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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Querführungsregelung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
DE 10 2014 08 785 A1 und die
EP 1 000 838 A2 verwiesen.
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Gierratenregler sind aus dem Stand der Technik insbesondere in Kombination mit einem Lenksystem eines Fahrzeuges und bei autonomem Eingriff in eine Lenksituation des Fahrzeuges bekannt.
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Es sind Querführungsregelungen zur Erzeugung einer Lenkvorgabe einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges in Form von unterschiedlichsten Fahrerassistenzsystemen bekannt, welche auf die Querführung des Fahrzeuges einwirken. Beispielsweise sind Fahrerassistenzsysteme mit zumindest teilweiser automatischer Querführung bekannt, bei denen die Lenkung vom Fahrzeug übernommen wird, ohne dass der Fahrer eine Lenkvorgabe aufprägt. Bei einem Spurführungsassistenten bzw. Spurhalteassistenten wird der Fahrer durch eine Querführungsunterstützung darin unterstützt, das Fahrzeug in der erkannten Fahrspur zu halten. Bei einem Seitenkollisionswarnsystem wird der Fahrer bei kritischer Annäherung an Objekte durch Lenkradvibrationen oder einen Lenkimpuls gewarnt, außerdem kann die ausweichende Lenkbewegung des Fahrers durch das System aktiv unterstutzt werden.
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Bei der Regelung der Querführung eines Fahrzeugs werden üblicherweise Fahrzeugmodelle verwendet, durch die ein Soll-Verhalten des Fahrzeugs in approximativer Weise beschrieben wird. Die Regelung der Querführung umfasst dabei typischerweise das Invertieren derartiger Fahrzeugmodelle, um zu ermitteln, welche Vorgaben an das Fahrzeug gemacht werden müssen, um ein gewünschtes Verhalten des Fahrzeugs (z. B. eine Fahrt entlang einer gewünschten Trajektorie) zu bewirken. Dies kann im Rahmen einer Vorsteuerung erfolgen. Dabei ist es wünschenswert, dass die Invertierung des Fahrzeugmodells gut applizierbar und/oder einstellbar ist. Ein solches Fahrzeugmodell gibt dem System eine bestimmte Soll-Gierrate bzw. eine Soll-Krümmung bzw. einen Soll-Radius auf Grundlage von ermittelten Soll-Trajektorien-Größen für eine geplante Trajektorie des Fahrzeuges vor. Ein beispielhaftes Querregelungssystem ist in der o.g.
EP 1 000 838 A2 offenbart.
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In der Praxis treten dabei häufig Störgrößen auf, welche durch eine Abweichung einer Ist-Gierrate von einer vom Modell vorgegebenen Soll-Gierrate identifizierbar sind. Derartige Störgrößen können beispielweise durch Seitenkräfte, durch seitlich abschüssige Fahrbahnen oder Seitenwinde auftreten. Darüber hinaus sind viele Fahrzeugeigenschaften nicht genau bekannt, die Einfluss auf das Gierverhalten haben, beispielsweise das Fahrzeuggewicht bei schwankender Beladung oder variierende Lenkungsparameter wie Reibung oder Dämpfung. Hieraus resultieren Abweichungen vom verwendeten Fahrzeugmodell zur Realität. Mittels eines Gierratenreglers werden die genannten Abweichungen der Regelgröße von der Sollgröße ausgeregelt.
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Der Gierratenregler umfasst üblicherweise einen sog. Limiter bzw. Begrenzer, welcher den zulässigen Stellbereich des Reglers aufgrund von zu erreichenden Sicherheitszielen begrenzt. Oberhalb bzw. Unterhalb der Grenzen wird der Gierratenregler nicht aktiv und regelt nicht. Ein Limiter für Querführungsregelsystem eines Fahrzeuges ist aus der o.g.
DE 10 2014 08 785 A1 bekannt. Eine solche Begrenzung des Regelbereichs hat jedoch bei langfristig wirkenden Störgrößen, wie beispielsweise eine schief eingebaute Achse oder Lenkung im Fahrzeug, den Nachteil, dass unter Umständen ein verhältnismäßig großer Regelbereich hin zu den Grenzwerten „weggenommen“ wird und die Reglergrenzen daher bei einer zusätzlich auftretenden Störgröße schnell erreicht sind. Der Gierratenregler hat dann nur mehr wenig Eingriffsspielraum zur Verfügung und kann bei weiteren Störgrößen potentiell nur noch zu wenig oder gar nicht mehr eingreifen. Der Fahrkomfort und die Fahrdynamik des Fahrzeuges können dadurch negativ beeinflusst werden.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Querführungsregelung eines Fahrzeuges bereitzustellen, welches hinsichtlich des oben genannten Nachteiles verbessert ist.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren zur Querführungsregelung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeugquerführungsregelungssystem nach dem nebengeordneten Anspruch 7 und eines Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Verfahren zur Querführungsregelung eines Fahrzeuges vorgeschlagen, welches einen Gierratenregler umfasst.
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Der Gierratenregler (auch als Krümmungsregler, Radiusregler oder Bahnführungsregler bezeichnet) regelt den gefahrenen Kurvenradius des Fahrzeuges in Abhängigkeit einer (insbesondere durch ein Fahrzeugmodell vorgegebenen bzw. auf ein Fahrzeugmodell basierende) Soll-Gierrate. Hierzu erfasst der Gierratenregler laufend (in kurzen Zeitabständen) eine die Fahrzeuggierbewegung repräsentierende aktuelle Gierrate (auch als Ist-Gierrate bzw. als Ist-Krümmung bezeichnet). Diese Ist-Gierrate wird dann mit einer vorgegebenen Soll-Gierrate (bzw. Soll-Krümmung) verglichen abgeglichen.
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Wird bei dem Abgleich eine Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate erfasst (entspricht einer Störgröße), so erfolgt ein der unerwünschten Gierbewegung entgegengesetzter, kompensierender Reglereingriff (insbesondere durch ein Kompensationssignal zur Störgrößenkompensation) zur Anpassung der Ist-Gierrate auf die Soll-Gierrate.
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Dem Gierratenregler wird dabei durch einen Begrenzer ein initialer Störgrö-ßen-Regelbereich mit Reglergrenzen vorgegeben, innerhalb welchem der Gierratenregler regeln kann. Ist also die Summe aller Störgrößen bzw. eine Störgröße vom Betrag größer als der Regelbereich zulässt, so wird der kompensierende Reglereingriff durch den Gierratenregler nicht mehr oderr nur mehr anteilig durchgeführt.
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Der initiale Regelbereich bzw. der Betrag des initialen Regelbereichs des Gierratenregler kann in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Situationen (bspw. der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, der Querbeschleunigung des Fahrzeuges, dem Beladungszustand des Fahrzeuges usw.) einstellbar ausgeführt sein.
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Es ist vorgesehen, dass die genannten Reglergrenzen, welche den Regelbereich auf einen bestimmten Stellgrößenbereich begrenzen, in Abhängigkeit von einer identifizierten dauerhaften Störgröße verändert werden. „Dauerhaft“ bedeutet im Sinne dieser Erfindung, dass die Störgröße über ein bestimmtes minimales Zeitintervall und unter bestimmten Fahrbedingungen konstant vorherrscht bzw. erfasst wird.
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Beispielsweise kann eine dauerhafte Störgröße durch folgende Ereignisse bzw. Gegebenheiten verursacht werden:
- - Einen dauerhaft verbogenen Radführungslenker des Fahrzeuges (beispielsweise einen verbogenen Spurlenker des Fahrzeuges)
- - Bzw. einen auf das Fahrzeug über einen minimalen Zeitintervall wirkenden Seitenwind, welcher in Fahrzeugquerrichtung auf das Fahrzeug wirkt
- - Bzw. eine in Fahrzeugquerrichtung auf das Fahrzeug einseitig wirkende Kraft
- - Bzw. eine Straßenunebenheit (wie beispielsweise eine über das minimale Zeitintervall befahrene einseitig abschüssige Fahrbahn)
- - Bzw. einen unausgeglichenen Beladungszustand im Fahrzeug
- - Bzw. eine inkorrekte Spursteinstellung (beispielsweise eine nicht korrekte Werkseinstellung)
- - Bzw. ein unterschiedlicher Reifendruckfüllzustand von einzelnen Reifen des Fahrzeuges.
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Beim Auftreten einer oder mehrerer dieser (nicht abschließenden) genannten Ereignisse bzw. Gegebenheiten erkennt der Gierratenregler eine dauerhafte Störgröße bzw. eine dauerhafte Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate. Beim Auftreten einer solchen dauerhaften Störgröße nähert sich der Regler daher bereits bei „Normalfahrt“ (da die Störgröße als Dauer-Störgröße identifiziert wurde) der Stellgrößenbeschränkung des Regelbereichs. Ohne eine Veränderung der Reglergrenzen würde daher der Gierratenregler dauerhaft den Betrag der dauerhaften Störgröße ausregeln bzw. kompensieren, wobei bei einer zusätzlich auftretenden Störung bzw. eine zusätzliche Störgröße evtl. nicht mehr ausreichend kompensiert werden kann, da für die Kompensation Stellgrößen außerhalb des limitierten Stellgrößenbereichs notwendig wären. Um eine solche „Einschnürung“ des Reglerbereichs aufgrund einer dauerhaften Störgröße zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass die Reglergrenzen in Abhängigkeit einer identifizierten dauerhaften Störgröße verändert bzw. verschoben werden.
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Wird also eine dauerhafte Störgröße identifiziert, so ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Reglergrenzen um den Betrag der dauerhaften Störgröße derart verschoben werden, dass die Gierrate mit der dauerhaften Störgröße die „Idealfahrt“, d.h. eine Fahrt ohne der Notwendigkeit eines Reglereingriffs durch den Gierratenregler darstellt. Der Regelbereich wird dabei bevorzugt betragsmäßig nicht verändert, sondern nur in Abhängigkeit der dauerhaften Störgröße hinsichtlich dessen Eingriffsbedingungen verschoben.
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Durch eine derartige Veränderung bzw. Verschiebung bzw. Anpassung der Reglergrenzen in Abhängigkeit bzw. um den Betrag der identifizierten Dauerhaften Störgröße, kann eine komfortablere und dynamischere Fahrt gewährleistet werden. Denn selbst beim Vorliegen einer langfristigen Störung am Fahrzeug, kann der Gierratenregler seinen initialen Regelbereich noch voll ausnutzen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine genannte dauerhafte Störgröße vom Gierratenregler bzw. vom Querführungssystem in einem Anlernprozess angelernt.
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Anlernen bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass ein Langzeitabgleich der Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate erfolgt und die Reglergrenzen sich allmählich in Abhängigkeit des zeitlich wiederholenden Abgleichs verschoben werden.
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Zum Anlernen und zum Identifizieren einer dauerhaften Störgröße ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Störgröße bzw. eine Abweichung über einen bestimmten minimalen Zeitabschnitt hinweg im Wesentlichen (mit einer geringen Änderungsdynamik) konstant erfasst wird. Ein solcher Zeitabschnitt kann beispielsweise ein Bereich von ca. 180 bis 360 Sekunden, besonders bevorzugt 300-360 Sekunden, darstellen. Wird also eine (zumindest überwiegend konstante) Abweichung der Ist-Gierrate zur Soll-Gierrate, bei einem sich immer wiederholenden Abgleich (beispielsweise erfolgt alle 100 Milli-Sekunden ein Ist-Soll-Abgleich) über einen minimalen Zeitabschnitt (beispielsweise von ca. 300 Sekunden) hinweg immer wieder erfasst, so wird diese Störgröße als dauerhafte Störgröße identifiziert bzw. angelernt. Die Störgröße wird dabei bevorzugt nur dann als dauerhafte Störgröße eingestuft bzw. identifiziert, wenn keine Unterbrechung der Abweichung innerhalb des Zeitabschnittes bei den Abgleichen erfasst wurde.
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Ein solches bevorzugtes „Anlernen“ einer dauerhaften Störgröße erfolgt dabei bevorzugt unter bestimmten Lernbedingungen.
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Es ist bevorzugt, in Form einer Lernbedingung, vorgesehen, dass die Störgröße nur dann als dauerhafte Störgröße eingestuft werden kann, wenn sich das Fahrzeug innerhalb des o.g. minimalen Zeitabschnittes in einem vorgegebenen bzw. applizierbaren Geschwindigkeitsbereich mit einer minimalen und einer maximalen Geschwindigkeit bewegt hat. Beispielsweise kann dieser Geschwindigkeitsbereich ca. 30 bis 130 km/h sein. Besonders bevorzugt hat sich das Fahrzeug in dem genannten Zeitabschnitt mit einer konstanten Geschwindigkeit (innerhalb dem bevorzugten Geschwindigkeitsbereich) fortbewegt.
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Es ist ferner bevorzugt, in Form einer weiteren Lernbedingung, vorgesehen, dass die Störgröße nur dann als dauerhafte Störgröße eingestuft wird, wenn die Querbeschleunigung des Fahrzeuges innerhalb des Zeitabschnitts einen applizierbaren, maximalen Betragswert (entspricht einem Maximalwert), beispielsweise von 1 m/s2, beträgt bzw. betrug bzw. nicht überschreitet.
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Damit also eine Störgröße als dauerhafte Störgröße identifiziert wird muss also bevorzugt eine konstante Störgrößenerfassug innerhalb des genannten minimalen Zeitabschnittes erfolgt sein, während sich das Fahrzeug bevorzugt in einem definierten Geschwindigkeitsbereich von beispielsweise 30 - 130 km/h befindet und die applizierte, betragsmäßige maximale Querbeschleunigung nicht überschreitet.
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Es ist auch möglich, dass sich die Lernbedingungen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Querbeschleunigung des Fahrzeuges ändern.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt der Anlernprozess bzw. die Verschiebung der Reglergrenzen über einen bestimmten Verschiebungszeitraum allmählich. Die Reglergrenzen verschieben sich demnach bevorzugt nicht abrupt um den gesamten Betrag der dauerhaften Störgröße, sondern mit einem vorgegebenen Zeitverhalten. Dieser Verschiebungszeitraum befindet sich bevorzugt in einem Bereich von ca. 30 bis 300 Sekunden.
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Das Zeitverhalten, mit dessen Verlauf sich die Reglergrenzen verschieben kann beispielsweise mit einem Übertragungsglied erster oder zweiter Ordnung (bspw. einem PT-1 Glied bzw. einem PT-2-Glied) dargestellt werden.
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Es wird ferner ein Fahrzeugquerführungsregelungssystem vorgeschlagen, welches einen Gierratenregler und bevorzugt ein Fahrzeuglenksystem umfasst. Das Fahrzeugquerführungsregelungssystem ist dabei derart eingerichtet, das oben beschriebene Querführungsregelungsverfahren durchzuführen.
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Ferner wird ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeuges vorgeschlagen, welches ein Fahrzeugquerführungsregelungssystem mit einem Gierratenregler umfasst und welches derart eingerichtet ist, das oben beschriebene Querführungsregelungsverfahren durchzuführen. Dabei wird insbesondere ein Spurhalteassistent oder ein zumindest die Querführung eines Fahrzeuges selbstständig übernehmendes Assistenzsystem vorgeschlagen.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert, wobei die beigefügten 1 ein beispielhafter Regelbereich eines Gierratenregler mit initialen Reglergrenzen aufzeigt, während in dem Diagramm aus 2 der Regelbereich mit den verschobenen Reglergrenzen zu erkennen ist. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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In 1 ist ein initialer Regelbereich Binitial eines Gierratenreglers eines Fahrzeuges zu erkennen. Der Regelbereich ist durch ein Limiter bzw. einen Begrenzer auf vorgegebene Störgrößen-Reglergrenzen RGrenz beschränkt bzw. begrenzt. Nur wenn der Betrag der Störgröße bzw. der Summe der Störgrößen innerhalb der Reglergrenzen RGrenz ist, kann der Gierratenregler eine Störgrö-ßenkompensation durchführen.
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Die Mittellinie M des Regelbereichs stellt dabei den Idealfall dar, in welchem eine optimale Vorsteuerung herrscht und der Regler nicht eingreifen muss, da die erfasste Ist-Gierrate der Vorsteuerung, also der Soll-Gierrate, entspricht.
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Wird demnach eine dauerhafte Störgröße S, beispielsweise durch das o.g. genannte bevorzugte Verfahren, identifiziert, so befindet sich der Regler dauerhaft in einer regelnden bzw. eingreifenden bzw. kompensierenden Position (vgl. PRegler). Wie insbesondere aus 1 zu entnehmen, nähert sich der Regler bei einer dauerhaften Störgröße S bereits bei „Normalfahrt“ der Reglergrenze RGrenz. Bei weiteren Störgrößen steht dem Regler kaum mehr Regelbereich zur Verfügung, sodass evtl. weitere Störgrößen nicht mehr ausgeregelt bzw. kompensiert werden können.
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Um also auch bei einer dauerhaften Störgröße S weiterhin den initialen Reglerbereich (betragsmäßig) voll ausnützen zu können, werden, wie in 2 zu erkennen, die Reglergrenzen RGrenz um den Betrag der dauerhaften Störgröße S verschoben, sodass die neue Mittellinie Mneu und damit der neue Idealwert der Reglerposition PRegler der dauerhaften Störgröße S entspricht. Ein neuer Regelbereich Bneu entsteht. Der ursprüngliche initiale Reglerbereich Bini-tial verschiebt sich, bleibt jedoch betragsmäßig gleich.
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Die Verschiebung der Reglergrenzen RGrenz erfolgt dabei bevorzugt über einen vorbestimmten Verschiebungszeitraum.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10201408785 A1 [0001, 0006]
- EP 1000838 A2 [0001, 0004]
