-
Die Erfindung betrifft die modellbasierte prädiktive Regelung eines Kraftfahrzeugs. Beansprucht wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verfahren zur modellbasierten prädiktiven Regelung eines Kraftfahrzeugs.
-
Heutige intelligente Tempomaten (sog. „Predictive Green ACCs) von Kraftfahrzeugen können zwar insbesondere die Streckentopologie berücksichtigen, bilden die Fahrstrategie und damit die Längsreglung jedoch regelbasiert ab. Die regelbasierte Umsetzung führt i.d.R. zu suboptimalen Lösungen in Bezug auf Energieverbrauch, Komfort und Fahrzeit. Mit steigender Komplexität des Antriebssystems wird ein solches Regelwerk außerdem kompliziert und erfordert einen hohen Applikationsaufwand. Ein optimales Betreiben eines Fahrzeugs (z.B. in Bezug auf die Performance-Ziele Energieverbrauch, Komfort, Fahrzeit) ist nur mit guter Kenntnis der zu fahrenden Strecke möglich. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss also vorausschauend fahren, hat aber nur begrenzte Einsicht in den weiteren Verlauf der Strecke und keine Einsicht in die fahrzeugspezifischen Fahrverluste.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine Regelung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche den vorstehend beschriebenen Problemen Rechnung trägt. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
-
Die vorliegende Erfindung nutzt den sogenannten „Model-Predictive-Control (MPC)“-Ansatz. Bei einer solchen modellbasierten prädiktiven Regelung kommen insbesondere drei Prozessschritte zum Einsatz. So erfolgt in einem ersten Schritt eine Erarbeitung eines virtuellen Fahrthorizonts (Prädiktionshorizont) aus vorliegenden Kartendaten und Sensorinformationen. Der Prädiktionshorizont dient einem Trajektorienplaner und -regler als Lösungsraum für die Generierung einer Längstrajektorie des Kraftfahrzeugs, z.B. einer Geschwindigkeits- oder Momenttrajektorie. In einem zweiten Schritt erfolgt eine iterative online Generierung und Regelung einer Längstrajektorie durch eine Optimierung der Trajektorie hinsichtlich vorliegender Performance-Ziele entsprechend des MPC-Ansatzes. In einem dritten Schritt erfolgt die insbesondere automatisierte Umsetzung der berechneten Trajektorie durch deren Arbitrierung im Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Modifikation des zweiten Schritts dieses Prozesses, sodass für eine serientaugliche Anwendung insbesondere bestimmte Rechenzeitanforderungen erfüllt werden können. Dazu stellt die vorliegende Erfindung eine Architektur bereit, die sowohl die Funktion des zweiten Prozessschritts wie auch serienrelevante Rechenzeiten ermöglicht.
-
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine funktionale Architektur bereit, die zwei sequenziell arbeitende modell-basierte prädiktive Regler (=MPC Solver) umfasst, die in einer Ausführungsform von einer nachgelagerten Post Processing Einheit ergänzt werden. Die beiden MPC-Solver können als „High Level Solver“ (HLS) und Tracker bezeichnet werden. Das High Level Solvermodul übernimmt die langfristige Planung der optimalen Längstrajektorie und nutzt hierfür den MPC-Ansatz. Die langfristige Grobplanung der Trajektorie erfolgt dabei wegbasiert. Dies erlaubt insbesondere einen korrekten, opti-malen Umgang mit nicht-dynamischen Horizontobjekten (Steigungen, Geschwindigkeitslimits und andere Verkehrsschilder wie z.B. „Stopp“- oder „Vorfahrt gewähren“-Schilder, Kurvenkrümmungen). Die Länge des Fahrthorizonts kann insbesondere zwischen 50m und 5000m lang sein. Auch dynamische Horizontobjekte können grundsätzlich beachtet werden, z.B. Ampeln. Dies erfolgt bedingt durch lange Rechenzeiten allerdings nur in einem groben Rahmen. Die an die dynamischen Objekte angepasste Trajektorie muss daher gegebenenfalls durch ein schneller rechnendes System überschrieben werden. Entsprechend gibt das High Level Solvermodul keinen direkten Trajektorienwunsch an das Fahrzeug weiter. Stattdessen wird die Wunschtrajektorie im schnell rechnenden Tracker weiterverarbeitet.
-
In diesem Sinne wird ein Verfahren zur modellbasierten prädiktiven Regelung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. In einem Schritt wird ein MPC-Algorithmus ausgeführt, der ein High Level Solvermodul umfasst, wobei durch das Ausführen des High Level Solvermoduls für einen vorausliegenden Streckenabschnitt eine High Level Längstrajektorie berechnet wird, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug innerhalb eines wegbasierten High Level Prädiktionshorizonts fortbewegen soll. Das High Level Solvermodul löst insbesondere ein nichtlineares Problem und arbeitet mit kontinuierlichen Ersatzgrößen für diskrete Zustände (z.B. Gänge). Dieses Vorgehen begrenzt den Lösungsraum weniger stark als bei der Betrachtung diskreter Zustände. Dadurch ergeben sich Vorteile insbesondere hinsichtlich des Optimums des Ergebnisses.
-
Die durch das High Level Solvermodul berechnete High Level Längstrajektorie wird an ein Tracker Solvermodul des MPC-Algorithmus' als Eingangswert übergeben. Das Tracker Solvermodul wird ausgeführt, sodass basierend auf der durch das High Level Solvermodul berechneten High Level Längstrajektorie für einen in der Zukunft liegenden Zeitabschnitt eine Tracker Längstrajektorie berechnet wird, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug innerhalb eines zeitbasierten Tracker Prädiktionshorizonts fortbewegen soll. Der Tracker Prädiktionshorizont wird dabei kürzer gewählt als der High Level Prädiktionshorizont, sodass der Tracker Prädiktionshorizont lediglich einen Teil des High Level Prädiktionshorizonts abdeckt, z.B. einen Anfangsabschnitt des High Level Prädiktionshorizonts. Das Tracker Solvermodul zeichnet sich durch eine schnelle Rechenzeit und ein robustes Verhalten aus. Wenn aktuelle Lösungen des High Level Solvermoduls nicht verfügbar sind, kann das Tracker Solvermodul dennoch beispielsweise Momente basierend auf den letzten Lösungen des High Level Solvermoduls liefern.
-
Da das High Level Solvermodul eine langfristige Grobplanung vornimmt, ist Hardware-unabhängig zu erwarten, dass dieser Vorgang erheblichen Rechenaufwand und damit auch Rechenzeit benötigt. Entsprechend ist es vorteilhaft, dass dynamische Horizontobjekte (vorwegfahrende/einscherende/ausscherende Fahrzeuge oder andere Verkehrsteilnehmer) im Tracker Solvermodul mit einer höheren Rechenfrequenz behandelt werden. Um dies zu ermöglichen, rechnet das Tracker Solvermodul mit einer deutlich kürzeren (zeitbasierten) Vorausschau als das High Level Solvermodul. Im Gegensatz zum dem High Level Solvermodul ist das Tracker Solvermodul außerdem zeitbasiert. Hierdurch wird eine grundsätzliche Kompatibilität zu Arbitrierungssystemen hergestellt.
-
Das Tracker Solvermodul generiert einen Trajektorienwunsch, welcher prinzipiell dem Trajektorienwunsch des High Level Solvermoduls entsprechen kann, allerdings zeitbasiert und hochaufgelöst ist. Des Weiteren unterscheidet sich die Längstrajektorie des Tracker Solvermoduls von derjenigen des High Level Solvermoduls durch eine höhere Taktrate, was wiederum durch die kleinere Vorausschau ermöglicht wird. In diesem Sinne wird in einer Ausführungsform die Tracker Längstrajektorie mit einer höheren Auflösung als die High Level Längstrajektorie berechnet.
-
Eine Länge des High Level Prädiktionshorizonts zwischen 50m und 5000m ist besonders vorteilhaft. Mittels des ersten Solvermoduls kann beispielsweise die Geschwindigkeitstrajektorie des Fahrzeugs auch bei einer relativ langen bzw. weiten Vorausschau über dem Weg noch online optimiert werden, z.B. bei einer Vorausschau im Bereich einiger Kilometer. Dies ist rechenintensiv. Dahingegen ist es vorteilhaft, mittels des Tracker Solvermoduls die entsprechende Trajektorie für eine relativ kurze Vorausschau über der Zeit zu berechnen, z.B. für den unmittelbaren Vorausbereich des Fahrzeugs. Dies ermöglicht besonders kurze Reaktionszeiten. In diesem Sinne wird in einer Ausführungsform eine Länge des High Level Prädiktionshorizonts auf einen Wert zwischen 50 Metern und 5000 Metern festgelegt. Die Tracker Längstrajektorie kann dabei durch Ausführen des Tracker Solvermoduls für einen einige Sekunden (oder zeitlich noch kürzer) unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug liegenden Anfangsabschnitt des High Level Prädiktionshorizonts berechnet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform kommt das sogenannte Signal Post Processing zum Einsatz. Das Signal Post Processing (SPP) ist eine Signalnachbereitung. Hier werden die zu unterschiedlichen Zeiten vorausberechneten Teilergebnisse so miteinander verknüpft, dass sie im zeitlichen Bezug zueinanderstehen. Damit erhält man einen Zeitabschnitt, in dem alle Informationen vorliegen. Die Zeitbasis ist insbesondere diejenige des Trackers. Außerdem sind SPP und Tracker im selben Softwaremodul implementiert, dadurch haben SPP und Tracker also dieselbe Zeitbasis. In diesem Sinne wird in einer weiteren Ausführungsform die durch das Tracker Solvermodul berechnete Tracker Längstrajektorie an eine Post Processing Einheit als Eingangswert übergeben, wobei die durch das Tracker Solvermodul berechnete Längstrajektorie mittels der Post Processing Einheit zu einem Steuerungssignal verarbeitet wird. Das Kraftfahrzeug kann anschließend basierend auf dem Steuerungssignal gesteuert werden. Die Post Processing Einheit kann der modellbasierten prädiktiven Regelung nachgelagert sein. Die Post Processing Einheit wandelt die Tracker Längstrajektorie insbesondere ohne Nutzung von modellbasierter prädiktiver Regelung in Wunschmomente und Wunschkräfte um.
-
Der MPC-Algorithmus umfasst insbesondere ein Längsdynamikmodell und eine High Level Kostenfunktion, die dem High Level Solvermodul zugeordnet ist, wobei die High Level Längstrajektorie unter Berücksichtigung des Längsdynamikmodells sowie unter Minimierung der High Level Kostenfunktion berechnet wird. Auf ähnliche Weise kann dem Tracker Solvermodul eine Tracker Kostenfunktion zugeordnet sein, wobei die Tracker Längstrajektorie unter Berücksichtigung des Längsdynamikmodells sowie unter Minimierung der Tracker Kostenfunktion berechnet wird. Der Output des Tracker Solvermoduls kann durch die Minimierung der Tracker-spezifischen Kostenfunktion direkt den Fahrkomfort beeinflussen.
-
Das High Level Solvermodul kann als Ausgabewerte insbesondere Wunschverläufe der Geschwindigkeit, eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie, Antriebskräfte, Antriebsmomente, Bremskräfte oder Bremsmomente liefern. In diesem Sinne umfasst in einer Ausführungsform die High Level Längstrajektorie eine Geschwindigkeitstrajektorie, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug innerhalb des High Level Prädiktionshorizonts fortbewegen soll.
-
Weiterhin kann die High Level Längstrajektorie alternativ oder zusätzlich einen Verlauf eines Ladezustands einer Batterie umfassen, welche als Energiespeicher für eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs dient, wobei das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Der Ladezustand (im Englischen: State of Charge oder abgekürzt SoC) ist dabei insbesondere der momentane Energieinhalt der elektrischen Batterie im Verhältnis zu ihrem maximalen Energiegehalt.
-
Außerdem können die High Level und/oder die Tracker Längstrajektorie alternativ oder zusätzlich für eine Bremsanlage des Kraftfahrzeugs eine Bremskrafttrajektorie umfassen, gemäß welcher die Bremsanlage Bremskräfte (kleiner oder gleich null) innerhalb des High Level Prädiktionshorizonts bzw. innerhalb des Tracker Prädiktionshorizonts bereitstellen soll. Anstatt der vorstehen genannten Antriebskräften und Bremskräften können auch entsprechende Antriebsmomente bzw. Bremsmomente durch die Längstrajektorie bereitgestellt werden. Die Momenttrajektorie bezieht sich dabei auf Momente an wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs und umfasst sowohl positive als auch negative Momente, die durch die elektrische Maschine, den Verbrennungskraftmotor und die Bremsanlage des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die Tracker Längstrajektorie für wenigstens ein Antriebsaggregat (z.B. für eine Elektrische Maschine) des Kraftfahrzeugs eine Momenttrajektorie umfasst, gemäß welcher das wenigstens eine Antriebsaggregat Antriebsmomente innerhalb des Tracker Prädiktionshorizonts bereitstellen soll.
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsstrang einen Verbrennungskraftmotor, eine elektrische Maschine und eine Bremsanlage umfasst,
- 2 Details eines beispielhaften Antriebsstrangs für das Kraftfahrzeug nach 1,
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur modellbasierten prädiktiven Regelung des Kraftfahrzeugs nach 1 und
- 4 zwei unterschiedliche Prädiktionshorizonte für das Verfahren nach Anspruch 4.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, z.B. ein Personenkraftfahrwagen. Das Kraftahrzeug 1 umfasst ein System 2 zur modelbasierten prädiktiven Regelung des Kraftfahrzeugs 1. Das System 2 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Prozessoreinheit 3, eine Speichereinheit 4, eine Kommunikations-Schnittstelle 5 und eine Erfassungseinheit 6, insbesondere zur Erfassung von Zustandsdaten, die das Kraftfahrzeug 1 betreffen.
-
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiterhin einen Antriebsstrang 7, der beispielsweise eine elektrische Maschine 8, die als Motor und als Generator betrieben werden kann, eine Batterie 9, ein Getriebe 10 und eine Bremsanlage 19 umfassen kann. Die elektrische Maschine 8 kann im Motorbetrieb Räder des Kraftfahrzeugs 1 über das Getriebe 10 antreiben. Die dazu notwendige elektrische Energie kann die Batterie 9 bereitstellen, insbesondere über eine Leistungselektronik 18. Die Batterie 9 kann umgekehrt durch die elektrische Maschine 8 über die Leistungselektronik 18 aufgeladen werden, wenn die elektrische Maschine 8 im Generatorbetrieb betrieben wird (Rekuperation). Die Batterie 9 kann optional auch an einer externen Ladestation aufgeladen werden.
-
2 zeigt weiterhin, dass der Antriebsstrang 7 ein Hybridantriebsstrang sein kann, der optional zusätzlich einen Verbrennungskraftmotor 17 aufweist. Der Verbrennungskraftmotor 17 kann in der durch 2 gezeigten beispielhaften parallelen P2-Architektur des Hybridantriebsstrangs 7 zusätzlich zu der elektrischen Maschine 8 das Kraftfahrzeug 1 antreiben, wenn eine zwischen dem Verbrennungskraftmotor 17 und der elektrischen Maschine 8 angeordnete Kupplung K0 geschlossen ist. Der Verbrennungskraftmotor 17 kann optional auch die elektrische Maschine 8 antreiben, um die Batterie 9 aufzuladen. Die elektrische Maschine 8 kann (bei geschlossener Kupplung K0 unterstützt durch den Verbrennungskraftmotor 17) in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über das Getriebe 10 und über ein vorderes Differenzialgetriebe 21 zwei Vorderräder 22 und 23 des Kraftfahrzeugs 1 mit einem positiven Antriebsmoment antreiben, die an einer Vorderachse 25 angebracht sind. Ein erstes Hinterrad 26 und ein zweites Hinterrad 28 an einer Hinterachse 29 des Kraftfahrzeugs 1 werden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht angetrieben (Heckantrieb und Allradantrieb sind jedoch alternativ auch möglich). Die Vorderräder 22, 23 und die Hinterräder 26, 28 können durch die Bremsanlage 19 des Antriebsstrangs 7 abgebremst werden, wozu die Bremsanlage 19 ein negatives Bremsmoment bereitstellen kann.
-
Auf der Speichereinheit 4 kann ein Computerprogrammprodukt 11 gespeichert sein. Das Computerprogrammprodukt 11 kann auf der Prozessoreinheit 3 ausgeführt werden, wozu die Prozessoreinheit 3 und die Speichereinheit 4 mittels der Kommunikations-Schnittstelle 5 miteinander verbunden sind. Wenn das Computerprogrammprodukt 11 auf der Prozessoreinheit 3 ausgeführt wird, leitet es die Prozessoreinheit 3 an, die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Funktionen zu erfüllen bzw. Verfahrensschritte auszuführen.
-
Das Computerprogrammprodukt 11 enthält einen MPC-Algorithmus 13, der ein High Level Solvermodul 13.1 umfasst bzw. enthält. Der MPC-Algorithmus 13 enthält weiterhin ein Längsdynamikmodell 14 des Kraftfahrzeugs 1. Das High Level Solvermodul 13.1 kann auf das Längsdynamikmodell 14 zugreifen. Ferner enthält der MPC-Algorithmus 13 eine zu minimierende High Level Kostenfunktion 15.1, die dem High Level Solvermodul 13.1 zugeordnet ist. Die Aufgabe des High Level Solvermoduls 13.1 besteht darin, eine optimierte Führung für das Kraftfahrzeug 1 vorzuschlagen, beispielsweise hinsichtlich Geschwindigkeitsbeschränkungen und Haltepunkten sowie Ampeln und Neigungen.
-
Das Längsdynamikmodell 14 umfasst ein Verlustmodell 27 des Kraftfahrzeugs 1. Das Verlustmodell 27 beschreibt das Betriebsverhalten von effizienzrelevanten Komponenten, z.B. der elektrischen Maschine 8, des Verbrennungskraftmotors 17 und der Bremsanlage 19 hinsichtlich ihrer Effizienz bzw. hinsichtlich ihres Verlusts. Daraus ergibt sich ein Gesamtverlust des Kraftfahrzeugs 1. Die Prozessoreinheit 3 führt den MPC-Algorithmus 13 aus und prädiziert dabei für einen gleitenden, wegbasierten High Level Prädiktionshorizont 24 (4) mit einer Länge zwischen 50m und 5000m ein Verhalten des Kraftfahrzeugs 1. Diese Prädiktion basiert auf dem Längsdynamikmodell 14. Die Prozessoreinheit 3 berechnet durch Ausführen des High Level Solvermoduls 13.1 eine optimierte High Level Längstrajektorie 31, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug 1 innerhalb des High Level Prädiktionshorizonts 24 fortbewegen soll.
-
Die optimierte High Level Längstrajektorie 31 wird für einen vorausliegenden Streckenabschnitt unter Berücksichtigung des Längsdynamikmodells 14 berechnet, wobei die High Level Kostenfunktion 15.1 minimiert wird. Das High Level Solvermodul 13.1 übernimmt dabei die langfristige Grobplanung der Längstrajektorie 31 und nutzt hierfür den MPC-Ansatz. Die langfristige Grobplanung der High Level Längstrajektorie 31 erfolgt dabei wegbasiert. Dies erlaubt insbesondere einen korrekten, optimalen Umgang mit nicht-dynamischen Horizontobjekten (Steigungen, Geschwindigkeitslimits und andere Verkehrsschilder wie z.B. „Stopp“- oder „Vorfahrt gewähren“-Schilder, Kurvenkrümmungen, Ampeln). Die High Level Längstrajektorie 31 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Geschwindigkeitstrajektorie 31.1, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug 1 innerhalb des High Level Prädiktionshorizonts 24 fortbewegen soll. Dabei werden insbesondere Wegpunkten, die das Kraftfahrzeug 1 abfahren soll, optimierte Geschwindigkeitswerte zugeordnet. Weiterhin kann die High Level Längstrajektorie 31 einen optimierten Verlauf 31.2 eines Ladezustands der Batterie 9 umfassen. Ferner kann die High Level Längstrajektorie 31 für die Bremsanlage 19 eine Bremskrafttrajektorie 31.3 umfassen, gemäß welcher die Bremsanlage 19 Bremskräfte innerhalb des High Level Prädiktionshorizonts 24 bereitstellen soll.
-
Zusätzlich zu dem High Level Solvermodul 13.1 umfasst der MPC-Algorithmus 13 ein Tracker Solvermodul 13.2 mit einer ihm zugeordneten Tracker Kostenfunktion 15.2. Das Tracker Solvermodul 13.2 kann auf das Längsdynamikmodell 14 zugreifen. Die durch das High Level Solvermodul 13.1 berechnete High Level Längstrajektorie 31 wird ebenfalls an das Tracker Solvermodul 13.2 als Eingangswert übergeben, z.B. mittels der Prozessoreinheit 3 und der Kommunikations-Schnittstelle 5. Die Aufgabe des Tracker Solvermoduls 13.2 besteht darin, eine optimierte Führung für das Kraftfahrzeug 1 vorzuschlagen, insbesondere hinsichtlich zu haltender Abstände und Kollisionsvermeidung.
-
Die Prozessoreinheit 3 führt das Tracker Solvermodul 13.2 aus. Das Tracker Solvermodul 13.2 enthält Anweisungen bzw. Programmcode, wodurch die Prozessoreinheit 3 angeleitet wird, basierend auf der durch das High Level Solvermodul 13.1 berechneten High Level Längstrajektorie 31 für einen in der Zukunft liegenden Zeitabschnitt eine Tracker Längstrajektorie 32 zu berechnen, gemäß welcher sich das Kraftfahrzeug 1 innerhalb eines zeitbasierten Tracker Prädiktionshorizonts 30 (z.B. mit einer zeitlichen Länge von 2 Sekunden) fortbewegen soll. Der Tracker Prädiktionshorizont wird dabei deutlich kürzer gewählt als der High Level Prädiktionshorizont. Beispielsweise kann der Tracker Prädiktionshorizont 30 diejenigen Wegpunkte der High Level Geschwindigkeitstrajektorie 31.1 abdecken, die das Kraftfahrzeug 1 in den nächsten 2 Sekunden abfahren soll (mit Geschwindigkeiten gemäß der Geschwindigkeitstrajektorie 31.1). Auf diese Weise deckt der Tracker Prädiktionshorizont 30 lediglich einen Anfangsabschnitt des High Level Prädiktionshorizonts 24 ab, was beispielhaft durch 4 veranschaulicht ist. Die Tracker Längstrajektorie 32 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für die Bremsanlage 19 eine Bremskrafttrajektorie 32.1, gemäß welcher die Bremsanlage 19 Bremskräfte innerhalb des Tracker Prädiktionshorizonts 30 bereitstellen soll. Weiterhin umfasst die Tracker Längstrajektorie 32 für die elektrische Maschine 8 und ggfs. für den optionalen den Verbrennungskraftmotor 17 eine Momenttrajektorie 32.2, gemäß welcher die elektrische Maschine 8 und ggfs. der Verbrennungskraftmotor 17 Antriebsmomente innerhalb des Tracker Prädiktionshorizonts 30 bereitstellen sollen.
-
Die Erfassungseinheit 6 kann aktuelle Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs 1 messen, entsprechende Daten aufnehmen und dem High Level Solvermodul 13.1, dem Tracker Solvermodul 13.2 sowie einer weiter unten beschriebenen Post Processing Einheit 16 zuführen. Auch können Informationen über statische Objekte und/oder Streckendaten aus einer elektronischen Karte eines Navigationssystems 20 des Kraftfahrzeugs 1 für einen Vorausschauhorizont bzw. Prädiktionshorizont (z.B. 500 m) vor dem Kraftfahrzeug 1 insbesondere zyklisch aktualisiert und an die Module 13.1, 13.2 und 16 übergeben werden. Die Streckendaten können beispielsweise Steigungsinformationen, Kurveninformationen, und Informationen über Geschwindigkeitslimits sowie Ampeln und Haltepunkte beinhalten. Des Weiteren kann eine Kurvenkrümmung über eine maximal zulässige Querbeschleunigung in ein Geschwindigkeitslimit für das Kraftfahrzeug 1 umgerechnet werden. Außerdem kann mittels der Erfassungseinheit 6 eine Ortung des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen, insbesondere über ein von einem GNSS-Sensor 12 generiertes Signal zur genauen Lokalisierung auf der elektronischen Karte. Ferner kann die Erfassungseinheit 6 zur Erfassung des äu-ßeren Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 einen Umfeldsensor 33 umfassen, z.B. einen Radar-Sensor, ein Kamerasystem und/oder einen Lidar-Sensor. Dadurch können insbesondere auch dynamische Objekte im Bereich des äußeren Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden, z.B. sich bewegende Objekte wie andere Fahrzeuge oder Fußgänger. Die Prozessoreinheit 3 kann auf Informationen der genannten Elemente beispielsweise über die Kommunikations-Schnittstelle 5 zugreifen. Diese Informationen können in das Längsmodell 14 des Kraftfahrzeugs 1 einfließen, insbesondere als Beschränkungen oder Nebenbedingungen bei der Berechnung der High Level Längstrajektorie 31 und/oder der Tracker Längstrajektorie 32.
-
Als Output der Optimierung durch den MPC-Algorithmus 13 ergeben sich optimale Geschwindigkeiten 31.1 des Kraftfahrzeugs 1 sowie Drehmomente 32.1 der elektrischen Maschine 8, ggfs. des Verbrennungskraftmotors 17 bzw. Bremskräfte 32.1 der Bremsanlage 19 sowie Ladezustände 31.2 der Batterie 9 für berechnete Zeit-/Wegpunkte innerhalb der Prädiktionshorizonte 24, 30. Die durch das Tracker Solvermodul 13.2 vorgeschlagene Momenttrajektorie 32.2 und Bremskrafttrajektorie 31.1 werden gemäß der vorliegenden Erfindung an eine Post Processing Einheit 16 übergeben, was im Folgenden näher im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird. Der Post Processing Einheit 16 werden weiterhin auch die vorstehend beschriebenen Daten der Erfassungseinheit 6 sowie die High Level Längstrajektorie 31 übergeben.
-
Die Aufgabe der Post Processing Einheit 16 besteht darin, Antriebs- und Bremskräfte sowie Rekuperationsgrenzen zu berechnen. Weiterhin soll eine Anforderung zum Anhalten des Kraftfahrzeugs 1 berechnet werden und ein sogenannter Exitflag Check durchgeführt werden. Mittels der Post Processing Einheit 16 werden insbesondere die durch das Tracker Solvermodul 13.2 vorgeschlagene Momenttrajektorie 32.2 und Bremskrafttrajektorie 31.1 zu einem Steuerungssignal 34 verarbeitet, das arbitrierbare Werte umfasst, mittels welcher das Kraftfahrzeug 1 gesteuert werden kann, z.B. durch Ansteuerung von Aktuatoren des Kraftfahrzeugs 1. Das Steuerungssignal 34 kann beispielsweise Antriebskräfte (größer oder gleich null), Bremskräfte (kleiner oder gleich null), Grenzwerte für Rekuperationsmomente oder ein Stoppsignal („flag vehicle stop“) für das Kraftfahrzeug 1 beinhalten. Zur Berechnung des Steuersignals 34 können auch die Daten der Erfassungseinheit 6, des Navigationssystems 20 und/oder die High Level Längstrajektorie 31 genutzt werden. Ferner können das Tracker Solvermodul 13.2 und die Post Processing Einheit 16 zeitgleich aufgerufen werden, sodass beide Module 13.2, 16 ihre vorstehend beschriebenen Berechnungen zeitgleich beginnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- K0
- Kupplung
- 1
- Fahrzeug
- 2
- System
- 3
- Prozessoreinheit
- 4
- Speichereinheit
- 5
- Kommunikations-Schnittstelle
- 6
- Erfassungseinheit
- 7
- Antriebsstrang
- 8
- elektrische Maschine
- 9
- Batterie
- 10
- Getriebe
- 11
- Computerprogrammprodukt
- 12
- GNSS-Sensor
- 13
- MPC-Algorithmus
- 13.1
- High Level Solvermodul
- 13.2
- Tracker Solvermodul
- 14
- Längsdynamikmodell
- 15.1
- High Level Kostenfunktion
- 15.2
- Tracker Kostenfunktion
- 16
- Post Processing Einheit
- 17
- Verbrennungskraftmotor
- 18
- Leistungselektronik
- 19
- Bremsanlage
- 20
- Navigationssystem
- 21
- vorderes Differenzialgetriebe
- 22
- Vorderrad
- 23
- Vorderrad
- 24
- wegbasierter High Level Prädiktionshorizont
- 25
- Vorderachse
- 26
- Hinterrad
- 27
- Verlustmodell
- 28
- Hinterrad
- 29
- Hinterachse
- 30
- zeitbasierter Tracker Prädiktionshorizont
- 31
- High Level Längstrajektorie
- 31.1
- Geschwindigkeitstrajektorie (High Level)
- 31.2
- Ladezustandtrajektorie (High Level)
- 31.3
- Bremskrafttrajektorie (High Level)
- 32
- Tracker Längstrajektorie
- 32.1
- Bremskrafttrajektorie (Tracker)
- 32.2
- Momenttrajektorie (Tracker)
- 33
- Umfeldsensor
- 34
- Steuerungssignal
