DE102022112684A1 - Method for controlling an autonomous vehicle, computer program product, control unit and autonomous vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs (1) mit einem Antriebsaggregat (2) und einer Steuereinrichtung (3) zur Steuerung des Fahrzeugs (1), mit einer ersten Fahrzeugachse (4) mit wenigstens zwei Fahrzeugrädern (5,6), die eine erste Spurweite S1 definieren, und einer parallel zur ersten Fahrzeugachse (4) verlaufenden zweiten Fahrzeugachse (7) mit wenigsten zwei Fahrzeugrädern (8,9), die eine zweite Spurweite S2 definieren, wobei wenigstens die Fahrzeugräder (5,6,8,9) an einer der Fahrzeugachsen (4,7) durch die Steuereinrichtung (3) lenkbar sind, und zwei Fahrzeugräder (5,6,8,9) einer der Fahrzeugachsen (4,7) durch das Antriebsaggregat (2) antreibbar sind.The invention relates to a method for controlling an autonomously driving vehicle (1) with a drive unit (2) and a control device (3) for controlling the vehicle (1), with a first vehicle axle (4) with at least two vehicle wheels (5, 6) , which define a first track width S1, and a second vehicle axle (7) running parallel to the first vehicle axle (4) with at least two vehicle wheels (8, 9) which define a second track width S2, at least the vehicle wheels (5, 6, 8 , 9) can be steered on one of the vehicle axles (4,7) by the control device (3), and two vehicle wheels (5,6,8,9) on one of the vehicle axles (4,7) can be driven by the drive unit (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs mit einem Antriebsaggregat und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Fahrzeugs, mit einer ersten Fahrzeugachse mit wenigstens zwei Fahrzeugrädern, die eine erste Spurweite S definieren, und einer parallel zur ersten Fahrzeugachse verlaufenden zweiten Fahrzeugachse mit wenigsten zwei Fahrzeugrädern, die eine zweite Spurweite S definieren, wobei wenigstens die Fahrzeugräder an einer der Fahrzeugachsen durch die Steuereinrichtung lenkbar sind, und zwei Fahrzeugräder einer der Fahrzeugachsen durch das Antriebsaggregat antreibbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, eine Steuereinheit und ein autonom fahrendes Fahrzeug.The present invention relates to a method for controlling an autonomously driving vehicle with a drive unit and a control device for controlling the vehicle, with a first vehicle axle with at least two vehicle wheels that define a first track width S, and a second vehicle axle running parallel to the first vehicle axle with at least two vehicle wheels that define a second track width S, wherein at least the vehicle wheels on one of the vehicle axles can be steered by the control device, and two vehicle wheels on one of the vehicle axles can be driven by the drive unit. The invention further relates to a computer program product, a control unit and an autonomously driving vehicle.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
In diesem Zusammenhang sind auch Radantriebsmodule grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Mit der Integration des elektrischen Antriebs in die einzelnen Räder und mit der Kombination aus einzeln angetriebenen und lenkbaren Rädern (Radmodulen) ergeben sich neuartige Möglichkeiten hinsichtlich der Fahrzeugmanövrierbarkeit in beengten Situationen. Möglich macht das ein in das Radantriebsmodul integrierter elektrischer Steller für die Lenkung (Lenkaktor), der beispielsweise einen Lenkeinschlag bis zu 90° in jede Richtung ermöglicht. Mit anderen Worten lassen sich über ein solches Radantriebsmodul sehr große Lenkwinkel realisieren, die beispielsweise zum Manövrieren und Einparken genutzt werden können.In this context, wheel drive modules are also generally known from the prior art. The integration of the electric drive into the individual wheels and the combination of individually driven and steerable wheels (wheel modules) opens up new possibilities for vehicle maneuverability in confined situations. This is made possible by an electric steering actuator (steering actuator) integrated into the wheel drive module, which, for example, enables a steering angle of up to 90° in any direction. In other words, very large steering angles can be achieved using such a wheel drive module, which can be used for maneuvering and parking, for example.
Durch die Kombination aus dieser extremen Beweglichkeit mit dem elektrischen Antrieb eignet sich ein derartiges Radantriebsmodul besonders für Kraftfahrzeuge, die vornehmlich im Stadtverkehr genutzt werden, unter anderem auch selbstfahrende Kraftfahrzeuge für den Stadtverkehr. Als autonomes Kraftfahrzeug oder selbstfahrendes Kraftfahrzeug bezeichnet man ein Kraftfahrzeug, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und einparken kann (hochautomatisiertes Fahren bzw. autonomes Fahren).The combination of this extreme mobility with the electric drive makes such a wheel drive module particularly suitable for motor vehicles that are primarily used in city traffic, including self-driving motor vehicles for city traffic. An autonomous motor vehicle or self-driving motor vehicle is a motor vehicle that can drive, steer and park without the influence of a human driver (highly automated driving or autonomous driving).
Ein Radantriebsmodul der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Druckschrift
Neben einer zunehmenden Elektrifizierung der Antriebsstränge bei Kraftfahrzeugen, werden Kraftfahrzeuge auch zunehmende autonomer. Insbesondere mit dem Aufkommen von automatisierten E-Fahrzeugen und neuen Gesamtfahrzeugkonzepten, werden bspw. auch zunehmend sogenannte People-Mover für den urbanen Raum eingesetzt, die als autonom fahrendes Kraftfahrzeug konzipiert sind. Als autonomes Kraftfahrzeug oder selbstfahrendes Kraftfahrzeug bezeichnet man ein Kraftfahrzeug, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und beispielsweise auch einparken kann (hochautomatisiertes Fahren bzw. autonomes Fahren). Eine Sonderform des autonomen Kraftfahrzeugs ist das autonome Personenbeförderungsfahrzeug, welches auch als People Mover oder autonomer People Mover bezeichnet wird. Autonom bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine der beförderten Personen das Fahrzeug steuert, sondern dass das Personenbeförderungsfahrzeug selbstgesteuert oder automatisch gesteuert ist. Die beförderten Personen sind also in der Regel „nur“ Fahrgäste/Passagiere.In addition to increasing electrification of drive trains in motor vehicles, motor vehicles are also becoming increasingly autonomous. Particularly with the advent of automated electric vehicles and new complete vehicle concepts, so-called people movers are increasingly being used in urban areas, which are designed as autonomous motor vehicles. An autonomous motor vehicle or self-driving motor vehicle is a motor vehicle that can drive, steer and, for example, park without the influence of a human driver (highly automated driving or autonomous driving). A special form of autonomous motor vehicle is the autonomous passenger transport vehicle, which is also referred to as a people mover or autonomous people mover. In this context, autonomous means that none of the people being transported controls the vehicle, but rather that the passenger transport vehicle is self-controlled or automatically controlled. The people transported are usually “just” passengers/passengers.
In diesem Zusammenhang sind auch verschiedene Konzepte zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung bekannt geworden.
Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, die Einsatzgebiete derartiger People-Mover zu erweitern. So ist es beispielsweise grundsätzlich bekannt, die Plattform eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs zu verwenden, um dieses zum Ziehen von LKW-Aufliegern zu nutzen, wie es beispielsweise in der
Ein weiteres autonomes Transportsystem ist u.a. von der Firma Udelv bekannt (https://www.udelv.com/) Das Fahrzeug ist dazu geeignet, Waren oder Pakete autonom zum Empfänger zu bringen. Dabei kann das Fahrzeug in einem Logistikzentrum zentral beladen werden und die einzelnen Pakete zu unterschiedlichen Empfängern bringen oder das Fahrzeug sammelt bei unterschiedlichen Absendern die Pakete oder Waren ein und bringt diese zu einem zentralen Logistikzentrum. Es ist auch eine Mischform von den zuvor genannten Szenarien denkbar.Another autonomous transport system is known from the company Udelv, among others (https://www.udelv.com/). The vehicle is suitable for bringing goods or packages to the recipient autonomously. The vehicle can be loaded centrally in a logistics center and bring the individual packages to different recipients, or the vehicle collects packages or goods from different senders and brings them to a central logistics center. A hybrid of the scenarios mentioned above is also conceivable.
Derartige Fahrzeuge für den Transport von Waren können, je nach Belastung, einen hohen Schwerpunkt aufweisen und hierdurch eine hohe Kippneigung aufweisen, insbesondere, wenn die Spurbreite des Fahrzeugs vergleichsweise schmal gewählt ist, um eine gute Passierbarkeit des Fahrzeugs auch in engen bzw. schmalen urbanen Fahrumgebungen realisieren zu können. Bei heutigen Fahrzeugen wird das Fahrwerk in der Regel unter Berücksichtigung aller Fahrsituationen derart ausgelegt, dass ein Umkippen des Fahrzeugs verhindert wird.Depending on the load, such vehicles for transporting goods can have a high center of gravity and therefore have a high tendency to tip over, especially if the track width of the vehicle is chosen to be comparatively narrow in order to ensure good passability of the vehicle even in narrow or narrow urban driving environments to be able to realize. In today's vehicles, the chassis is usually designed taking all driving situations into account in such a way that the vehicle is prevented from tipping over.
Bei einem autonomen Transportfahrzeug sind die auftretenden Fahrsituationen jedoch sehr schwer abzuschätzen, da u.a. das Fahrzeug von unterschiedlichen Absendern beladen wird und im Voraus nicht immer das Gewicht des jeweiligen Paketes bekannt ist und der Absender das Paket selbständig in ein freies Fach legen kann. Hierdurch kann beispielsweise ein schweres Paket in ein oberes Fach gelegt werden, wodurch der Schwerpunkt des Fahrzeugs erhöht wird. Eine Überprüfung der fachgerechten Beladung des Fahrzeugs durch einen ausgebildeten Fahrzeugführer entfällt aufgrund des Anwendungsfalls in der Regel. Diese fehlende Überprüfung muss bei einem autonomen Fahrzeug kompensiert werden.However, with an autonomous transport vehicle, the driving situations that arise are very difficult to estimate because, among other things, the vehicle is loaded by different senders and the weight of the respective package is not always known in advance and the sender can place the package in a free compartment independently. This allows, for example, a heavy package to be placed in an upper compartment, thereby increasing the center of gravity of the vehicle. Due to the application, there is usually no need to check that the vehicle has been loaded correctly by a trained driver. This lack of verification must be compensated for in an autonomous vehicle.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs, insbesondere für ein autonomes Transportfahrzeug, bereitzustellen, welches unter Berücksichtigung des aktuellen Beladungszustandes einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Computerprogrammprodukt, eine optimierte Steuereinrichtung sowie ein verbessertes autonom fahrendes Fahrzeug zu realisieren.It is therefore the object of the invention to provide a method for controlling an autonomously driving vehicle, in particular for an autonomous transport vehicle, which enables safe operation of the vehicle taking into account the current loading status. It is also the object of the invention to realize an improved computer program product, an optimized control device and an improved autonomously driving vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs mit einem Antriebsaggregat und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Fahrzeugs, mit einer ersten Fahrzeugachse mit wenigstens zwei Fahrzeugrädern, die eine erste Spurweite S definieren, und einer parallel zur ersten Fahrzeugachse verlaufenden zweiten Fahrzeugachse mit wenigsten zwei Fahrzeugrädern, die eine zweite Spurweite S definieren, wobei wenigstens die Fahrzeugräder an einer der Fahrzeugachsen durch die Steuereinrichtung lenkbar sind, und zwei Fahrzeugräder einer der Fahrzeugachsen durch das Antriebsaggregat antreibbar sind, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Ermittlung des Gewichts m des Fahrzeugs;
- b) Ermittlung der Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs in einer senkrecht zur Schwerkraftrichtung verlaufenden Ebene;
- c) Ermittlung der Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs in Schwerkraftrichtung;
- d) Ermittlung einer zulässigen Querbeschleunigung qmax für das Fahrzeug und Speicherung der zulässigen Querbeschleunigung qmax in der Steuereinrichtung;
- e) Ermittlung von Informationen aus einer Trajektorie (10), die eine Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist, eine Beschleunigung ax in Längsrichtung des Fahrzeugs (1) sowie einen Lenkwinkel α repräsentieren und welche zur
- f) Ermittlung einer Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs verwendet werden;
- g) Vergleich der Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs mit der zulässigen Querbeschleunigung qmax und bei Vorhandensein der Bedingung, dass die Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs größer ist als die zulässige Querbeschleunigung qmax;
- h) Ermittlung einer korrigierten Beschleunigung akorr zur Reduzierung der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist.
- a) Determination of the weight m of the vehicle;
- b) determining the position of the vehicle's center of gravity in a plane perpendicular to the direction of gravity;
- c) Determination of the position of the vehicle's center of gravity in the direction of gravity;
- d) determining a permissible lateral acceleration q max for the vehicle and storing the permissible lateral acceleration q max in the control device;
- e) Determination of information from a trajectory (10), which represents an actual vehicle speed v, an acceleration a x in the longitudinal direction of the vehicle (1) and a steering angle α and which
- f) Determination of an actual lateral acceleration q of the vehicle can be used;
- g) Comparison of the actual lateral acceleration q is of the vehicle with the permissible lateral acceleration q max and in the presence of the condition that the actual lateral acceleration q is of the vehicle is greater than the permissible lateral acceleration q max ;
- h) Determination of a corrected acceleration a korr to reduce the actual vehicle speed v ist .
Hiermit kann ein Verfahren bereitgestellt werden, welches nach Beladen des Fahrzeugs die Lage des Schwerpunktes des Fahrzeugs und adaptiv die zulässige Querbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt, sowie die Trajektorienplanung der autonomen Fahrfunktion überwacht und begrenzt, damit eine vorgegebene Querbeschleunigung nicht überschritten wird. Somit kann sichergestellt werden, dass auch bei einer ungünstigen Beladung des Fahrzeugs ein sicherer Betrieb, insbesondere in Kurvenfahrten, gegeben ist.This can be used to provide a method which, after loading the vehicle, determines the position of the center of gravity of the vehicle and adaptively determines the permissible lateral acceleration of the vehicle, as well as monitors and limits the trajectory planning of the autonomous driving function so that a predetermined lateral acceleration is not exceeded. This ensures that even if the vehicle is unfavorably loaded safe operation is ensured, especially when cornering.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Fahrzeugs, wobei dieses Verfahren insbesondere auch besonders für ein autonomes Transportsystem geeignet ist, da hierdurch unabhängig von der Beladung ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs sichergestellt werden kann.The invention describes a method for operating an autonomous vehicle, this method being particularly suitable for an autonomous transport system, since this ensures safe operation of the vehicle regardless of the load.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order in which they are mentioned in the claim sentence and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention are described below.
Ein Antriebsaggregat kann insbesondere eine elektrische Maschine umfassen.A drive unit can in particular include an electrical machine.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Fahrzeugachse einen ersten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang und/oder die zweite Fahrzeugachse einen zweiten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang aufweisen/aufweist und der erste elektrisch betreibbare Antriebsstrang und der zweite elektrisch betreibbare Antriebsstrang höchst bevorzugt im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the first vehicle axle has/has a first electrically operable drive train and/or the second vehicle axle has/has a second electrically operable drive train and the first electrically operable drive train and the second electrically operable drive train are highly preferred are essentially identical.
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.An electrically operable drive train comprises an electric machine and preferably a transmission arrangement coupled to the electric machine. The gear arrangement and the electrical machine form a structural unit. This can be formed, for example, by means of a drive train housing in which the transmission arrangement and the electric machine are accommodated together.
Derartige elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine sowohl als Axialflussmasche als auch als Radialflussmaschine ausgebildet sein.Such electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part called a stator, stand or armature and a part called a rotor or rotor and arranged to be movable relative to the stationary part. In the case of electrical machines designed as rotary machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the axial direction. In connection with the invention, the electrical machine can be designed both as an axial flux machine and as a radial flux machine.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 120 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.In particular, the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved. The electric motor particularly preferably has a power greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 120 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most preferably greater than 12,500 rpm.
Die Getriebeanordnung des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet.The transmission arrangement of the electrically operable drive train can in particular be coupled to the electric machine, which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle. The drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque. The gear arrangement is preferably designed as a planetary gear.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse lenkbar ausgeführt sind, wodurch die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs weiter verbessert werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the vehicle wheels of the first vehicle axle and the second vehicle axle are designed to be steerable, whereby the maneuverability of the vehicle can be further improved.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder einer Fahrzeugachse jeweils mit einer elektrischen Maschine antreibbar sind, wodurch die Fahrdynamik und Fahrstabilität des Fahrzeugs weiter verbessert werden kann.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the vehicle wheels of a vehicle axle can each be driven by an electric machine, whereby the driving dynamics and driving stability of the vehicle can be further improved.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass jeweils ein aktiv lenk- und antreibbares Fahrzeugrad, eine elektrische Maschine, ein Lenkaktuator und eine Bremseinrichtung ein Radantriebsmodul bilden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die elektrische Maschine als Radialflussmaschine ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang ferner, dass das Fahrzeug wenigstens vier, bevorzugt identische Radantriebsmodule aufweist, wodurch sich zum einen die Modularität des Fahrzeugs weiter verbessern lässt, und zum anderen die Fahreigenschaften des Fahrzeugs noch weiter optimiert werden können.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that an actively steerable and driven vehicle wheel, an electric machine, a steering actuator and a braking device each form a wheel drive module. In this context, it is advantageous if the electrical machine is designed as a radial flux machine. In this context, it is also particularly preferred that the vehicle has at least four, preferably identical, wheel drive modules, which on the one hand allows the modularity of the vehicle to be further improved and, on the other hand, the driving characteristics of the vehicle can be further optimized.
Ein Radantriebsmodul umfasst insbesondere einen elektrischen Radnabenantrieb. Derartige elektrische Radnabenantriebe sind aufgrund der Platzverhältnisse und der (zum PKW vergleichsweise geringen) fahrdynamischen Anforderungen gut zum Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet. Neben dem Radnabenantrieb kann ein Radantriebsmodul ferner beispielsweise eine Leistungselektronik zur Bestromung des Radnabenantriebs, ein Radlager, einen Sensor zur Messung des Drehmoments, einen Sensor zur Messung der Geschwindigkeit, einen Sensor zur Gewichtsmessung, einen Sensor zu Messung der Temperatur und/oder einen Sensor zur Geräuschmessung umfassen. Ein Sensor zur Gewichtsmessung kann auch durch oder in der Luftfeder eines Luftfedersystems des Kraftfahrzeugs realisiert sein.A wheel drive module includes in particular an electric wheel hub drive. Such electric wheel hub drives are comparatively small compared to cars due to the space available and the size gen) driving dynamics requirements are well suited for use in commercial vehicles. In addition to the wheel hub drive, a wheel drive module can also, for example, have power electronics for powering the wheel hub drive, a wheel bearing, a sensor for measuring the torque, a sensor for measuring the speed, a sensor for measuring weight, a sensor for measuring the temperature and / or a sensor for measuring noise include. A sensor for weight measurement can also be implemented by or in the air spring of an air suspension system of the motor vehicle.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schritte a)-d) vor Beginn der Fahrt des Fahrzeugs ermittelt werden, um zu keiner Phase des bewegten Betriebs längs der Trajektorien eine potentiell instabile Fahrsituation zuzulassen.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that steps a)-d) are determined before the vehicle begins to travel so as not to allow a potentially unstable driving situation at any phase of the moving operation along the trajectories.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Fahrzeugräder mit einer Sensorik zur Ermittlung des Gewichts m des Fahrzeugs wirkverbunden sind, bei der die auf jedes der Fahrzeugräder wirkende Gewichtskraft des Fahrzeugs bestimmt wird, wodurch eine besonders genaue Gewichtsmessung vor und auch während der Fahrt ermöglicht werden kann.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the vehicle wheels are operatively connected to a sensor system for determining the weight m of the vehicle, in which the weight force of the vehicle acting on each of the vehicle wheels is determined, whereby a particularly precise weight measurement before and can also be made possible while driving.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ein Modul zur Trajektorienplanung und ein Modul zur Trajektorienfolgeregelung umfasst, wobei das Modul zur Trajektorienplanung die Beschleunigung ax in Längsrichtung des Fahrzeugs und den Lenkwinkel α ermittelt und an das Modul zur Trajektorienfolgeregelung übergibt.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the control device comprises a module for trajectory planning and a module for trajectory tracking control, wherein the module for trajectory planning determines the acceleration a x in the longitudinal direction of the vehicle and the steering angle α and sends it to the module to the trajectory control.
Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-4.The object of the invention can further be achieved by a computer program product which is stored on a machine-readable carrier, or computer data signal, embodied by an electromagnetic wave, with program code which is suitable for carrying out the method according to claims 1-4.
Ferner kann die Aufgabe der Erfindung gelöst werden durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1-4 zu veranlassen.Furthermore, the object of the invention can be achieved by a control device for controlling an autonomously driving vehicle, comprising a processor and a memory which contains a computer program code, the memory and the computer program code being configured with the processor, the control device for carrying out a method To initiate claims 1-4.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein autonom fahrendes Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Fahrzeugs, mit einer ersten Fahrzeugachse mit wenigstens zwei Fahrzeugrädern, die eine erste Spurweite S definieren, und einer parallel zur ersten Fahrzeugachse verlaufenden zweiten Fahrzeugachse mit wenigsten zwei Fahrzeugrädern,, die eine zweite Spurweite S definieren, wobei wenigstens die Fahrzeugräder an einer der Fahrzeugachsen, durch die Steuereinrichtung lenkbar sind, und zwei Fahrzeugräder einer der Fahrzeugachsen, durch das Antriebsaggregat antreibbar sind, wobei die Steuereinrichtung nach Anspruch ausgeführt ist.Finally, the object of the invention can also be achieved by an autonomously driving vehicle with a drive unit and a control device for controlling the vehicle, with a first vehicle axle with at least two vehicle wheels that define a first track width S, and a second vehicle axle running parallel to the first vehicle axis with at least two vehicle wheels, which define a second track width S, wherein at least the vehicle wheels on one of the vehicle axles can be steered by the control device, and two vehicle wheels on one of the vehicle axles can be driven by the drive unit, the control device being designed according to claim.
Auch kann es in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Fahrzeug ein Luftfedersystem aufweist, über welches die Fahrzeugräder an einem Chassis des Fahrzeugs entgegen der Schwerkraftrichtung federnd angeordnet sind. Hierdurch kann ein besonders hoher Fahrkomfort erreicht werden und eine gewichtsunabhängige konstante Bodenfreiheit sichergestellt werden.In this context, it can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the vehicle has an air suspension system, via which the vehicle wheels are arranged resiliently on a chassis of the vehicle against the direction of gravity. This makes it possible to achieve a particularly high level of driving comfort and ensure constant ground clearance regardless of weight.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung des Fahrzeugs ein erstes Steuergerät zur Ermittlung der Trajektorie des Fahrzeugs und ein zweites Steuergerät zur Steuerung des Luftfedersystems aufweist, was einen modularen Aufbau der Steuerung ermöglicht.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the control device of the vehicle has a first control device for determining the trajectory of the vehicle and a second control device for controlling the air suspension system, which enables a modular structure of the control.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass jedes Fahrzeugrad ein ihm zugeordnetes Antriebsaggregat aufweist, wodurch der modulare Aufbau des Fahrzeugs weiter optimiert werden kann.Finally, the invention can also be advantageously designed in such a way that each vehicle wheel has a drive unit assigned to it, whereby the modular structure of the vehicle can be further optimized.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.
Es zeigt:
-
1 eine erste Ausführungsform eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltansicht, -
2 eine zweite Ausführungsform eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltansicht, -
3 ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug in einer schematischen Seitenansicht, -
4 eine Steuereinrichtung in einer schematischen Blockschaltansicht, -
5 eine Ablaufdiagramm eines Verfahrens Verfahren zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs.
-
1 a first embodiment of an autonomously driving motor vehicle in a schematic block diagram, -
2 a second embodiment of an autonomously driving motor vehicle in a schematic block diagram, -
3 an autonomously driving motor vehicle in a schematic side view, -
4 a control device in a schematic block diagram, -
5 a flowchart of a method for controlling an autonomous vehicle.
Die
In der
Das Fahrzeug 1, wie es in den
Neben dem Antriebsaggregat 2 und der durch die Steuereinrichtung 3 aktuierbare Lenkung, verfügt das Fahrzeug natürlich auch über eine nicht in den Figuren gezeigte Bremse. Die Aktuatoren für die genannten Funktionen sind nicht weiter dargestellt. Die automatisierte Fahrfunktion ermittelt auf Grundlage der Sensordaten der Umfelderfassung eine Trajektorie 10. Die Trajektorie 10 verfügt über einen Kurvenradius R. Das Luftfedersystem 14 ist dazu ausgebildet die Federkräfte F des jeweiligen Rades 5,6,8,9 zu ermitteln.In addition to the
Die erfinderische Lösung umfasst ein Verfahren, welches nach Beladen eines aus den
Dies wird nachfolgend näher anhand der
Nach dem Verfahren wird nach dem Beladevorgang des Fahrzeugs 1 das Fahrzeuggewicht m und die Lage des Schwerpunktes 27 ermittelt. Hierzu werden die zu transportierenden Güter in den Laderaum 28 eingelegt. Der
Die Ermittlung des Gewichts m des Fahrzeugs 1 kann beispielsweise durch diese Sensorik 11 an den Fahrzeugrädern 5,6,8,9 und/oder durch das Luftfedersystem 14 erfolgen. Das Fahrzeuggewicht m wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der
- m= Gewicht des Fahrzeugs
- Fv1 = Kraft auf das erste Vorderrad
- Fv2 = Kraft auf das zweite Vorderrad
- Fh1 = Kraft auf das erste Hinterrad
- Fh2 = Kraft auf das zweite Hinterrad
- g = Erdbeschleunigung
- m= weight of the vehicle
- Fv1 = force on the first front wheel
- Fv2 = force on the second front wheel
- Fh1 = force on the first rear wheel
- Fh2 = force on the second rear wheel
- g = acceleration due to gravity
Dieser Schritt wird in dem Anlaufdiagramm der
Ermittlung der Lage des Schwerpunkts 27 des Fahrzeugs 1 in einer senkrecht zur Schwerkraftrichtung verlaufenden Ebene 29 sowie die Ermittlung der Lage des Schwerpunkts 27 des Fahrzeugs 1 in Schwerkraftrichtung kann anhand der
Es wird zunächst die Lage des Schwerpunktes 27 in x-Richtung (Ih) ermittelt und basierend auf dieser Information die Lages des Schwerpunktes 27 in z-Richtung (h) bestimmt. Diese Daten werden beim Anfahren bzw. Bremsen, basierend auf der Beschleunigung in Längsrichtung/ Verzögerung in Längsrichtung ax, nach der Beladung des Fahrzeuges 1 ermittelt. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines ganz kurzen Anfahrens und Abbremsens des Fahrzeugs 1 erfolgen.The position of the center of
Die Lages des Schwerpunktes 27 in Längsrichtung (x-Richtung) wird in dem Ablaufdiagramm der Figur in dem Programm-Block b durchgeführt und ergibt sich aus:
- Ih = Position des Schwerpunkts von der Hinterachse aus
- I = Radstand
- Fv1 = Kraft auf das erste Vorderrad
- Fv2 = Kraft auf das zweite Vorderrad
- Fh1 = Kraft auf das erste Hinterrad
- Fh2 = Kraft auf das zweite Hinterrad
- Ih = position of the center of gravity from the rear axle
- I = wheelbase
- Fv1 = force on the first front wheel
- Fv2 = force on the second front wheel
- Fh1 = force on the first rear wheel
- Fh2 = force on the second rear wheel
Die Höhe h des Schwerpunktes 27, der in Programm-Block c bestimmt wird, ergibt sich aus:
- m= Gewicht des Fahrzeugs
- lh = Position des Schwerpunkts von der Hinterachse aus
- l = Radstand
- ax= Soll-Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung
- g = Erdbeschleunigung
- dFv = Änderung der Achslast unter der Längsbeschleunigung ax
- m= weight of the vehicle
- lh = position of the center of gravity from the rear axle
- l = wheelbase
- a x = target acceleration of the vehicle in the longitudinal direction
- g = acceleration due to gravity
- dF v = change in axle load under longitudinal acceleration a x
Die Längsbeschleunigung ax wird durch den Antrieb bzw. durch die Bremse hervorgerufen. Das zweite Steuergerät ermittelt dFv. In einer weiteren Ausführungsform kann auch die Einfederung erfasst werden und über die bekannte Federsteifigkeit die Achslast dFv ermittelt werden. Hierzu kann das Fahrzeug 1 kurz anfahren und abbremsen.The longitudinal acceleration a x is caused by the drive or the brake. The second control unit determines dF v . In a further embodiment, the deflection can also be recorded and the axle load dF v can be determined using the known spring stiffness. For this purpose, the
Basierend auf der Schwerpunkthöhe h wird in einem Programm-Block d1 die zulässige Querbeschleunigung qmax durch folgenden Zusammenhang ermittelt:
- S = Spurweite des Fahrzeugs
- F = Korrekturfaktor oder Korrekturfunktion
- H = Höhe h des Schwerpunktes
- g = Erdbeschleunigung
- S = track width of the vehicle
- F = correction factor or correction function
- H = height h of the center of gravity
- g = acceleration due to gravity
Die zulässige Querbeschleunigung qmax wird in dem Programm-Block d2 in der Steuereinrichtung 3 gespeichert.The permissible lateral acceleration q max is stored in the program block d2 in the
Die voranstehenden Schritte a-d werden vor Beginn der eigentlichen Fahrt des Fahrzeugs 1 ermittelt. Ebenfalls wird vor Beginn der Fahrt die Ermittlung einer Trajektorie 10 für das Fahrzeug 1 durchgeführt, wobei die Trajektorie 10 Informationen umfasst, die eine Beschleunigung ax in Längsrichtung des Fahrzeugs 1 sowie einen Lenkwinkel α repräsentieren und welche zur Ermittlung einer Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs 1 verwendet werden.The preceding steps ad are determined before the actual journey of the
Zur Einhaltung der Trajektorie 10 muss das Fahrzeug 1 eine Beschleunigung in Längsrichtung ax und einen Lenkwinkel α umsetzen. Diese Informationen werden von der Trajektorienplanung 12 an die Trajektorienfolgeregelung 13 übergeben. Wie in der
Basierend auf der vorhandenen Fahrzeuggeschwindigkeit vist, der vorgegebenen Beschleunigung ax und dem Lenkwinkel α, wird die auftretende Querbeschleunigung qist ermittelt. Hierzu wird die Fahrzeuggeschwindigkeit vist z.B. über die Raddrehzahlsensoren 30, ermittelt.Based on the existing vehicle speed v is , the specified acceleration a x and the steering angle α, the transverse acceleration q is determined. For this purpose, the vehicle speed v ist is determined, for example, via the
Nachfolgend wird in dem Programm-Block e2 hierzu eine Fahrzeuggeschwindigkeit vneu auf Basis der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit vist, die bereits im Programm-Block e1 bestimmt wurde, und der Soll-Beschleunigung ax berechnet, mit
- vneu = Fahrzeuggeschwindigkeit
- vist = aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit
- ax= Soll-Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung
- t = Zeit
- v new = vehicle speed
- v is = current vehicle speed
- a x = target acceleration of the vehicle in the longitudinal direction
- t = time
Dann erfolgt in dem Programmblock e3 die Ermittlung des Kurvenradius R auf Basis der Lenkwinkelvorgabe α und dem Radstand I des Fahrzeugs 1, mit
- R = Kurvenradius
- l = Radstand
- α = Lenkwinkel
- R = curve radius
- l = wheelbase
- α = steering angle
Hiermit kann dann schließlich in dem Programm-Block f die Ermittlung der IST-Querbeschleunigung qist auf Basis von vneu und des Kurvenradius R erfolgen, mit
- qist = Ist-Querbeschleunigung
- vneu = Fahrzeuggeschwindigkeit
- R = Kurvenradius
- q is = actual lateral acceleration
- v new = vehicle speed
- R = curve radius
Nun erfolgt in dem Programm-Block g ein Vergleich der Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs 1 mit der zulässigen Querbeschleunigung qmax und bei Vorhandensein der Bedingung, dass die Ist-Querbeschleunigung qist des Fahrzeugs 1 größer ist als die zulässige Querbeschleunigung qmax, wird in dem Programm-Block h eine korrigierte Beschleunigung akorr zur Reduzierung der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist berrechnet. Überschreitet also die auftretende Querbeschleunigung qist die in Abhängigkeit des aktuellen Ladezustands maximal zulässige Querbeschleunigung qmax, so wird eine korrigierte Beschleunigung akorr berechnet. Wird jedoch mit der IST-Querbeschleunigung qist die maximale Querbeschleunigung qmax unterschritten, so wird die Beschleunigung ax vom Antriebssystem umgesetzt.Now, in the program block g, a comparison of the actual lateral acceleration q is of the
Das beschriebene Verfahren kann sich insbesondere als ein Computerprogrammprodukt verkörpern, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.The method described can in particular be embodied as a computer program product stored on a machine-readable medium, or computer data signal, embodied by an electromagnetic wave, with program code suitable for carrying out the method described above.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- AntriebsaggregatDrive unit
- 33
- SteuereinrichtungControl device
- 44
- FahrzeugachseVehicle axle
- 55
- Fahrzeugradvehicle wheel
- 66
- Fahrzeugradvehicle wheel
- 77
- FahrzeugachseVehicle axle
- 88th
- Fahrzeugradvehicle wheel
- 99
- Fahrzeugradvehicle wheel
- 1010
- TrajektorieTrajectory
- 1111
- SensorikSensors
- 1212
- TrajektorienplanungTrajectory planning
- 1313
- TrajektorienfolgeregelungTrajectory tracking control
- 1414
- LuftfedersystemAir suspension system
- 1515
- Prozessorprocessor
- 1616
- SpeicherStorage
- 1919
- Chassischassis
- 2020
- SteuergerätControl unit
- 2121
- SteuergerätControl unit
- 2222
- AntriebsaggregatDrive unit
- 2323
- AntriebsaggregatDrive unit
- 2424
- AntriebsaggregatDrive unit
- 2525
- AntriebsaggregatDrive unit
- 2626
- SensorenSensors
- 2727
- Schwerpunktmain emphasis
- 2828
- Laderaumcargo space
- 2929
- Ebenelevel
- 3030
- RaddrehzahlsensorWheel speed sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- DE 1752295 U [0008]DE 1752295 U [0008]
- DE 102019119074 A1 [0008]DE 102019119074 A1 [0008]
- US 20180129958 A [0008]US 20180129958 A [0008]
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022112684.6A DE102022112684A1 (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Method for controlling an autonomous vehicle, computer program product, control unit and autonomous vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022112684.6A DE102022112684A1 (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Method for controlling an autonomous vehicle, computer program product, control unit and autonomous vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102022112684A1 true DE102022112684A1 (en) | 2023-11-23 |
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DE102022112684.6A Ceased DE102022112684A1 (en) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | Method for controlling an autonomous vehicle, computer program product, control unit and autonomous vehicle |
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |