-, Brems-, Lenk- und Aufhängungssystemen in Reaktion auf Bediener- und andere Eingabebefehle bestehen, die einen vom Fahrer gewählten Betriebsmodus berücksichtigen,
BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Konzepte beziehen sich auf die Berechnung gewünschter zukünftiger Längshorizonte in Bezug auf das Drehmoment oder die Beschleunigung und gewünschter zukünftiger lateraler Horizonte in Bezug auf die Gierrate und die laterale Geschwindigkeit sowie deren Verwendung als Reaktion auf vom Fahrer wählbare Modi. In der Längsrichtung werden die Fahrereingaben der Pedal- und Bremsposition sowie Fahrbarkeitsmetriken verwendet, um die gewünschte zukünftige Drehmomenttrajektorie zu berechnen. In Querrichtung können die vorderen und hinteren Lenkwinkel mit einem Fahrradmodell verwendet werden, um die Trajektorien abzuleiten. Die Trajektorien werden in einer Fahrzeugbewegungssteuerung verwendet, die eine Gewichtung verwendet, um konkurrierende Anforderungen gegeneinander abzuwägen und eine Leistung zu liefern, die mit einem ausgewählten Fahrermodus übereinstimmt, wie z. B. einem Tour-Modus, einem Sport-Modus, einem Off-Road-Modus, einem Trailering-Modus usw.
Ein Aspekt der Offenbarung umfasst ein System und ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das die Überwachung von Fahrzeugbetriebsparametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Gewicht usw. und Eingabebefehle wie Bedienereingaben in ein Gaspedal, ein Bremspedal, ein Lenkrad und/oder ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem (ADAS) umfasst. Ein gewünschter zukünftiger Horizont für das Längsdrehmoment wird auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Bedienereingabe in ein Gaspedal bestimmt; ein gewünschter zukünftiger Horizont für die Gierrate wird auf der Grundlage eines befohlenen Lenkwinkels bestimmt; und ein gewünschter zukünftiger Horizont für die Quergeschwindigkeit wird auf der Grundlage des befohlenen Lenkwinkels und einer Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Gewichtungsfaktoren werden basierend auf einem vom Fahrer auswählbaren Modus bestimmt, und der Fahrzeugbetrieb wird basierend auf dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont, dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont, dem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizont und den Gewichtungsfaktoren gesteuert. Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst den Empfang einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Bedienerbefehls für eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung über die Steuerung und die Bestimmung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Bedienerbefehls für eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Empfangen einer Fahrzeug-Gierrate, das Empfangen einer Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit und das Empfangen eines Bediener-Befehls für die Fahrzeuglenkung; und das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts basierend auf der Fahrzeug-Gierrate und dem Bediener-Befehl für die Fahrzeuglenkung.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst den Empfang des Bedienerbefehls für die Fahrzeuglenkung in Form eines Vorderradlenkwinkels oder eines Hinterradlenkwinkels.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Empfangen einer Fahrzeug-Quergeschwindigkeit, das Empfangen einer Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit und das Empfangen eines Bediener-Befehls für die Fahrzeuglenkung; und das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizonts basierend auf der Fahrzeug-Quergeschwindigkeit und dem Bediener-Befehl für die Fahrzeuglenkung.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Bestimmung der Gewichtungsfaktoren für die Verfolgung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts, des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts und des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizonts auf der Grundlage des vom Fahrer wählbaren Modus und der Fahrzeugbetriebsparameter.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Steuerung des Betriebs des Antriebssystems, um eine Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont und dem Bediener-Befehl für ein Drehmoment zu minimieren, das sich entweder auf die Fahrzeugbeschleunigung oder die Fahrzeugverzögerung bezieht, und um eine Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont und einer vorhergesagten Gierrate und einem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont und einer vorhergesagten Geschwindigkeit zu minimieren.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Steuerung des Betriebs des Antriebssystems, um eine Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Längsgeschwindigkeitshorizont und dem Bedienerbefehl für eine von Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung zu minimieren, und die Minimierung einer Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont und einer vorhergesagten Gierrate und einem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizont und einem vorhergesagten Drehmoment.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Empfangen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und das Empfangen eines Eingabebefehls von einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem (ADAS) für eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung; und das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Eingabebefehls von dem ADAS für eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehre sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der bevorzugten Ausführungsformen und anderer Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehre, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug gemäß der Offenbarung.
2 bis 7 zeigen schematisch Flussdiagramme, die mit einer computerausführbaren Steuerroutine zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform des mit Bezug auf 1 beschriebenen Fahrzeugs in Übereinstimmung mit der Offenbarung verbunden sind.
8 zeigt grafisch die Formung des Längsdrehmomenthorizonts mit einem Kennfeld und einem Einschwingkennfeld gemäß der Offenbarung.
9 zeigt grafisch verschiedene Horizontalantworten der seitlichen Bewegung (Gierrate oder seitliche Geschwindigkeit) gemäß aggressivem oder normalem oder konservativem Fahrermodus, die durch die Einstellung verschiedener Filterparameter oder Kostenfunktionsgewichte gemäß der Offenbarung erreicht werden können.
10 zeigt grafisch verschiedene Verstärkungseinstellungen, die verschiedenen Horizontantworten entsprechen.

Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung darstellen, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, wie hierin beschrieben und dargestellt, können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und ausgeführt werden. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung den Umfang der beanspruchten Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hier offengelegten Ausführungsformen zu ermöglichen, doch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Darüber hinaus wurde aus Gründen der Klarheit auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Sachverhalte, die im verwandten Fachgebiet selbstverständlich sind, verzichtet, um die Offenbarung nicht unnötig zu verschleiern. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, auch ohne ein Element, das hierin nicht spezifisch offenbart ist, praktiziert werden.
1 zeigt in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen schematisch ein Fahrzeug 100, das auf einer Fahrfläche angeordnet ist, wobei das Fahrzeug 100 Betriebssysteme aufweist, die ein Antriebssystem 10, ein Lenksystem 16 und ein Radbremssystem 26 umfassen, die alle so angeordnet sind, dass sie Zugkraft, Bremskraft (oder Verzögerungskraft) und Lenkkraft auf ein oder mehrere Fahrzeugräder 20 übertragen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 100 außerdem ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem (ADAS) 40, das mit einem Raumüberwachungssystem 30 und einem Navigationssystem 32 gekoppelt sein kann. Das Antriebssystem 10, das Radbremssystem 26 und das Lenksystem 16 sind so angeordnet und steuerbar, dass sie Zugkraft, Bremskraft bzw. Lenkkraft auf ein oder mehrere Fahrzeugräder 20 übertragen, und zwar in Reaktion auf Eingabebefehle, wie z. B. Bedienereingaben auf ein Gaspedal 19, ein Bremspedal 18, ein Lenkrad 12 und/oder Eingabebefehle, die vom ADAS 40 erzeugt werden, das über eine Bedienerschnittstellenvorrichtung 17 gesteuert werden kann. Der Betrieb des Fahrzeugs 100 einschließlich der vorgenannten Betriebssysteme wird durch eine Vielzahl von Steuergeräten gesteuert, die Steuerroutinen ausführen, die im Folgenden zusammenfassend als Steuergerät 15 bezeichnet werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Fahrzeug“ ohne Einschränkung auf Fahrzeugplattformen wie z. B. Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw. Andere Bedieneranfragen können auf der Grundlage von Bedienereingaben an einen Übertragungsbereichswähler usw. erzeugt werden.
Das Antriebssystem 10 kann als Verbrennungsmotor konfiguriert sein, der mit einem Stufengetriebe oder einem stufenlosen Getriebe gekoppelt ist, die von einem Antriebsstrang-Controller gesteuert werden, um in einer Ausführungsform Zugkraft in Reaktion auf Anforderungen und Eingabebefehle des Bedieners zu erzeugen. Alternativ kann das Antriebssystem 10 als Hybrid-Antriebsstrangsystem konfiguriert sein, bei dem die Zugkraft entweder von einem Verbrennungsmotor oder von einer oder mehreren elektrischen Maschinen erzeugt wird, die von einem Antriebsstrang-Controller gesteuert werden, um die Zugkraft in Reaktion auf die Anforderungen und Eingabebefehle des Bedieners zu erzeugen. Alternativ kann das Antriebssystem 10 als elektrisches Antriebssystem konfiguriert sein, bei dem die Zugkraft von einer oder mehreren elektrischen Maschinen erzeugt wird, die von einem Antriebsstrang-Controller gesteuert werden, um die Zugkraft in Reaktion auf die Anforderungen und Eingabebefehle des Bedieners zu erzeugen.
Das Lenksystem 16 umfasst das Lenkrad 12 und einen Lenkaktor 14. Wie dargestellt, ist das Lenksystem 16 so konfiguriert, dass es die Lenkung nur an den Vorderrädern des Fahrzeugs 100 steuert. Alternativ kann das Lenksystem 16 so konfiguriert sein, dass es die Lenkung in den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeugs 100 steuert, wie durch Element 13 dargestellt. Alternativ kann das Lenksystem 16 so konfiguriert sein, dass es die Lenkung nur an den Hinterrädern des Fahrzeugs 100 steuert.
Das Radbremssystem 26 umfasst Raddrehzahlsensoren 22 und Radbremsen 24, um die Fahrzeugräder 20 mechanisch zu bremsen. Wenn das Fahrzeug 100 als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug konfiguriert ist, kann die mechanische Bremskraft, die durch das Radbremssystem 26 bereitgestellt wird, durch eine regenerative Bremskraft ergänzt werden, die durch die Erzeugung eines reaktiven Drehmoments durch eine oder mehrere elektrische Maschinen bereitgestellt wird.
Das Fahrzeug 100 und die Fahrfläche definieren einen räumlichen Bereich in Form eines dreidimensionalen Koordinatensystems 50, das eine Längsachse (X) 51, eine Querachse (Y) 52 und eine Hochachse (Z) 53 umfasst. Die Längsachse 51 ist durch eine Längsachse des Fahrzeugs 100 definiert, die Querachse 52 ist durch eine Querachse des Fahrzeugs 100 definiert, und die Vertikalachse 53 ist so definiert, dass sie orthogonal zu einer Ebene liegt, die durch die Längsachse 51 und die Querachse 52 definiert ist.
Wenn verwendet, verwendet das Navigationssystem 32 Informationen von einem GPS-Sensor 36 (Global Positioning System) und einer IMU 34 (Inertial Measurement Unit). In einer Ausführungsform ist der GPS-Sensor 36 als ein GNSS-Sensor (Global Navigation Satellite System) konfiguriert. Die IMU 34 ist ein elektronisches Gerät, das eine oder mehrere Kombinationen von Beschleunigungsmessern, Gyroskopen und Magnetometern verwendet, um die spezifische Kraft, Winkelgeschwindigkeit, Gier und Ausrichtung des Fahrzeugs 100 zu messen und zu melden.
Das ADAS 40 ist so angeordnet, dass es Bedienerunterstützungsfunktionen bereitstellt, indem es eines der Betriebssysteme, d. h. eines oder mehrere des Antriebssystems 10, des Lenksystems 16, des Radbremssystems 26, in Verbindung mit oder ohne direkte Interaktion des Fahrzeugbedieners über die Bedienerschnittstellenvorrichtung 17 steuert. Das ADAS 40 umfasst ein Steuergerät und ein oder mehrere Subsysteme, die Bedienerunterstützungsfunktionen bereitstellen, einschließlich eines oder mehrerer von einem vollständig autonomen Fahrsystem, einem adaptiven Geschwindigkeitsregelsystem (ACC), einem Spurhaltekontrollsystem (LKY), einem Spurwechselkontrollsystem (LCC), einem autonomen Brems-/Kollisionsvermeidungssystem und/oder anderen Systemen, die so konfiguriert sind, dass sie den autonomen Fahrzeugbetrieb getrennt von oder in Verbindung mit Bedieneranforderungen befehlen und steuern. Das ADAS 40 kann mit einer bordeigenen Kartendatenbank interagieren und auf diese zugreifen, um die Route zu planen und den Betrieb des Fahrzeugs 100 über das Spurhaltesystem, das Spurzentriersystem und/oder andere Systeme zu steuern, die so konfiguriert sind, dass sie den autonomen Fahrzeugbetrieb befehlen und steuern. Autonome Betriebsbefehle können erzeugt werden, um das ACC-System, das LKY-System, das LCC-System, das autonome Brems-/Kollisionsvermeidungssystem und/oder die anderen Systeme zu steuern. Der Fahrzeugbetrieb kann als Reaktion auf Bedieneranfragen und/oder die vom ADAS 40 generierten Eingabebefehle oder andere autonome Fahrzeuganforderungen erfolgen. Der Fahrzeugbetrieb umfasst Beschleunigung, Bremsen, Lenken, Dauerlauf, Ausrollen und Leerlauf.
Das bordeigene Navigationssystem 32 kann ein computerlesbares Speichergerät oder -medium (Speicher) umfassen, das eine digitalisierte Straßenkarte enthält und mit dem ADAS 40 in Verbindung steht. Die hier beschriebenen Konzepte können auf verschiedenen Systemen eingesetzt werden, die von Informationen profitieren können, die von einer Ausführungsform des Raumüberwachungssystems 30 in einer hier beschriebenen Weise ermittelt wurden.
Der Begriff „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Mikrosteuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörigen nichttransitorischen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Nur-Lese-, programmierbare Nur-Lese-, Direktzugriffs-, Festplattenlaufwerken usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen, Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die von einem oder mehreren Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -geräten gehören Analog/Digital-Wandler und verwandte Geräte, die Eingänge von Sensoren überwachen, wobei solche Eingänge mit einer voreingestellten Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen von Steuerungen ausführbare Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Look-up-Tabellen. Jede Steuerung führt Steuerroutine(n) aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z. B. alle 100 Mikrosekunden im laufenden Betrieb. Alternativ können die Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines auslösenden Ereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen Steuerungen, Aktoren und/oder Sensoren kann über eine direkt verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation umfasst den Austausch von Datensignalen in geeigneter Form, z. B. elektrische Signale über ein leitendes Medium, ein elektromagnetisches Signal über Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Die Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale umfassen, die Eingänge von Sensoren, Aktuatorbefehle und die Kommunikation zwischen Steuerungen darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf einen physikalisch wahrnehmbaren Indikator, der Informationen übermittelt, und kann eine geeignete Wellenform sein (z. B. elektrisch, optisch, magnetisch, mechanisch oder elektromagnetisch), wie Gleichstrom, Wechselstrom, Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die sich durch ein Medium ausbreiten kann. Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft eines Geräts oder eines anderen Elements darstellt, die mit einem oder mehreren Sensoren und/oder einem physikalischen Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert haben, z. B. entweder „1“ oder „0“, oder er kann einen stufenlos veränderlichen Wert haben.
Unter Bezugnahme auf 2 ff. wird nun eine Steuerroutine 200, die eine Methodik, ein System und eine zugehörige Struktur zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform des Antriebssystems 10 für das Fahrzeug 100, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, in Form von schematischen Flussdiagrammen dargestellt. Die Steuerroutine 200 umfasst einen Driver Command Interpreter (DCI) 210, eine Kostenfunktionsroutine 220 und einen Vehicle Motion Controller (VMC) 230. Bedienereingaben, Fahrzeugbetriebsparameter und andere Eingabebefehle werden dem DCI 210 zur Verfügung gestellt, der Horizontterme für Längsbeschleunigung, Gierrate und Quergeschwindigkeit erzeugt. Die Fahrzeugbetriebsparameter und andere Eingaben werden der Kostenfunktionsroutine 220 zur Verfügung gestellt, die Gewichtungsfaktoren 225 in Bezug auf die Längsbeschleunigung, Gierrate und Quergeschwindigkeit und vom Fahrer wählbare Modi erzeugt. Der VMC 230 wertet die Horizontterme für die Längsbeschleunigung, die Gierrate und die Quergeschwindigkeit im Hinblick auf die Gewichtungsfaktoren 225 aus, die der Längsbeschleunigung, der Gierrate und der Quergeschwindigkeit entsprechen, und bestimmt darauf basierend Aktuatorbefehle 240 zur Steuerung des Betriebs des Antriebssystems 10. Dieser Vorgang wird nun im Detail beschrieben.
Die Steuerroutine 200 empfängt über die Steuerung 15 Eingangsbefehle, einschließlich Bedienereingaben in Form von Gas-/Bremspedalbefehlen 201, einer regenerativen Bremsmomentanforderung 202, einem Lenkradwinkel 203, einem Hinterradwinkel 204.
Die Steuerroutine 200 empfängt über die Steuerung 15 auch Eingangsbefehle, darunter auch Eingaben in Form eines ADAS-Befehls 205 bei Ausführungsformen des Fahrzeugs 100, die so ausgestattet sind, wie z. B. ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl für eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage. In einer Ausführungsform kann der ADAS-Befehl 205 auch ein Horizont sein, der für die nahe Zukunft geplant ist. Beispiele für Horizonte könnten ein Geschwindigkeits-Geschwindigkeits-Profil (längs und quer), ein Längs-Drehmoment-Profil und ein Gierraten-/Seitengeschwindigkeits-Profil sein. Die Zeitspanne des ADAS-Horizonts unterscheidet sich jedoch höchstwahrscheinlich von der Zeitspanne der hier beschriebenen gewünschten zukünftigen Horizonte und müsste daher neu abgetastet und möglicherweise von einer Einheit in eine andere umgewandelt werden. Zum Beispiel kann ein Geschwindigkeitsprofil in Horizonte für Drehmoment, Gierrate und laterale Geschwindigkeit umgewandelt werden.
Die Steuerroutine 200 empfängt über die Steuerung 15 auch Fahrzeugbetriebszustände 206 in Form von Fahrzeugmasse, Straßenneigung, Fahrzeuggeschwindigkeit und dem vom Fahrer wählbaren Modus. Beispiele für vom Fahrer wählbare Modi sind z. B. ein Tour-Modus, Sport-Modus, Schlepp-/Transportmodus, AWD (Allradantrieb), Off-Road, etc. Der Tour-Modus ist für alltägliche Fahrten gedacht, um den Kraftstoffverbrauch und die Fahrqualität zu optimieren. Der Sport-Modus ist für ein aggressiveres Beschleunigungsverhalten gedacht, um ein sportliches Fahrverhalten zu erreichen. Der Modus „Tow/Haul“ (Abschleppen/Transportieren) dient dazu, das Fahrverhalten beim Ziehen eines Anhängers oder einer schweren Last zu verbessern, z. B. durch Anpassen des Schaltverhaltens des Getriebes, um die Anzahl der Schaltvorgänge zu minimieren usw. Der AWD-Modus dient zur Verbesserung des normalen Fahrverhaltens auf befestigten Straßen, die mit Wasser, Schnee oder Eis bedeckt sind. Der Offroad-Modus dient dazu, den Betrieb des Antriebsstrangs, der Bremsen und der Lenkung anzupassen, um die Traktion und die Manövrierfähigkeit in einem Gelände zu verbessern.
Die Eingangsbefehle und Betriebszustände des Fahrzeugs werden als Eingaben für einen Driver Command Interpreter (DCI) 210 bereitgestellt, der so konfiguriert ist, dass er das zukünftige Verhalten des Fahrzeugs über einen definierten Zeitraum plant, der als Horizonte bezeichnet wird. Die geplanten Fahrzeugverhaltensweisen, die vom DCI 210 bestimmt werden, umfassen einen gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont 212, einen gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214 und einen gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont 216. Das DCI 210 bestimmt auch eine Vielzahl von System- und Betriebsbeschränkungen 218, die darauf basieren. Zusätzliche Details der Operationen des DCI 210 werden mit Bezug auf die 3 bis 7 beschrieben.
Der Begriff „Horizont“ wird verwendet, um ein geschätztes oder vorhergesagtes Verhalten für ein betreffendes Fahrzeug über einen vordefinierten Zeitraum für einen bestimmten Parameter zu beschreiben, z. B. Längsdrehmoment, Gierrate, Quergeschwindigkeit usw. Die Ableitung eines Horizonts kann auf der Grundlage eines vordefinierten Satzes von Fahrzeugparametern bestimmt werden, wie z. B. einer effektiven Straßenlast, die auf das Fahrzeug wirkt, aus nominalen Straßenlastkräften, die unter Verwendung einer Straßenlastgleichung mit Koeffizienten, die die kinetische Reibung, die Rollreibung und den Luftwiderstand darstellen, in Verbindung mit Kräften, die aufgrund von Masse und Schwerkraft auf das betreffende Fahrzeug wirken, erstellt werden.
3 zeigt schematisch den Prozess 310, der eine erste Ausführungsform eines Prozesses zur Bestimmung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts 212 auf der Grundlage des Fahrzeugbetriebszustands 206 der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bedienereingabe in Form der Gas-/Bremspedalbefehle 201 ist, die in eine Reaktionskarte (RM) 311 eingegeben werden, um ein Ziel-Längsdrehmoment x(k) zu bestimmen. Alternativ kann das RM 311 auch eine Ziel-Längsbeschleunigung bestimmen.
Das Ziel-Längsdrehmoment x(k) wird in eine iterative Schleife 312 eingegeben, die eine transiente Reaktionskarte (tRM) 314 verwendet, um ein Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über einen Horizont der Zeitlänge M 317 auf der Grundlage von Eingaben des Längsdrehmoments x(k), der Fahrzeuggeschwindigkeit v(k+i-1) und des Ziel-Längsdrehmoments y(k+i-1) 313 zu bestimmen, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt. Das Einschwingkennfeld 314 bestimmt ein Differenzdrehmoment dTq(k+i-1) auf der Grundlage des Soll-Längsdrehmoments x(k), der Fahrzeuggeschwindigkeit v(k) und des Soll-Längsdrehmoments über eine vorherige Iteration y(k+i-1). Das Differenzdrehmoment dTq(k+i-1) wird mit dem Ziel-Längsdrehmoment über der vorherigen Iteration y(k+i-1) kombiniert (Block 315), um das Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 317 zu bestimmen. Die Iterationsschleife 312 aktualisiert dann die Fahrzeuggeschwindigkeit v(k+1) (Block 316), und beginnt die nächste Iteration.
Der RM 311 wandelt die Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle des Fahrers in Fahrbarkeitsziele des Fahrzeugs um, um eine resultierende gewünschte Fahrzeugkraft zu erhalten. Fahrbarkeitsziele, wie sie z. B. durch fahrzeugkalibrierte Ansprechdiagramme und zugehörige instationäre Ansprechdiagramme beschrieben werden, und Fahrzeugparameter, wie z. B. Straßenlastkoeffizienten, effektive Straßenlast und Nennkräfte der Straßenlast, werden in das endgültige Geschwindigkeitshorizontprofil einbezogen. Bei einigen Implementierungen können auch Bremskraftanforderungen in die Formulierung mit einbezogen werden. Das RM 311 kann in der Praxis als Tabelle reduziert werden, die eine gespeicherte, für die Steuerung zugängliche Kennfelddatei enthalten kann, die eine Folge von Fahrzeuggeschwindigkeiten und Fahrzeugbeschleunigungswerten mit einer entsprechenden Folge von befohlenen oder gewünschten Antriebsstrang-Drehmomentausgaben abbildet. Alternativ kann das RM3211 in der Praxis als Tabelle reduziert werden, die eine im Speicher abgelegte, für die Steuerung zugängliche Kennfelddatei enthalten kann, die eine Folge von Fahrzeuggeschwindigkeiten und Fahrzeugbeschleunigungswerten mit einer entsprechenden Folge von befohlenen oder gewünschten Beschleunigungsausgängen abbildet.
Pedalweg-Rohdaten in Form einer gewünschten Beschleunigung werden verwendet, um eine Fahrer-Drehmomentanforderung in der Kennfelddatei in Bezug auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die aktuelle Pedalposition des Fahrpedals nachzuschlagen. Die Fahrer-Drehmomentanforderung kann mithilfe des Kennfelds 314 für das Einschwingverhalten geformt werden, das ein fahrzeugkalibriertes Kennfeld für die Einschwingbeschleunigung sein kann.
Das Kennfeld 314 für das Einschwingverhalten kann eine im Speicher abgelegte, für die Steuerung zugängliche Kennfelddatei für das Einschwingverhalten bei Beschleunigung enthalten. Die Transienten-Ansprechkarte 314 kann eine Nachschlagetabelle sein, die das Antriebsstrangdrehmoment in Übergangsbereichen zwischen benachbarten Antriebsstrangdrehmoment-Ausgangswerten in der Beschleunigungskartendatei definiert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Transient Response Map 314 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 Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 317 wird einem Extraktionsschritt 318 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N (319) identifiziert, wobei N (319) eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M 317. Der Extraktionsschritt 318 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont 212 über die Zeitlänge N, der an den VMC 230 geliefert wird.
4 zeigt schematisch den Prozess 320, der eine zweite Ausführungsform eines Prozesses zur Bestimmung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts 212 basierend auf den Fahrzeugbetriebszuständen 206 einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bedienereingabe in Form der Gas-/Bremspedalbefehle 201 ist. In dieser Ausführungsform ist die Reaktionskarte (RM) 321 in der iterativen Schleife 322 enthalten. Die RM 321 bestimmt ein Ziel-Längsdrehmoment x(k), das in die transiente Reaktionskarte (tRM) 324 eingegeben wird, um ein Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über einen Horizont der Zeitlänge M 327 basierend auf den Eingaben des Längsdrehmoments x(k), der Fahrzeuggeschwindigkeit v(k+i-1) und des Ziel-Längsdrehmoments y(k+i-1) 323 zu bestimmen, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt. Das Kennfeld 324 für das Einschwingverhalten bestimmt ein Differenzdrehmoment dTq(k+i-1) auf der Grundlage des Ziel-Längsdrehmoments x(k), der Fahrzeuggeschwindigkeit v(k) und des Ziel-Längsdrehmoments über eine vorherige Iteration y(k+i-1). Das Differenzdrehmoment dTq(k+i-1) wird mit dem Ziel-Längsdrehmoment über der vorherigen Iteration y(k+i-1) kombiniert (Block 325), um das Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 327 zu bestimmen. Die Iterationsschleife 322 aktualisiert dann die Fahrzeuggeschwindigkeit v(k+1) (Block 326), und beginnt die nächste Iteration. Das Einschwingkennfeld 324 ist analog zum Einschwingkennfeld 314, das mit Bezug auf 3 beschrieben wurde.
Das Ziel-Längsdrehmoment y(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 327 wird einem Extraktionsschritt 328 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N (329) identifiziert, wobei N (329) eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M. Der Extraktionsschritt 328 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont 212 über die Zeitlänge N, der dem VMC 230 zugeführt wird.
5 zeigt schematisch den Prozess 330, der eine Ausführungsform eines Prozesses zur Bestimmung des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts 214 auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebszustände 206, des Lenkradwinkels 203 und des Hinterradwinkels 204 ist, wo anwendbar.
In dieser Ausführungsform wird eine Soll-Gierrate im stationären Zustand auf der Grundlage der Betriebszustände 206 des Fahrzeugs, des Lenkradwinkels 203 und des Hinterradwinkels 204 bestimmt (Block 331). Eine iterative Schleife 332 wird ausgeführt, um eine Ziel-Gierrate x(k+1) (Block 335) gemäß der folgenden Beziehung zu bestimmen: $y (k + i) = f [z (k), y (k + i - 1), \dots, y (k + i - 1 - Q), c 1, \dots, cQ *]$
wobei
y(k+1) die Ziel-Gierrate darstellt; und
c1, ..., cQ werden abgestimmt, um ein gewünschtes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs zu definieren.
Die Ziel-Gierrate y(k+1) wird über einen Horizont der Zeitlänge M 337 extrapoliert, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt. Die Iterationsschleife 332 aktualisiert die Ziel-Gierrate y(k+1) und beginnt die nächste Iteration.
Die Ziel-Gierrate y(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 337 wird einem Extraktionsschritt 338 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N (339) identifiziert, wobei N (339) eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M 337. Der Extraktionsschritt 338 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214 über die Zeitlänge N, der an den VMC 230 geliefert wird.
6 zeigt schematisch den Prozess 340, der eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung des gewünschten zukünftigen seitlichen Geschwindigkeitshorizonts 216 auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebszustände 206, des Lenkradwinkels 203 und ggf. des Hinterradwinkels 204 ist.
In dieser Ausführungsform wird eine seitliche Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebszustände 206, des Lenkradwinkels 203 und des Hinterradwinkels 204 bestimmt (Block 341). Eine iterative Schleife 342 wird ausgeführt, um eine seitliche Zielgeschwindigkeit z(k+1) (Block 345) gemäß der folgenden Beziehung zu bestimmen: $y (k + i) = f [w (k), z (k + i - 1), \dots, z (k + i - 1 - Q), c 1, \dots, cQ *]$
wobei
z(k+1) die seitliche Zielgeschwindigkeit darstellt; und
c1, ..., cQ werden abgestimmt, um ein gewünschtes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs zu definieren.
Die Ziel-Seitengeschwindigkeit z(k+1) wird über einen Horizont der Zeitlänge M 347 extrapoliert, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt. Die Iterationsschleife 342 aktualisiert die Fahrzeugseitengeschwindigkeit z(k+1) und beginnt die nächste Iteration.
Die Ziel-Seitengeschwindigkeit z(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 347 wird einem Extraktionsschritt 348 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N(349) identifiziert, wobei N (319) eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M 347. Der Extraktionsschritt 348 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont 216 über die Zeitlänge N, der an den VMC 230 geliefert wird.
7 zeigt schematisch den Prozess 350, der eine Ausführungsform eines Prozesses zur übereinstimmenden Bestimmung des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts 214 und des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizonts 216 auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebszustände 206, des Lenkradwinkels 203 und des Hinterradwinkels 204 ist, wo anwendbar.
In dieser Ausführungsform wird eine iterative Schleife 352 ausgeführt, um eine Ziel-Gierrate x(k+1) zu bestimmen (Block 353), gemäß der folgenden Beziehung: $x (k + i) = x (k + i - 1) + T {Fyf cos [FS (k)] - Fyr cos [RS (k)]}$
wobei
Fyf stellt die Querkraft an der Vorderachse dar;
Fyr stellt die Querkraft an der Hinterachse dar;
FS(k) stellt den vorderen Lenkwinkel dar;
RS(k) stellt den hinteren Lenkwinkel dar;
x(k+1) stellt die Ziel- oder gewünschte Gierrate dar; und
c1, ..., cQ werden abgestimmt, um ein gewünschtes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs zu definieren.
Die Soll-Gierrate x(k+1) wird in dieser Beziehung über einen Horizont der Zeitlänge M 354 extrapoliert, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt.
Die Ziel-Gierrate x(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 354 wird einem Extraktionsschritt 356 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N identifiziert, wobei N eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M. Der Extraktionsschritt 356 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214 über die Zeitlänge N, der an den VMC 230 geliefert wird.
Die Iterationsschleife 352 liefert die Ziel-Gierrate x(k+1) als Eingabe für Block 357.
Die Fahrzeug-Gierrate x(k+1) aus Block 353, die Fahrzeug-Betriebszustände 206, der Lenkradwinkel 203 und der Hinterradwinkel 204 werden zur Bestimmung der Ziel-Quergeschwindigkeit z(k+1) (Block 357) gemäß folgender Beziehung verwendet $z (k + i) = z (k + i - 1) + T {Mvx*x (k + i - 1) + F'yf cos [FS (k)] + F' yr cos [RS (k)]}$
wobei
M steht für die Fahrzeugmasse;
vx steht für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit;
Fyf stellt die Querkraft an der Vorderachse dar;
Fyr steht für die Seitenkraft an der Hinterachse; und
c1, ..., cQ werden abgestimmt, um ein gewünschtes dynamisches Verhalten des Fahrzeugs zu definieren.
Die Ziel-Seitengeschwindigkeit z(k+1) wird über einen Horizont der Zeitlänge M 351 extrapoliert, wobei M eine durch den Horizont definierte Zeitspanne darstellt. Die Iterationsschleife 352 beginnt die nächste Iteration.
Die Ziel-Seitengeschwindigkeit z(k+1) über den Horizont der Zeitlänge M 351 wird einem Extraktionsschritt 359 zugeführt, der einen zukünftigen interessierenden Punkt der Länge N identifiziert, wobei N eine geeignete Zeitlänge sein kann, z.B. 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms, 400 ms, usw., solange die Zeitlänge N kleiner ist als der Horizont der Zeitlänge M 351. Der Extraktionsschritt 359 interpoliert oder bestimmt auf andere Weise den gewünschten zukünftigen lateralen Geschwindigkeitshorizont 216 über die Zeitlänge N, der an den VMC 230 geliefert wird.
8 zeigt grafisch die Formung des Längsdrehmomenthorizonts auf der Grundlage einer Fahreranforderung in Abhängigkeit von der Zeit, wobei das Drehmoment auf der vertikalen Achse 820 und die Zeit auf der horizontalen Achse 810 dargestellt ist. Die Linie 801 zeigt eine ungeformte, willkürliche Drehmomentanforderung des Fahrers in Form einer Schritteingabe auf ein Gaspedal, wie sie beispielsweise auftreten kann, wenn ein Fahrer ein Manöver mit weit geöffneter Drosselklappe durchführt. Zeile 802 zeigt das vom Fahrer angeforderte Drehmoment an, nachdem es einer Ratenbegrenzung und Filterung unterworfen wurde, wie in den und beschrieben, wobei der Horizont durch den Bereich 804 angezeigt wird. Zeile 803 zeigt die tatsächliche Leistung des Antriebsstrangsystems als Reaktion auf die mit Zeile 802 verbundene Drehmomentanforderung an.
9 zeigt grafisch verschiedene Horizontreaktionen der seitlichen Bewegung (Gierrate oder seitliche Geschwindigkeit) entsprechend den Fahrermodi aggressiv 901, normal 902 oder konservativ 903, wobei die seitliche Bewegung auf der vertikalen Achse 920 und die Zeit auf der horizontalen Achse 910 angegeben ist. Die unterschiedlichen Horizontreaktionen der Querbewegung (Gierrate oder Quergeschwindigkeit) können durch die Einstellung unterschiedlicher Filterparameter oder Kostenfunktionsgewichte erreicht werden, wie z. B. mit Bezug auf 10 dargestellt.
10 zeigt grafisch verschiedene Verstärkungseinstellungen, die den verschiedenen Horizontreaktionen gemäß den Treibermodi aggressiv 1001, normal 1002 oder konservativ 1003 entsprechen, wobei die Verstärkungseinstellung auf der vertikalen Achse 1020 und die Zeit auf der horizontalen Achse 1010 angegeben ist.
Wieder Bezug nehmend auf 2 werden die Fahrzeugbetriebsparameter und andere Eingaben der Kostenfunktionsroutine 220 zugeführt, um Gewichtungsfaktoren 225 zu erzeugen, die der Längsbeschleunigung, der Gierrate und der Quergeschwindigkeit entsprechen. Zu den Eingangsbefehlen gehören Bedienereingaben in Form von Gas-/Bremspedalbefehlen 201, Anforderung des regenerativen Bremsmoments 202, Lenkradwinkel 203, Hinterradwinkel 204, Fahrzeugbetriebszustände 206 in Form von Fahrzeugmasse, Straßenneigung, Fahrzeuggeschwindigkeit und dem vom Fahrer wählbaren Modus. In jeder Schleife optimiert die Steuerroutine 200 eine Kostenfunktion der folgenden Form:

Summe k=0,^k=N (TWght_k[Tpred_k- Thorizon_k] ^2) + Summe_k=0,^k=N (R_Wght_k[R_pred_k - R_Horizon_k]^2) +
Summe_k=0,^k=N (VyWght_k[Vypred_k - VyHorizon_k]^2) + f(.,.,.)
wo:
- TWght_k ist das Gewicht zum Zeitpunkt k für den Längsdrehmomenthorizont,
- R_Wght_k ist das Gewicht zum Zeitpunkt k für den Gierraten-Horizont,
- VyWght k ist das Gewicht zum Zeitpunkt k für die Quergeschwindigkeit,
Tpred ist das vorhergesagte Längsdrehmoment,
R ist die vorausberechnete Gierrate, und
Vypred ist die vorhergesagte seitliche Geschwindigkeit.

Die Gewichtungsfaktoren 225 sind mit dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont 212, dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214 und dem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont 216 verbunden, wobei die Gewichte Tpred, R und Vypred jeweils der Längsbeschleunigung, der Gierrate und der Quergeschwindigkeit entsprechen und als Eingaben für den VMC 230 bereitgestellt werden. Durch die Anpassung der Gewichte in der Kostenfunktion basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs kann deren Ausgabe das gewünschte Fahrzeugverhalten des Fahrers besser widerspiegeln.
Der VMC 230 wertet den gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont 212, den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214 und den gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont 216 im Hinblick auf die Gewichtungsfaktoren 225 aus, die der Längsbeschleunigung, der Gierrate und der Quergeschwindigkeit entsprechen, und ermittelt darauf basierend einen Aktuatorbefehl 240 zur Steuerung des Betriebs des Antriebssystems 10.
Wieder Bezug nehmend auf 2 enthält der VMC 230 ausführbare Routinen zur Durchführung einer modellbasierten Steuerungsanalyse, um einen Aktuatorbefehl 240 zur Steuerung des Betriebs des Antriebssystems 10 zu bestimmen, um den vom Fahrer gewünschten Beschleunigungsbefehl und/oder Verzögerungsbefehl 201 zu erreichen. Um diese Analyse durchzuführen, aggregiert und analysiert der VMC 230 den gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont 212, den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont 214, den gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizont 216 und die Vielzahl von System- und Betriebsbeschränkungen 218. Der VMC 230 kann ein Modell des Fahrzeugs speichern, wie z. B. ein zweispuriges Fahrradmodell, in dem die Drehmomentbefehle, die Gierrate und die Quergeschwindigkeit die Regelgrößen 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 Spurfehler unter Berücksichtigung der Fahrzeugbeschränkungen minimieren. Bei der Drehmomentsteuerung kann der Fehler zwischen der Drehmomentanforderung und dem befohlenen Reglerdrehmoment im geschlossenen Regelkreis berücksichtigt werden, um eine Differenz zwischen dem gewünschten Drehmomenthorizont und dem vorhergesagten Drehmoment zu minimieren, und um eine Differenz zwischen einer gewünschten Gierrate und einer gewünschten lateralen Geschwindigkeit und einer vorhergesagten Gierrate und vorhergesagten Geschwindigkeit zu minimieren. Eine gewünschte zukünftige Trajektorie kann vom VMC 230 verwendet werden, um Aktuatorbefehle basierend auf gewünschten zukünftigen Soll-Trajektorien und Messungen zu optimieren.
Die hier vorgestellten Konzepte umfassen die Berechnung gewünschter zukünftiger Längshorizonte für Drehmoment oder Beschleunigung und gewünschter zukünftiger Querhorizonte für Gierrate und Quergeschwindigkeit sowie deren Verwendung zum Erreichen erwarteter Fahrermodi. In der Längsrichtung werden die Fahrereingaben der Pedal- und Bremsposition sowie Fahrbarkeitsmetriken verwendet, um die gewünschte zukünftige Drehmomenttrajektorie zu berechnen. In Querrichtung werden die vorderen und hinteren Lenkwinkel mit einem Fahrradmodell verwendet, um die Trajektorien abzuleiten. Die Trajektorien werden in einer Fahrzeugbewegungssteuerung verwendet, die die Abwägung konkurrierender Anforderungen nutzt, um eine Leistung zu liefern, die mit einem ausgewählten Fahrermodus übereinstimmt. Dies beinhaltet die Bestimmung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts unter Verwendung der Response Map (RM) und der transienten Response Map basierend auf Fahrer- und regenerativen Bremsanforderungen.
Die hier beschriebenen Konzepte beinhalten die Berechnung der gewünschten zukünftigen seitlichen Gierrate und der seitlichen Geschwindigkeit auf der Grundlage eines vereinfachten Fahrradmodells und des vorderen und hinteren Lenkwinkels.
Die hier beschriebenen Konzepte beinhalten die Verwendung der Längs- und Querhorizonte und die Abwägung ihrer Kosten in einer Fahrzeugbewegungssteuerung, um ein Fahrzeugverhalten zu liefern, das mit einem ausgewählten Fahrermodus übereinstimmt.
Die hier beschriebenen Konzepte ermöglichen eine variable Abtastzeit der Horizonte, um die Genauigkeit zu maximieren und gleichzeitig den Speicher- und Kommunikationsbedarf zu reduzieren.
Die hier beschriebenen Konzepte beinhalten die Bestimmung des gewünschten zukünftigen Längsbeschleunigungshorizonts unter Verwendung eines Pedalbeschleunigungskennfelds sowie eines Kennfelds für das Einschwingverhalten.
Die hier beschriebenen Konzepte beinhalten die Bestimmung und Verwendung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizonts, des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts, des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizonts und der Fahrzeugbeschränkungen in einer Fahrzeugbewegungssteuerung, um ein Fahrzeugverhalten zu liefern, das mit der erwarteten Reaktion des Fahrermodus konsistent ist und konkurrierende Ziele bei der Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung verwaltet.
Die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil des Codes darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) enthält. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Hardware-basierte Systeme mit dedizierter Funktion, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen, oder durch Kombinationen von Hardware mit dedizierter Funktion und Computeranweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand erzeugen, der Befehlsmittel enthält, die die in dem Flussdiagramm und/oder dem Blockdiagrammblock oder den Blöcken angegebene Funktion/Aktion implementieren.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Durchführung der in den beigefügten Ansprüchen definierten vorliegenden Lehre.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das ein Antriebssystem enthält, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen, über eine Steuerung, von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen, Empfangen, über die Steuerung, eines vom Fahrer auswählbaren Modus; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingangsbefehlen; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen seitlichen Geschwindigkeitshorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen; Bestimmen von Gewichtungsfaktoren für den gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont, den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont und den gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont basierend auf dem vom Fahrer wählbaren Modus; und Steuern, über die Steuerung, des Betriebs des Antriebssystems, basierend auf dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont, dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont, dem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizont und den Gewichtungsfaktoren.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen, über die Steuerung, von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen das Empfangen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und das Empfangen eines Bedienerbefehls für eine Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung umfasst; und wobei das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Bedienerbefehl für eine von Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen, über die Steuerung, von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen das Empfangen einer Fahrzeug-Gierrate, das Empfangen einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und das Empfangen eines Bedienerbefehls für die Fahrzeuglenkung umfasst; und wobei das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts basierend auf der Fahrzeug-Gierrate, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und dem Bedienerbefehl für die Fahrzeuglenkung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Empfangen des Bedienerbefehls für die Fahrzeuglenkung das Empfangen eines Vorderradlenkwinkels oder eines Hinterradlenkwinkels umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen, über die Steuerung, von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen das Empfangen einer Fahrzeug-Quergeschwindigkeit, das Empfangen einer Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit und das Empfangen eines Bedienerbefehls für die Fahrzeuglenkung umfasst; und wobei das Bestimmen des gewünschten zukünftigen seitlichen Geschwindigkeitshorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen das Bestimmen des gewünschten zukünftigen seitlichen Geschwindigkeitshorizonts basierend auf der Fahrzeugquergeschwindigkeit, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und dem Bedienerbefehl für die Fahrzeuglenkung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen der Gewichtungsfaktoren für die Verfolgung des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts, des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts und des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizonts auf der Grundlage des vom Fahrer wählbaren Modus und der Fahrzeugbetriebsparameter.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern, über die Steuerung, des Betriebs des Antriebssystems auf der Grundlage des gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizonts, des gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts, des gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizonts und der Gewichtungsfaktoren das Steuern des Betriebs des Antriebssystems umfasst, um eine Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont und einem Bediener-Befehl für eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung zu minimieren, und eine Differenz zwischen dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont und einer vorhergesagten Gierrate und einem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont und einer vorhergesagten Geschwindigkeit zu minimieren.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen, über die Steuerung, von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen das Empfangen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und das Empfangen eines Eingabebefehls von einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem, ADAS, für entweder eine Fahrzeugbeschleunigung oder eine Fahrzeugverzögerung umfasst; und wobei das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen das Bestimmen des gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Eingabebefehl vom ADAS für eine von Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung umfasst.
Ein Fahrzeugsystem, umfassend: ein Antriebssystem, ein Lenksystem und ein Radbremssystem, die betriebsmäßig mit einer Steuerung verbunden sind, wobei die Steuerung einen Befehlssatz enthält, der ausführbar ist zum: Empfangen von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingabebefehlen, Erhalten eines vom Fahrer auswählbaren Modus; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingangsbefehlen; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizonts auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebsparameter und der Eingangsbefehle; Bestimmen eines gewünschten zukünftigen seitlichen Geschwindigkeitshorizonts basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den Eingabebefehlen; Bestimmen von Gewichtungsfaktoren für den gewünschten zukünftigen Längsdrehmoment-Horizont, den gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont und den gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeits-Horizont basierend auf dem vom Fahrer wählbaren Modus; und Steuern, über die Steuerung, des Betriebs des Antriebssystems, basierend auf dem gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont, dem gewünschten zukünftigen Gierraten-Horizont, dem gewünschten zukünftigen Quergeschwindigkeitshorizont und den Gewichtungsfaktoren.
Das System nach Anspruch 9, wobei der Befehlssatz, der ausgeführt werden kann, um Fahrzeugbetriebsparameter und Eingabebefehle zu empfangen, den Befehlssatz umfasst, der ausgeführt werden kann, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu empfangen und einen Bedienerbefehl für eine von Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung zu empfangen; und wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um den gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont basierend auf den Fahrzeugbetriebsparametern und den eingegebenen Befehlen zu bestimmen, wobei der Befehlssatz ausführbar ist, um den gewünschten zukünftigen Längsdrehmomenthorizont basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Bedienerbefehl für eine von Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung zu bestimmen.