DE102021130555A1

DE102021130555A1 - Echtzeitschätzung der von einem lenkungsstellantrieb erreichbaren winkel-, geschwindigkeits- und beschleunigungskapazität

Info

Publication number: DE102021130555A1
Application number: DE102021130555.1A
Authority: DE
Inventors: Wen-Chiao Lin; Ibrahim A. Badiru; Alexander M. Allan; Bo Yu; Qi Zhang; Christopher C. Au
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-08-11
Also published as: US20220250673A1; CN114906209B; CN114906209A; US11827293B2

Abstract

Ein System umfasst einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor so konfigurieren, dass er eine Zahnstangenkraft für ein Lenksystem eines Fahrzeugs auf Grundlage aktueller Fahr- und Umgebungsbedingungen schätzt und einen Zustand eines Stellantriebs des Lenksystems des Fahrzeugs schätzt. Die Anweisungen konfigurieren den Prozessor so, dass er auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft und des geschätzten Zustands des Stellantriebs den maximal erreichbaren Winkel, die maximal erreichbare Geschwindigkeit und die maximal erreichbare Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems schätzt. Die Anweisungen konfigurieren den Prozessor so, dass er dem Lenksystem einen für das Fahrzeug geplanten Weg auf Grundlage des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems bereitstellt.

Description

EINLEITUNG
Dieser Abschnitt enthält Informationen, die dazu dienen, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Arbeiten der vorliegend genannten Erfinder, soweit sie in dieser Einleitung beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die möglicherweise zum Zeitpunkt der Anmeldung anderweitig nicht als Stand der Technik gelten, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität.
Die Society of Automotive Engineers (SAE) definiert sechs Stufen (Stufe 0-5) des autonomen Fahrens. In autonomen Fahrzeugen der SAE-Stufe 2-5 führen die Fahrsysteme eine Wegplanung durch, d.h. sie planen einen Weg, dem ein Fahrzeug folgen soll. Ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) in autonomen Fahrzeugen wird auf Grundlage der Wegplanung gesteuert. Zum Beispiel kann das autonome Fahrsystem eines ersten Fahrzeugs, das einem zweiten Fahrzeug folgt, einen Weg für das erste Fahrzeug planen, der es dem ersten Fahrzeug ermöglicht, das zweite Fahrzeug zu überholen. Das autonome Fahrsystem des ersten Fahrzeugs zeigt eine prognostizierte Wegmöglichkeit für das erste Fahrzeug an, die dann zur Steuerung des EPS-Systems des ersten Fahrzeugs verwendet wird, um den geplanten Überholvorgang durchzuführen. Wird der Weg jedoch überprognostiziert, kann der tatsächliche Weg des ersten Fahrzeugs dazu führen, dass das erste Fahrzeug mit dem zweiten Fahrzeug kollidiert. Umgekehrt kann, wenn der Weg unterprognostiziert wird, der geplante Weg des ersten Fahrzeugs zu konservativ sein und ein Manövrierproblem verursachen oder den Weg fälschlicherweise so einschränken, dass das erste Fahrzeug das zweite Fahrzeug nicht überholen kann, selbst wenn es dazu in der Lage ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System umfasst einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor so konfigurieren, dass er eine Zahnstangenkraft für ein Lenksystem eines Fahrzeugs auf Grundlage aktueller Fahr- und Umgebungsbedingungen schätzt und einen Zustand eines Stellantriebs des Lenksystems des Fahrzeugs schätzt. Die Anweisungen konfigurieren den Prozessor so, dass er auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft und des geschätzten Zustands des Stellantriebs den maximal erreichbaren Winkel, die maximal erreichbare Geschwindigkeit und die maximal erreichbare Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems schätzt. Die Anweisungen konfigurieren den Prozessor so, dass er dem Lenksystem einen für das Fahrzeug geplanten Weg auf Grundlage des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems bereitstellt.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er dem Lenksystem den Weg bereitstellt, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er bewirkt, dass das Lenksystem den Weg ausführt, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er, bevor er dem Lenksystem den Weg zur Verfügung stellt, den Weg so modifiziert, dass er einen Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung für den Stellantrieb in Übereinstimmung mit dem geschätzten maximal erreichbaren Winkel, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung bringt.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er die Zahnstangenkraft auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet, die zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wurden, und dass er die Genauigkeit der geschätzten Zahnstangenkraft überprüft, indem er die geschätzte Zahnstangenkraft mit der berechneten Zahnstangenkraft vergleicht.
Bei einem weiterem Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er auf Grundlage der Genauigkeit eine Anzeige zur Überprüfung eines oder mehrerer Sensoren bereitstellt.
Bei einem weiterem Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er auf Grundlage der Genauigkeit eine Anzeige zur Aktualisierung eines Modells bereitstellt, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er einen ersten Wert für die Zahnstangenkraft aus einer Nachschlagetabelle auf Grundlage der Fahr- und Umgebungsnennbedingungen erhält, einen Anpassungsfaktor aus einem Modell auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen erhält und die Zahnstangenkraft durch Multiplizieren des ersten Werts für die Zahnstangenkraft mit dem Anpassungsfaktor schätzt.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er einen ersten Satz von Zahnstangenkräften bei einem ersten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einem ersten Satz von Lenkdaten berechnet, einen zweiten Satz von Zahnstangenkräften für einen zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einen zweiten Satz von Lenkdaten durch Interpolieren des ersten Satzes von Zahnstangenkräften schätzt und die Nachschlagetabelle erzeugt, die den ersten und den zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten enthält.
Bei einem weiteren Merkmal konfigurieren die Anweisungen den Prozessor so, dass er das Modell so trainiert, dass es Zahnstangenkräfte bei unterschiedlichen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet und den Anpassungsfaktor erzeugt, indem es eine erste Zahnstangenkraft, die bei den aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet wurde, mit einer zweiten Zahnstangenkraft vergleicht, die bei Fahr- und Umgebungsnennbedingungen berechnet wurde.
Bei noch weiteren Merkmalen umfasst ein Verfahren das Schätzen einer Zahnstangenkraft für ein Lenksystem eines Fahrzeugs auf Grundlage aktueller Fahr- und Umgebungsbedingungen und das Schätzen eines Zustands eines Stellantriebs des Lenksystems des Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen des maximal erreichbaren Winkels, der maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der maximal erreichbaren Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft und des geschätzten Zustands des Stellantriebs. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen eines für das Fahrzeug geplanten Wegs für das Lenksystem auf Grundlage des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der maximal erreichbaren Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Bereitstellen des Wegs für das Lenksystem, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Ausführen des Wegs unter Verwendung des Lenksystems, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren, bevor der Weg dem Lenksystem bereitgestellt wird, ferner das Modifizieren des Wegs, um einen Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung für den Stellantrieb in Übereinstimmung mit dem geschätzten maximal erreichbaren Winkel, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung zu bringen.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Berechnen der Zahnstangenkraft auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen, die zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wurden, und das Überprüfen der Genauigkeit der geschätzten Zahnstangenkraft durch Vergleichen der geschätzten Zahnstangenkraft mit der berechneten Zahnstangenkraft.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Bereitstellen einer Anzeige auf Grundlage der Genauigkeit zur Überprüfung eines oder mehrerer Sensoren.
Bei einem weiterem Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Bereitstellen einer Anzeige auf Grundlage der Genauigkeit, um ein Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Erhalten eines ersten Werts für die Zahnstangenkraft aus einer Nachschlagetabelle auf Grundlage der Fahr- und Umgebungsnennbedingungen, das Erhalten eines Anpassungsfaktors aus einem Modell auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen und das Schätzen der Zahnstangenkraft durch Multiplizieren des ersten Werts für die Zahnstangenkraft mit dem Anpassungsfaktor.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Berechnen eines ersten Satzes von Zahnstangenkräften bei einem ersten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einem ersten Satz von Lenkdaten, das Schätzen eines zweiten Satzes von Zahnstangenkräften für einen zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einen zweiten Satz von Lenkdaten durch Interpolieren des ersten Satzes von Zahnstangenkräften und das Erzeugen der Nachschlagetabelle, die den ersten und den zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten enthält.
Bei einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Trainieren des Modells zur Berechnung von Zahnstangenkräften bei unterschiedlichen Fahr- und Umgebungsbedingungen und das Erzeugen des Anpassungsfaktors durch Vergleichen einer ersten Zahnstangenkraft, die bei den aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet wurde, mit einer zweiten Zahnstangenkraft, die bei Fahr- und Umgebungsnennbedingungen berechnet wurde.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt sind, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines Systems zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Echtzeitschätzung einer Zahnstangenkraft unter Verwendung einer Nachschlagetabelle und eines trainierten Modells gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erstellen der Nachschlagetabelle durch Berechnen einer Zahnstangenkraft unter normalen Fahrbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
5 ein Verfahren zum Trainieren des Modells zur Bereitstellung eines Anpassungsfaktors zeigt, der auf die unter normalen Bedingungen berechnete Zahnstangenkraft angewendet werden kann, um die Zahnstangenkraft gemäß der vorliegenden Offenbarung in Echtzeit zu schätzen,
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines maximal erreichbaren Lenkradwinkels (SWA) in Echtzeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen einer maximal erreichbaren Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA) in Echtzeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines maximal erreichbaren Lenkradgradienten (SWG) in Echtzeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen einer geplanten Wegtrajektorie in Echtzeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen der Genauigkeit der Schätzung der Zahnstangenkraft gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung sieht ein Verfahren zum Schätzen der Winkel-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungskapazität eines Lenkrads für ein autonomes Fahrsystem eines Fahrzeugs in Echtzeit vor. In der vorliegenden Offenbarung sind die Begriffe Zahnstangenkraft und Drehmoment durch Bezugnahme auf ein auf einem Zahnstangengetriebe basierendes Lenksystem und unter Verwendung eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) verwendet, das mit dem auf einem Zahnstangengetriebe basierenden Lenksystem verwendet wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind das auf einem Zahnstangengetriebe basierende Lenksystem und das EPS-System nur als veranschaulichende Beispiele verwendet. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung sind auch auf andere Arten von Lenksystemen und Lenkungssteuerungssystemen anwendbar. Die Lehren können beispielsweise auf ein Lenksystem angewendet werden, das zwei unabhängige Lenkungsstellantriebe umfasst, die jeweils zum Antrieb der beiden Vorder- (oder Hinter-)räder verwendet werden, ohne dass dazwischen eine Zahnstange angebracht ist. Anders als bei einem Drehmotor, der bei dem auf einem Zahnstangengetriebe basierenden Lenksystem verwendet wird, kann es sich bei den unabhängigen Lenkungsstellantrieben um Linearstellantriebe handeln. Dementsprechend kann der Begriff Drehmoment, der unter Bezugnahme auf den Motor in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, durch den Begriff Kraft ersetzt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet eine modellierte, zustandsbasierte Schätzung der Lenkmotorkapazität und der Lenkungszahnstangenkraft unter einer Vielzahl von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Der maximale Lenkradwinkel, die maximale Geschwindigkeit und die maximale Beschleunigung, die ein Lenksystem bereitstellen kann, hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, den Umgebungsbedingungen und dem Zustand des Lenkmotors. Derzeit berücksichtigt die Wegplanung in autonomen Fahrzeugen nicht die aktuellen Fahrbedingungen des Fahrzeugs, wie Temperatur, Fahrzeugbeladung, Reifendruck usw. Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung erhält Echtzeitrückmeldungen über die aktuellen Fahrbedingungen des Fahrzeugs, so dass das autonome Fahrsystem den geplanten Weg optimieren und überarbeiten kann, um ihn in Echtzeit an die Lenksystemkapazität anzupassen.
Wie im Folgenden im Detail erläutert, berücksichtigt das Verfahren diese Echtzeitparameter, um die Winkel-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungskapazität des Lenkrads zu berechnen, anstatt ein konservatives/physikalisches Modell zu verwenden. Daher kann das Verfahren die Genauigkeit der Wegplanungstrajektorie erhöhen und Fehler reduzieren. Das Verfahren verwendet ein trainiertes Modell, wie z.B. ein neuronales Netz und eine Nachschlagetabelle, um externe Faktoren in der Betriebsumgebung des Fahrzeugs zu berücksichtigen, wie z.B. Umgebungstemperatur, Reifendruck, Fahrzeugmasse, Oberflächenreibungskoeffizient usw.
Insbesondere schätzt das Verfahren die Kapazität für den Lenkradwinkel (SWA), den Lenkradwinkelgradienten (SWG) und die Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA) in Echtzeit, indem es die zustandsbasierte Drehmomentkapazität des Lenkmotors und die Schätzungen der Zahnstangenkraft berücksichtigt. Das Verfahren verwendet die berechneten Ergebnisse, um den geplanten Weg/die geplante Trajektorie zu überprüfen oder zu überarbeiten. Das Verfahren integriert datengesteuerte Modelle (z.B. eine Nachschlagetabelle und/oder ein neuronales Netz), um die Zahnstangenkraft unter Berücksichtigung verschiedener Fahrzeugbedingungen in Echtzeit zu schätzen. Das Verfahren prüft außerdem die Genauigkeit der geschätzten Zahnstangenkraft und gibt Warnmeldungen aus, wenn die Genauigkeit nachzulassen beginnt.
Der Stand der Technik berücksichtigt nicht die Echtzeitfahrzeugbedingungen, um die erreichbare Lenkradwinkel-, Lenkradwinkelgradienten- und Lenkradwinkelbeschleunigungskapazität zu erzeugen. Der Stand der Technik berücksichtigt auch nicht die Drehmomentkapazität des Lenkmotors (oder die Kraft eines Linearstellantriebs), um den erreichbaren Lenkradwinkel, den erreichbaren Lenkradwinkelgradienten und die erreichbare Lenkradwinkelbeschleunigung zu erzeugen, damit Wegplantrajektorien überprüft und geplant werden können. Im Gegensatz dazu verbessert das Verfahren der vorliegenden Offenbarung durch Berücksichtigung dieser Faktoren den technischen Bereich des autonomen Fahrens im Allgemeinen und den technischen Bereich der Wegplanung und Wegausführung durch Lenksysteme in autonomen Fahrzeugen im Besonderen. Diese und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden näher beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung ist wie folgt gegliedert. Ein System zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1 gezeigt und beschrieben. Ein Verfahren zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 2 gezeigt und beschrieben. Anschließend werden verschiedene spezifische Merkmale des Verfahrens unter Bezugnahme auf 3-9 gezeigt und beschrieben.
Beispielsweise wird ein Verfahren zur Schätzung einer Zahnstangenkraft in Echtzeit unter Verwendung einer Nachschlagetabelle und eines trainierten Modells unter Bezugnahme auf 3 gezeigt und beschrieben. Ein Verfahren zum Erstellen der Nachschlagetabelle durch Berechnung einer Zahnstangenkraft unter normalen Fahrbedingungen wird unter Bezugnahme auf 4 gezeigt und beschrieben. Ein Verfahren zum Trainieren eines Modells (z.B. eines neuronalen Netzes) zur Bereitstellung eines Anpassungsfaktors, der auf die unter normalen Bedingungen berechnete Zahnstangenkraft angewendet werden kann, um die Zahnstangenkraft in Echtzeit zu schätzen, wird unter Bezugnahme auf 5 gezeigt und beschrieben.
Anschließend werden Verfahren zum Berechnen des maximal erreichbaren Lenkradwinkels, der maximal erreichbaren Lenkradwinkelbeschleunigung und des maximal erreichbaren Lenkradwinkelgradienten unter Bezugnahme auf 6-8 gezeigt und beschrieben. Danach wird ein Verfahren zum Überprüfen eines geplanten Wegs/einer geplanten Trajektorie in Echtzeit unter Bezugnahme auf 9 gezeigt und beschrieben. Schließlich wird ein Verfahren zum Überprüfen der Genauigkeit der Schätzung der Zahnstangenkraft unter Bezugnahme auf 10 gezeigt und beschrieben.
1 zeigt ein System 100 zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 ist in einem autonomen Fahrzeug oder einem Fahrzeug mit SAE-Stufe 2-5 implementiert und umfasst ein Fahrzeugsteuergerät 102 und ein Lenksystem 104. Bei einigen Beispielen sind das Fahrzeugsteuergerät 102 und das Lenksystem 104 Teil eines Fahrsteuerungssystems (z.B. eines autonomen Fahrsystems) des Fahrzeugs. Bei einigen Beispielen kann das Fahrzeugsteuergerät 102 wenigstens teilweise in einer Cloud implementiert sein und mit dem Lenksystem 104 im Fahrzeug über ein verteiltes Kommunikationssystem, wie das Internet, ein Mobilfunknetz usw., kommunizieren.
Das Fahrzeugsteuergerät 102 umfasst ein Wegplanungsmodul 110, eine Zahnstangenkraftschätzvorrichtung 112 und eine Motorzustandsschätzvorrichtung 114. Bei einigen Beispielen kann die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 stattdessen im Lenksystem 104 integriert sein, wie im Folgenden erläutert. Das System 100 umfasst ferner eine Vielzahl von Sensoren für autonomes Fahren (im Folgenden die ersten Sensoren) 120 und eine Vielzahl von Fahrzeugsensoren (im Folgenden die zweiten Sensoren) 122. Das Fahrzeugsteuergerät 102 empfängt Daten von den ersten und zweiten Sensoren 120, 122.
Die ersten Sensoren 120 können beispielsweise Radar, Lidar, einen Laserscanner, eine oder mehrere Kameras, einen GPS-Empfänger (Global Positioning System), ein inertiales Navigationssystem (INS), eine inertiale Messeinheit (IMU) usw. umfassen. Die zweiten Sensoren 122 können eine Vielzahl von Fahrzeug- und Umgebungsparametern erfassen. Die zweiten Sensoren 122 können beispielsweise Aufhängungssensoren, Reifendrucksensoren, Achslastsensoren, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren, Umgebungstemperatursensoren, Bodenhaftungssensoren usw. umfassen.
Das Lenksystem 104 enthält ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) und umfasst einen Motor 130 und ein Motorsteuergerät 132. Dementsprechend kann das Lenksystem 104 auch als EPS-System 104 bezeichnet werden. Der Motor 130 ist an einer Welle 140 eines Lenkrads 142 befestigt. Die Welle 140 des Lenkrads 142 ist über ein Ritzel an einem distalen Ende der Welle 140 mit einer Zahnstange verbunden. Bei einigen Beispielen kann der Motor 130 auch direkt an der Zahnstange befestigt sein. Das Zahnstangengetriebe ist ein universelles Bestandteil von Lenksystemen und ist daher der Kürze halber weder gezeigt noch beschrieben.
Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann das Lenksystem 104 bei einigen Beispielen zwei unabhängige Lenkungsstellantriebe umfassen, die jeweils zum Antrieb der beiden Vorder- (oder Hinter-)räder verwendet werden, ohne dass dazwischen eine Zahnstange angeordnet ist. Anstelle des Motors 130, der bei dem auf einem Zahnstangengetriebe basierenden Lenksystem verwendet wird, können die unabhängigen Lenkungsstellantriebe auch Linearstellantriebe sein, die von dem Motorsteuergerät 132 gesteuert und betätigt werden.
Das Wegplanungsmodul 110 plant den Weg, dem das Lenksystem 104 folgen soll, auf Grundlage der Eingaben von den ersten Sensoren 120. Das Motorsteuergerät 132 empfängt den geplanten Weg vom Wegplanungsmodul 110. Das Motorsteuergerät 132 steuert den Motor 130, der die Welle 140 des Lenkrads 142 entsprechend dem vom Wegplanungsmodul 110 empfangenen geplanten Weg antreibt. Bei einigen Beispielen kann die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 in dem Motorsteuergerät 132 statt in dem Fahrzeugsteuergerät 102 enthalten sein.
Die Zahnstangenkraftschätzvorrichtung 112 schätzt die Zahnstangenkraft, bei der es sich um eine Nettokraft handelt, die durch die Reifenbewegungen auf einer Lenkungszahnstange des Fahrzeugs erzeugt wird. Die Zahnstangenkraft wird auf Grundlage verschiedener Faktoren, wie z.B. dem Winkel zwischen Reifen und Straße, dem Oberflächenprofil der Straße und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ermittelt. Die Zahnstangenkraftschätzvorrichtung 112 schätzt die Zahnstangenkraft, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 3-5 beschrieben. Die Zahnstangenkraftschätzvorrichtung 112 stellt dem Wegplanungsmodul 110 die Schätzungen der Zahnstangenkraft in Echtzeit bereit.
Die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 schätzt den Zustand des Motors 130 auf Grundlage der von dem Motorsteuergerät 132 erfassten Daten. Beispielsweise kann sich die Drehmomentkapazität des Motors 130 im Laufe der Zeit ändern. Ferner variiert die Drehmomentkapazität des Motors 130 mit der Temperatur. Die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 schätzt den Zustand des Motors 130, indem sie eine Verschiebung in den Motorkapazitätsdaten (z.B. eine Motorkapazitätskurve) überwacht, die von einem Motorhersteller bereitgestellt werden. Die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 stellt dem Wegplanungsmodul 110 die Schätzung des Zustands des Motors 130 in Echtzeit zur Verfügung. Die Zustandsschätzung erfolgt in Form einer Drehmomentkapazitätskurve des Motors 130. Beispielsweise gibt die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 ein Diagramm aus, das in 6 gezeigt ist und die Zahnstangenkraftkapazität des Motors 130 in Form der Drehmomentkapazität des Motors (Ausgabe) als Funktion des Lenkradwinkelgradienten (Eingabe) zeigt.
Das Wegplanungsmodul 110 plant den Weg auf Grundlage der von der Zahnstangenkraftschätzvorrichtung 112 empfangenen Zahnstangenkraftschätzung und der von der Motorzustandsschätzvorrichtung 114 empfangenen Schätzung des Zustands des Motors 130, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 im Detail erläutert. Beispielsweise prüft das Wegplanungsmodul 110 in Echtzeit, ob der geplante Weg innerhalb der Bedingungen liegt, die auf Grundlage der Schätzung der Zahnstangenkraft und des Motorzustands erzeugt wurden. Die Überprüfung verhindert, dass der geplante Weg über- oder unterprognostiziert wird.
Das Wegplanungsmodul 110 stellt dem Motorsteuergerät 132 den geplanten Weg zur Ausführung bereit, wenn der geplante Weg innerhalb der Bedingungen liegt. Das Wegplanungsmodul 110 kann außerdem den geplanten Weg in Echtzeit auf Grundlage der Schätzung der Zahnstangenkraft und des Motorzustands überarbeiten (z.B. anpassen oder feinabstimmen). Das Wegplanungsmodul 110 kann außerdem die Schätzung der Zahnstangenkraft und des Motorzustands für die Planung künftiger Wege und Trajektorien des Fahrzeugs verwenden.
Das Wegplanungsmodul 110 schätzt die Kapazität für den maximal erreichbaren Lenkradwinkel (SWA), den Lenkradwinkelgradienten (SWG) und die Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA) des Lenksystems 104 in Echtzeit auf Grundlage der Schätzung der Zahnstangenkraft und des Motorzustands. Das Motorsteuergerät 132 führt den vom Wegplanungsmodul 110 geplanten Weg aus, und der Motor 130 steuert das Lenkrad 142 entsprechend dem von dem Motorsteuergerät 132 ausgeführten geplanten Weg. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, koordinieren sich darüber hinaus viele andere Teilsysteme des Fahrzeugs 106 mit dem Lenksystem 104, um den geplanten Weg auszuführen. Nicht einschränkende Beispiele für die Teilsysteme sind das Bremsteilsystem, das Antriebsteilsystem usw.
Die Funktionsweise des Systems 100 wird nun unter Bezugnahme auf 2-10 näher beschrieben. Im Folgenden werden verschiedene Verfahren unter Bezugnahme auf 2-10 beschrieben. In der gesamten nachfolgenden Offenbarung kennzeichnet der Begriff „Steuerung“ je nach beschriebener Funktionalität das Fahrzeugsteuergerät 102 und/oder das Motorsteuergerät 132 oder mehrere davon. Bei einigen Beispielen können das Fahrzeugsteuergerät 102 und das Motorsteuergerät 132 mit einem einzigen Steuergerät realisiert werden.
2 zeigt ein Verfahren 200 zur Echtzeitschätzung der von einem Lenkungsstellantrieb erreichbaren Winkel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise wird das Verfahren 200 teilweise von dem Fahrzeugsteuergerät 102 und teilweise von dem Motorsteuergerät 132 durchgeführt. Das Verfahren 200 kann in einem vorgegebenen kalibrierten Zeitraum wiederholt werden, um den Weg/die Trajektorie in einem unmittelbaren Zeithorizont zu überprüfen und/oder zu planen. Das Verfahren 200 kann auch dazu verwendet werden, einen relativ längerfristig geplanten Weg bzw. eine relativ längerfristig geplante Trajektorie anhand seines Profils zu überprüfen und den längerfristig geplanten Weg bzw. die längerfristig geplante Trajektorie bei Bedarf zu überarbeiten (d.h. zu ändern oder anzupassen).
Bei 202 erfasst oder empfängt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) die Fahrbedingungen (z.B. Fahrzeug- und Umgebungsparameter) und die EPS-Zustandsbedingungen (z.B. Zahnstangen- und Motorparameter). Beispielsweise können die EPS-Zustandsbedingungen den Zustand des gesamten EPS-Systems anzeigen (d.h. des gesamten Lenksystems 104, das bei einigen Beispielen auch die Motorzustandsschätzvorrichtung 114 umfassen kann, wie oben beschrieben). Die Fahrzeug- und Umgebungsparameter können beispielsweise Daten umfassen, die von den zweiten Sensoren 122 empfangen werden. Die von den zweiten Sensoren 122 empfangenen Daten können beispielsweise Reifendruck, Umgebungstemperatur, Vorderachslast, Straßenoberfiächen-µ (Reibungskoeffizient) usw. umfassen (sind aber nicht darauf beschränkt). Die Zahnstangen- und Motorparameter können z.B. Daten umfassen, die von dem Motorsteuergerät 132 empfangen werden. Die von dem Motorsteuergerät 132 empfangenen Daten können z.B. die innere Reibung der Zahnstange, den Zustand (z.B. die Drehmomentkapazität) des Motors 130, die Versorgungsspannung des Motorsteuergeräts 132 und des Motors 130 usw. umfassen (sind aber nicht darauf beschränkt).
Bei 204 schätzt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) auf Grundlage der empfangenen Daten die Zahnstangenkraft- und zustandsbasierte Motorkapazität 130. Die Schätzung der Zahnstangenkraft wird unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben. Die auf dem Zustand basierende Schätzung der Motorkapazität umfasst zum Beispiel die Schätzung einer Verschiebung oder Abweichung der Drehmomentkapazität des Motors.
Bei 206 berechnet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft- und Motorkapazität den maximal erreichbaren Lenkradwinkel (SWA), den maximal erreichbaren Lenkradwinkelgradienten (SWG) und die maximal erreichbare Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA). Diese Berechnungen werden unter Bezugnahme auf 6-8 näher beschrieben.
Bei 208 ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102), ob einer der berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung inkonsistent ist, wie unter Bezugnahme auf 6-8 im Detail beschrieben. Werden keine Inkonsistenzen in den Berechnungen festgestellt, prüft die Steuerung bei 210, ob der geplante Weg/die geplanten Trajektorien (geplant auf Grundlage der Eingaben von den ersten Sensoren 120) innerhalb der Bedingungen liegen, die durch die berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung festgelegt sind.
Bei 212 führt die Steuerung (z.B. das Motorsteuergerät 132) den geplanten Weg/die geplanten Trajektorien aus, wenn der geplante Weg/die geplanten Trajektorien innerhalb der durch die berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung festgelegten Bedingungen liegen. Liegen der geplante Weg/die geplanten Trajektorien innerhalb der Bedingungen, verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 214 die Bedingungen, um einen zukünftigen Weg/zukünftige Trajektorien für das Fahrzeug zu planen. Die Steuerung kehrt zu 202 zurück.
Liegen der geplante Weg/die geplanten Trajektorien nicht innerhalb der durch die berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung gesetzten Bedingungen, ermittelt die Steuerung (z.B. das Motorsteuergerät 132) bei 215, ob der geplante Weg/die geplanten Trajektorien überarbeitet werden sollen. Entscheidet die Steuerung, den geplanten Weg/die geplanten Trajektorien nicht zu überarbeiten, endet die Steuerung bei 216 und sendet eine Warnung an den Benutzer, wie im Folgenden erläutert. Entscheidet die Steuerung jedoch, den geplanten Weg/die geplanten Trajektorien zu überarbeiten, überarbeitet die Steuerung bei 218 den geplanten Weg/die geplanten Trajektorien, und die Steuerung kehrt zu 202 zurück.
Ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 208, dass einer der berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung inkonsistent ist, wie dies im Detail unter Bezugnahme auf 6-8 beschrieben ist, dann endet die Steuerung bei 216 und sendet eine Warnung an den Benutzer. Die Warnung kann zum Beispiel dazu dienen, zu überprüfen, ob die zweiten Sensoren 122 ordnungsgemäß arbeiten, ob die Drehmomentkurve des Motors 130 korrekt ist, oder um das Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird (wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 erläutert).
3 zeigt ein Verfahren 300 zum Schätzen der Zahnstangenkraft in Echtzeit unter Verwendung einer Nachschlagetabelle und eines trainierten Modells (z.B. eines neuronalen Netzes) gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 300 wird zum Beispiel vom Fahrzeugsteuergerät 102 durchgeführt. Obwohl ein datengesteuerter Ansatz zum Schätzen der Zahnstangenkraft beschrieben ist, können auch andere Ansätze verwendet werden, die physikalische Modelle und datenbasierte Modelle kombinieren.
Bei 302 verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) eine offline erstellte Nachschlagetabelle (im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 erläutert), um die Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen zu erhalten. Zum Beispiel verwendet die Steuerung die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, den aktuellen Lenkradwinkel und den aktuellen Lenkradwinkelgradienten, um die Zahnstangenkraft in der Nachschlagetabelle zu ermitteln. Zum Beispiel empfängt die Steuerung die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit von einem der zweiten Sensoren 122 und den aktuellen Lenkradwinkel und den aktuellen Lenkradwinkelgradienten vom Motorsteuergerät 132.
Bei 304 verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) ein trainiertes Modell, wie z.B. ein neuronales Netz (im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 erläutert), um einen Anpassungsfaktor zu erhalten, mit dem der Wert der Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen an die aktuell vorliegenden spezifischen Fahrbedingungen angepasst oder angeglichen wird. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 im Detail erläutert, kann das Modell so trainiert werden, dass es den Anpassungsfaktor auf Grundlage einer Vielzahl von Faktoren bereitstellt. Die Faktoren können beispielsweise Parameter umfassen, die mit den Fahrbedingungen zusammenhängen, wie z.B. u.a. Reifendruck, Umgebungstemperatur, Vorderachslast, Straßenoberfiächen-µ (Reibungskoeffizient), die von den zweiten Sensoren 122 empfangen werden. Zusätzlich können die Faktoren die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem der zweiten Sensoren 122 empfangen wird, und den aktuellen Lenkradwinkel und den aktuellen Lenkradwinkelgradienten, die von dem Motorsteuergerät 132 empfangen werden, umfassen.
Bei 306 wendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den Anpassungsfaktor auf den Wert der Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen an, um die Zahnstangenkraft unter den aktuell vorliegenden spezifischen Fahrbedingungen zu schätzen. Auf diese Schätzung der Zahnstangenkraft bezieht sich 204 in 2, und diese geschätzte Zahnstangenkraft wird bei 206 in 2 verwendet.
4 zeigt ein Verfahren zum Erstellen der Nachschlagetabelle, auf die sich 302 in 3 bezieht. Das Verfahren erstellt die Nachschlagetabelle durch Messen einer Zahnstangenkraft bei Probefahrten mit einem Fahrzeug und Durchführen verschiedener Lenkmanöver bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unter normalen Fahrbedingungen. Beispielsweise misst das Verfahren einen ersten Satz von Zahnstangenkräften bei einem ersten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einem ersten Satz von Lenkdaten (d.h. Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerte). Das Verfahren schätzt einen zweiten Satz von Zahnstangenkräften für einen zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einen zweiten Satz von Lenkdaten (d.h. Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerten) durch Interpolieren des ersten Satzes von Zahnstangenkräften. Das Verfahren erzeugt die Nachschlagetabelle mit dem ersten und dem zweiten Satz von Zahnstangenkräften, die für den ersten und den zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und den ersten und den zweiten Satz von Lenkdaten (d.h. Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerten) erzeugt wurden.
Im Gebrauch (d.h. zur Laufzeit, auf die sich 302 in 3 bezieht) kann die Nachschlagetabelle die Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen auf Grundlage der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und der aktuellen Lenkdaten (d.h. der aktuellen Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerte) in Echtzeit bereitstellen. Das Verfahren wird zum Beispiel vom Fahrzeugsteuergerät 102 durchgeführt.
Bei 320 findet eine Probefahrt mit dem Fahrzeug unter Fahrnennbedingungen statt, und es werden verschiedene Lenkmanöver bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten durchgeführt. Bei 322 berechnet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) die Zahnstangenkraft bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten, während das Fahrzeug mit unterschiedlichen Lenkradwinkeln und Lenkradwinkelgradienten gelenkt wird. Zum Beispiel empfängt die Steuerung die Fahrzeuggeschwindigkeit von einem der zweiten Sensoren 122 und den aktuellen Lenkradwinkel und den aktuellen Lenkradwinkelgradienten vom Motorsteuergerät 132.
Bei 324 interpoliert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) die Zahnstangenkraftdaten und berechnet die Zahnstangenkraft bei verschiedenen zusätzlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten und verschiedenen anderen Lenkdaten (d.h. Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerte), die während der Probefahrt nicht erreicht werden, aber im tatsächlichen Betrieb (d.h. unter tatsächlichen Fahrbedingungen) auftreten können. Bei 326 erstellt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) eine Nachschlagetabelle mit der Zahnstangenkraft für verschiedene Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradientenwerte bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten unter Fahrnennbedingungen. Im Gebrauch (d.h. zur Laufzeit, auf die sich 302 in 3 bezieht) werden die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die aktuellen Werte der Lenkdaten (z.B. Lenkradwinkel- und Lenkradwinkelgradient) in die Nachschlagetabelle eingegeben. Die Nachschlagetabelle gibt einen entsprechenden Wert für die Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen aus.
5 zeigt ein Verfahren zum Trainieren eines Modells, wie z.B. eines neuronalen Netzes, um einen Anpassungsfaktor gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Der Anpassungsfaktor kann auf die unter normalen Bedingungen berechnete Zahnstangenkraft angewendet werden, um die Zahnstangenkraft unter den vorliegenden spezifischen Fahrbedingungen in Echtzeit zu schätzen. Das Modell kann ein neuronales Netz, ein maschinelles Lernmodell, eine Nachschlagetabelle, ein physikalisches Modell oder ein anderes Modell umfassen. Das Modell wird so trainiert, dass es lernt, wie sich die Zahnstangenkraft ändert, wenn die Fahrbedingungen von den Fahrnennbedingungen abweichen.
Im Gebrauch (d.h. zur Laufzeit, auf die sich 304 in 3 bezieht) kann das trainierte Modell Daten über die aktuellen spezifischen Fahrbedingungen des Fahrzeugs empfangen und einen Multiplikator (d.h. einen Anpassungsfaktor) für die aktuellen spezifischen Fahrbedingungen bereitstellen. Die Daten können beispielsweise Reifendruck, Umgebungstemperatur, Vorderachslast, Straßenoberflächen-µ (Reibungskoeffizient) usw. umfassen, die von den zweiten Sensoren 122 empfangen werden. Zusätzlich können die Daten die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem der zweiten Sensoren 122 empfangen wird, und den aktuellen Lenkradwinkel und den aktuellen Lenkradwinkelgradienten, die von dem Motorsteuergerät 132 empfangen werden, umfassen. Der Multiplikator kann verwendet werden (z.B. bei 306 in 3), um die Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen (z.B. aus der Nachschlagetabelle bei 302 erhalten) anzupassen und die Zahnstangenkraft unter den aktuellen spezifischen Fahrbedingungen des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Verfahren wird zum Beispiel vom Fahrzeugsteuergerät 102 durchgeführt.
Bei 340 beobachtet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102), wie sich die Zahnstangenkraft ändert, wenn die Fahrnennbedingungen variieren. Zum Beispiel beobachtet die Steuerung, wie sich die Zahnstangenkraft durch verschiedene Faktoren verändert, die die Zahnstangenkraft im Gebrauch verändern können. Die Faktoren können beispielsweise die Vorderachslast, die Umgebungstemperatur usw. umfassen (sind aber nicht darauf beschränkt).
Bei 342 trainiert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) ein Modell, um eine stationäre Zahnstangenkraft für verschiedene Fahrbedingungen (z.B. für verschiedene Fahr- und Umgebungsparameter) bei verschiedenen Lenkradwinkeln und Lenkradwinkelgradienten zu berechnen. Die Fahr- und Umgebungsparameter können beispielsweise Reifendruck, Umgebungstemperatur, Vorderachslast, Straßenoberfiächen-µ (Reibungskoeffizient) usw. umfassen (sind aber nicht darauf beschränkt).
Bei 344 trainiert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) das Modell, um einen Anpassungsfaktor (z.B. einen Multiplikator) zu berechnen, indem sie die unter aktuellen Fahrbedingungen berechnete stationäre Zahnstangenkraft mit der stationären Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen vergleicht. Im Gebrauch (z.B. bei 306 in 3) werden die aktuellen Fahr- und Umgebungsparameter sowie die aktuellen Werte der Lenkdaten (z.B. Lenkradwinkel und Lenkradwinkelgradient) in das trainierte Modell eingegeben. Das trainierte Modell gibt einen entsprechenden Anpassungsfaktor aus, der verwendet werden kann, um die Zahnstangenkraft unter Fahrnennbedingungen (z.B. aus der Nachschlagetabelle bei 302 erhalten) zu multiplizieren, damit der Wert der Zahnstangenkraft unter den aktuellen spezifischen Fahrbedingungen bereitgestellt werden kann. Der so ermittelte Wert der Zahnstangenkraft unter den aktuellen spezifischen Fahrbedingungen wird dann als geschätzte Zahnstangenkraft bei 206 verwendet.
6-8 zeigen und beschreiben jeweils Verfahren zum Berechnen des maximal erreichbaren Lenkradwinkels (SWA), des maximal erreichbaren Lenkradwinkelgradienten (SWG) und der maximal erreichbaren Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA) in Echtzeit auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft- und zustandsbasierten Motorkapazität. Diese Figuren zeigen und beschreiben außerdem das Ermitteln, ob einer der berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung inkonsistent ist (d.h. nicht mit den entsprechenden Anforderungen des geplanten Wegs vereinbar ist, die aktuelle Werte für Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung umfassen). Die maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung werden berechnet, um die Manövrierfähigkeit zu ermitteln, die dem Fahrzeugsteuergerät 102 bei der Wegplanung zur Verfügung steht. Das heißt, dass das Fahrzeugsteuergerät 102 auf Grundlage der berechneten maximal erreichbaren Faktoren Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgradient und Lenkradwinkelbeschleunigung ermitteln kann, ob ein geplanter Weg von dem Lenksystem 104 ausgeführt werden kann.
6 zeigt ein Verfahren 400 zum Berechnen eines maximal erreichbaren Lenkradwinkels (SWA) in Echtzeit auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft- und zustandsbasierten Motorkapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise führt das Fahrzeugsteuergerät 102 das Verfahren 400 durch.
6 zeigt außerdem ein Diagramm, in dem die Zahnstangenkraft auf der Y-Achse 390 gegen die Ritzelgeschwindigkeit oder den Lenkradwinkelgradienten auf der X-Achse 392 aufgetragen ist. Das Diagramm, das von der Motorzustandsschätzvorrichtung 114 ausgegeben wird, zeigt die Zahnstangenkraftkapazität des Motors 130 in Form der Drehmomentkapazität des Motors (Ausgabe) als Funktion des Lenkradwinkelgradienten (Eingabe). Das Diagramm zeigt zum Beispiel eine Verschiebung der Zahnstangenkraftkapazität auf Grundlage der Temperatur. Andere Faktoren, wie z.B. die Alterung (Schwächung des Magnetfelds) des Motors 130, können ebenfalls eine Verschiebung der Zahnstangenkraftkapazität bewirken. Das Diagramm zeigt eine erste Kurve 394 mit gepunkteten Linien, die die Veränderung der Zahnstangenkraft im Verhältnis zum Lenkradwinkelgradienten bei einer relativ niedrigen Temperatur zeigt. Das Diagramm zeigt eine zweite Kurve 396 mit durchgezogenen Linien, die die Veränderung der Zahnstangenkraft im Verhältnis zum Lenkradwinkelgradienten bei einer relativ hohen Temperatur zeigt.
Auf dieses Diagramm wird in der folgenden Beschreibung von 6-8 Bezug genommen.
Bei 402 verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den aktuellen Lenkradwinkelgradienten, um die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems aus dem Diagramm zu ermitteln. Bei 404 setzt die Steuerung einen Zählerstand n auf Null (d.h. n = 0) und setzt den Lenkradwinkel (SWA) auf den aktuellen Lenkradwinkel (d.h. SWA = aktueller SWA). Um den maximal erreichbaren Lenkradwinkel zu berechnen (um zu ermitteln, ob zum Zwecke einer größeren Manövrierfähigkeit ein größerer Lenkradwinkel erreicht werden kann), inkrementiert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den Lenkradwinkel wie folgt, bis die Zahnstangenkraft größer oder gleich der Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems ist.
Bei 406 inkrementiert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den Zählerstand n um 1 (d.h. n = n+1). Die Steuerung berechnet die Zahnstangenkraft anhand von Fahrbedingungen, Lenkradwinkelgradient, Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkradwinkelwert. Bei 408 ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102), ob die Zahnstangenkraft größer oder gleich der Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems aus dem Diagramm ist. Ist die Zahnstangenkraft geringer als die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems, zeichnet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 410 den Lenkradwinkel auf (d.h. speichert ihn). Bei 412 inkrementiert die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den Lenkradwinkel um einen vorgegebenen kleinen Wert Δ (z.B. SWA = SWA+Δ), und die Steuerung kehrt zu 406 zurück. Die Steuerung wiederholt die Schleife 406, 408, 410, 412, bis die Zahnstangenkraft größer oder gleich der Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems ist (d.h. dieser entspricht).
Ist die Zahnstangenkraft größer oder gleich der Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems, prüft die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 414, ob n = 1 ist. Ist n ungleich 1, ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 416, dass der maximal erreichbare Lenkradwinkel der zuletzt aufgezeichnete Lenkradwinkel ist, und die Steuerung endet. Ist n = 1, was bedeutet, dass die berechnete Zahnstangenkraft den aktuellen Lenkradwinkel nicht aufrechterhalten kann (was eine Inkonsistenz darstellt), sendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 418 eine Warnung an den Benutzer. Die Warnung kann zum Beispiel dazu dienen, zu überprüfen, ob die zweiten Sensoren 122 ordnungsgemäß arbeiten, ob die Drehmomentkurve des Motors 130 korrekt ist, oder um das Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert), und die Steuerung endet.
7 zeigt ein Verfahren 440 zum Berechnen einer maximal erreichbaren Lenkradwinkelbeschleunigung (SWAA) in Echtzeit auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft- und zustandsbasierten Motorkapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise führt das Fahrzeugsteuergerät 102 das Verfahren 440 durch.
Bei 442 verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) den aktuellen Lenkradwinkelgradienten, um die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems aus dem in 6 gezeigten Diagramm zu ermitteln. Um die maximal erreichbare Lenkradwinkelbeschleunigung zu berechnen, ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 444, ob die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems aus dem Diagramm größer oder gleich der aktuellen Zahnstangenkraft ist. Ist die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems größer oder gleich der aktuellen Zahnstangenkraft, berechnet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 446 eine Differenz zwischen der Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems und der aktuellen Zahnstangenkraft. Die Steuerung dividiert die Differenz durch die Trägheit des Lenksystems 104, um die maximal erreichbare Lenkradwinkelbeschleunigung zu ermitteln, und die Steuerung endet.
Ist die Zahnstangenkraftkapazität des EPS-Systems geringer als die aktuelle Zahnstangenkraft, erkennt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 448 die Abweichung und sendet eine Warnung an den Benutzer. Die Warnung kann zum Beispiel dazu dienen, zu überprüfen, ob die zweiten Sensoren 122 ordnungsgemäß arbeiten, ob die Drehmomentkurve des Motors 130 korrekt ist, oder um das Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert), und die Steuerung endet.
8 zeigt ein Verfahren 480 zum Berechnen eines maximal erreichbaren Lenkradgradienten (SWG) in Echtzeit auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft- und zustandsbasierten Motorkapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise führt das Fahrzeugsteuergerät 102 das Verfahren 480 durch.
Da die Zahnstangenkraftkapazität eine Funktion des Lenkradwinkelgradienten ist, verwendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 482 die aktuelle Zahnstangenkraft, um den Lenkradwinkelgradienten aus der Motorkapazitätskurve zu ermitteln (siehe Beispiel für einen in 6 gezeigten Schnittpunkt). Um den maximal erreichbaren Lenkradwinkelgradienten zu berechnen, ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 484, ob der aktuelle Lenkradwinkelgradient größer ist als der ermittelte Lenkradwinkelgradient. Ist der aktuelle Lenkradwinkelgradient kleiner oder gleich dem ermittelten Lenkradwinkelgradienten, ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 486, dass der ermittelte Lenkradwinkelgradient der maximal erreichbare Lenkradwinkelgradient ist, und die Steuerung endet.
Ist der aktuelle Lenkradwinkelgradient größer als der ermittelte Lenkradwinkelgradient, erkennt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 488 die Abweichung und sendet eine Warnung an den Benutzer. Die Warnung kann zum Beispiel dazu dienen, zu überprüfen, ob die zweiten Sensoren 122 ordnungsgemäß arbeiten, ob die Drehmomentkurve des Motors 130 korrekt ist, oder um das Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert), und die Steuerung endet.
9 zeigt ein Verfahren 500 zum Überprüfen (d.h. Überprüfen der Durchführbarkeit) einer geplanten Wegtrajektorie in Echtzeit gemäß der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel führen das Fahrzeugsteuergerät 102 und das Motorsteuergerät 132 das Verfahren 500 durch. Bei 502 ermittelt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102), ob der geplante Weg die Bedingungen erfüllt (d.h. ob der Lenkradwinkel, der Lenkradwinkelgradient und die Lenkradwinkelbeschleunigung für den geplanten Weg kleiner oder gleich dem berechneten maximal erreichbaren Lenkradwinkel, dem berechneten maximal erreichbaren Lenkradwinkelgradienten und der berechneten maximal erreichbaren Lenkradwinkelbeschleunigung sind). Erfüllt der geplante Weg die Bedingungen, führt die Steuerung (z.B. das Motorsteuergerät 132) den geplanten Weg bei 504 aus, und die Steuerung kehrt zu 502 zurück. Erfüllt der geplante Weg die Bedingungen nicht, überarbeitet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 506 den geplanten Weg (d.h. passt ihn an), und die Steuerung fährt mit 504 fort.
10 zeigt ein Verfahren 550 zum nachträglichen Überprüfen der Genauigkeit der Schätzung der Zahnstangenkraft gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispielsweise führt das Fahrzeugsteuergerät 102 das Verfahren 550 durch, um zu ermitteln, wie genau die Schätzung der Zahnstangenkraft war (z.B. bei 204 in 2) und ob das Modell auf Grundlage der Genauigkeitsermittlung weiter trainiert werden muss. Beispielsweise führt das Fahrzeugsteuergerät 102 das Verfahren 550 durch.
Bei 552 setzt die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) die Zählerstände N = 0 und N_F = 0. Bei 554 inkrementiert die Steuerung N (d.h. N = N+1). Die Steuerung berechnet die Zahnstangenkraft R1 anhand der Fahrbedingungen, die zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wurden. Die Steuerung berechnet die Zahnstangenkraft R2 aus den tatsächlich gemessenen Signalen unter Verwendung der Gleichung R2 = nT-Ja, wobei n ein Verhältnis ist, das die Drehmomentausgabe des EPS-Systems in eine auf die Zahnstange ausgeübte Kraft umwandelt, T eine Drehmomentausgabe des Lenksystems 104 ist, J die Trägheit des Lenksystems 104 ist und α die Lenkradwinkelbeschleunigung ist, die durch das Verarbeiten des Lenkradwinkelgradienten (z.B. durch Ableiten des Lenkradwinkelgradienten) ermittelt wird.
Bei 556 ermittelt die Steuerung, ob die Differenz zwischen R1 und R2 größer oder gleich einem ersten Schwellenwert T1 ist. Die Steuerung fährt mit 560 fort, wenn die Differenz zwischen R1 und R2 kleiner ist als der erste Schwellenwert T1. Ist die Differenz zwischen R1 und R2 größer oder gleich einem ersten vorgegebenen Schwellenwert T1, inkrementiert die Steuerung bei 558 N_F (d.h. N_F = N_F+1), und die Steuerung fährt mit 560 fort.
Bei 560 ermittelt die Steuerung, ob N größer oder gleich einem zweiten vorgegebenen Schwellenwert T2 ist und ein Verhältnis N_F:N größer oder gleich einem dritten vorgegebenen Schwellenwert T3 ist. Die Steuerung kehrt zu 554 zurück, wenn N kleiner ist als der zweite vorgegebene Schwellenwert T2 und das Verhältnis N_F: N kleiner ist als der dritte vorgegebene Schwellenwert T3. Ist N größer oder gleich dem zweiten vorgegebenen Schwellenwert T2 und ein Verhältnis N_F:N größer oder gleich dem dritten vorgegebenen Schwellenwert T3, sendet die Steuerung (z.B. das Fahrzeugsteuergerät 102) bei 562 eine Warnung an den Benutzer. Die Warnung kann zum Beispiel dazu dienen, zu überprüfen, ob die zweiten Sensoren 122 ordnungsgemäß arbeiten, ob die Drehmomentkurve des Motors 130 korrekt ist, oder um das Modell zu aktualisieren, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert), und die Steuerung endet. Der erste, zweite und dritte vorgegebene Schwellenwert T1, T2 und T3 können kalibriert werden.
Die obige Beschreibung hat lediglich einen veranschaulichenden Charakter und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch nicht einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer ganzen Reihe von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf dieselben beschränkt werden, da andere Änderungen nach dem Studieren der Zeichnungen, der Patentspezifikation und der folgenden Ansprüche deutlich werden. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Auch wenn die Ausgestaltungen oben jeweils als mit bestimmten Merkmalen versehen beschrieben sind, können ferner jedes einzelne oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine Ausgestaltung der Offenbarung beschrieben sind, mit Merkmalen jeder der anderen Ausgestaltungen umgesetzt und/oder mit denselben kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten, schließen sich die beschriebenen Ausgestaltungen nicht gegenseitig aus, und Vertauschungen einer oder mehrerer Ausgestaltungen untereinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden mit verschiedenen Begriffen beschrieben, darunter „verbunden“, „in Eingriff stehend“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wird eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, aber auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck „A, B und/oder C“ unter Verwendung einer nicht-exklusiven logischen ODER-Verknüpfung als logisch (A ODER-verknüpft mit B ODER-verknüpft mit C) ausgelegt werden und nicht als „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ verstanden werden.
In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angezeigt ist, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Tauschen beispielsweise Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen aus, die von Element A zu Element B übertragenen Informationen sind für die Veranschaulichung aber relevant, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von Element B zu Element A übertragen werden. Ferner kann Element B bei Informationen, die von Element A zu Element B gesendet werden, Anfragen oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
Bei dieser Anmeldung, die die nachfolgenden Definitionen umfasst, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden Der Begriff „Modul“ kann sich auf Folgendes beziehen, Teil davon sein oder Folgendes umfassen: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung, eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung, eine kombinatorische Logikschaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine Prozessorschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt, eine Speicherschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die von dem Prozessorschaltkreis ausgeführten Code speichert, andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten Komponenten, z.B. in einem Ein-Chip-System.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen umfassen. Bei einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines beliebigen gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) einige Funktionen im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff „Code“, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „gemeinsame Prozessorschaltung“ umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die Code von mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit ausführt. Der Begriff „Gruppenprozessorschaltung“ umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen Code von einem oder mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chip, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination davon. Der Begriff „gemeinsame Speicherschaltung“ umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die Code von mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit speichert. Der Begriff „Gruppenspeicherschaltung“ umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern Code von einem oder mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit speichert.
Der Begriff „Speicherschaltung“ ist eine Untermenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie er hierin verwendet wird, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (z.B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff „computerlesbares Medium“ kann daher als greifbar und nicht transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht transitorisches, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Festwertspeicherschaltung oder eine Maskenfestwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (z.B. ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z.B. eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialcomputer implementiert werden, der dadurch erstellt wird, dass ein Allzweckcomputer so konfiguriert wird, dass er eine oder mehrere bestimmte, in Computerprogrammen enthaltenen Funktionen ausführt. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die auf wenigstens einem nicht transitorischen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen oder auf diesen beruhen. Die Computerprogramme können ein Basic-Input/- Output-System (BIOS), das mit der Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
Die Computerprogramme können umfassen: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, z.B. HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assembler-Code, (iii) Objektcode, der von einem Compiler aus dem Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler usw. Nur zum Beispiel kann Quellcode mit der Syntax von Sprachen geschrieben werden, die C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5. Version), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® umfassen.

Claims

System, umfassend: einen Prozessor und einen Speicher, in dem Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor so konfigurieren, dass: eine Zahnstangenkraft für ein Lenksystem eines Fahrzeugs auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen geschätzt wird, ein Zustand eines Stellantriebs des Lenksystems des Fahrzeugs geschätzt wird, der maximal erreichbare Winkel, die maximal erreichbare Geschwindigkeit und die maximal erreichbare Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems auf Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft und des geschätzten Zustands des Stellantriebs geschätzt wird und dem Lenksystem ein für das Fahrzeug geplanter Weg auf Grundlage des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der maximal erreichbaren Beschleunigung für den Stellantrieb des Lenksystems bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er dem Lenksystem den Weg bereitstellt, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er bewirkt, dass das Lenksystem den Weg ausführt, wenn ein Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung zur Ausführung des Wegs innerhalb des geschätzten maximal erreichbaren Winkels, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung liegen.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er, bevor er dem Lenksystem den Weg bereitstellt, den Weg so modifiziert, dass er einen Winkel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung für den Stellantrieb in Übereinstimmung mit dem geschätzten maximal erreichbaren Winkel, der geschätzten maximal erreichbaren Geschwindigkeit und der geschätzten maximal erreichbaren Beschleunigung bringt.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er: die Zahnstangenkraft auf Grundlage der aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen, die zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wurden, berechnet und die Genauigkeit der geschätzten Zahnstangenkraft überprüft, indem er die geschätzte Zahnstangenkraft mit der berechneten Zahnstangenkraft vergleicht.
System nach Anspruch 5, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er auf Grundlage der Genauigkeit eine Anzeige zur Überprüfung eines oder mehrerer Sensoren bereitstellt.
System nach Anspruch 5, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er auf Grundlage der Genauigkeit eine Anzeige zur Aktualisierung eines Modells bereitstellt, das zur Schätzung der Zahnstangenkraft verwendet wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er: einen ersten Wert für die Zahnstangenkraft aus einer Nachschlagetabelle auf Grundlage der Antriebs- und Umgebungsnennbedingungen erhält, einen Anpassungsfaktor von einem Modell erhält, der auf den aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen basiert, und die Zahnstangenkraft schätzt, indem er den ersten Wert für die Zahnstangenkraft mit dem Anpassungsfaktor multipliziert.
System nach Anspruch 8, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er: einen ersten Satz von Zahnstangenkräften bei einem ersten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einem ersten Satz von Lenkdaten berechnet, einen zweiten Satz von Zahnstangenkräften für einen zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten und einen zweiten Satz von Lenkdaten durch Interpolieren des ersten Satzes von Zahnstangenkräften schätzt und die Nachschlagetabelle mit dem ersten und dem zweiten Satz von Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt.
System nach Anspruch 8, wobei die Anweisungen den Prozessor so konfigurieren, dass er das Modell so trainiert, dass dieses: Zahnstangenkräfte bei unterschiedlichen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet und den Anpassungsfaktor durch Vergleichen einer ersten Zahnstangenkraft, die unter den aktuellen Fahr- und Umgebungsbedingungen berechnet wurde, mit einer zweiten Zahnstangenkraft, die unter Fahr- und Umgebungsnennbedingungen berechnet wurde, erzeugt.