DE102022119729A1

DE102022119729A1 - Systeme und verfahren zur vorhersage und erkennung von fahrzeuginstabilität

Info

Publication number: DE102022119729A1
Application number: DE102022119729.8A
Authority: DE
Inventors: Ehsan Asadi; Seyed Asal Nahidi; Seyed Alireza Kasaiezadeh Mahabadi; Yubiao Zhang; Hualin Tan; Naser Mehrabi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-03-16
Also published as: US20230077673A1; CN115805933A; US11724689B2

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die Systeme und Verfahren umfassen ein Sensorsystem und einen Prozessor, der zum Ausführen von Programmanweisungen konfiguriert ist, um den mindestens einen Prozessor zu veranlassen, um: Gierratenwerte, Querbeschleunigungswerte und Längsgeschwindigkeitswerte für das Fahrzeug von dem Sensorsystem zu empfangen, Seitengleitwinkel-Parameterwerte basierend auf den Gierratenwerten, Querbeschleunigungswerten und Längsgeschwindigkeitswerten zu bestimmen, Phasenportraitwinkel basierend auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten zu bestimmen, wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen der Gierrate und dem Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt von Gierrate und Seitengleitwinkel darstellen, Fahrzeuginstabilität zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel zu erkennen oder vorherzusagen, und wenn Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird, eine Bewegung des Fahrzeugs zu steuern, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise zu korrigieren.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren im Zusammenhang mit Fahrzeugen zur Erkennung und Vorhersage von Instabilität des Fahrzeugs.
Einige automatisierte Fahrzeugsteuerungssysteme zielen darauf ab, die Stabilität des Fahrzeugaufbaus zu erhalten. Einige Fahrzeugsteuerungssysteme verwenden ein Modellvorhersage-Steuerungsfahrzeugmodell, um Steuerbefehle auf der Grundlage verschiedener Eingaben von einem Sensorsystem zu erzeugen. Einige Modellvorhersage-Steuerungsalgorithmen stützen sich auf Daten, die ungenau oder unpräzise sein können, wie z. B. Reifenmodelle, Fahrbahnbeschaffenheit und Seitengeschwindigkeit. Solche modellprädiktiven Steuerungsverfahren könnten verbessert werden, wenn die Instabilität des Fahrzeugaufbaus ohne Verwendung weniger zuverlässiger Dateneingaben genau erkannt werden könnte.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren bereitzustellen, die eine Instabilität des Fahrzeugaufbaus vorhersagen und erkennen können, ohne notwendigerweise Eingabedaten wie den Straßenzustand und das Reifenmodell zu benötigen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Erkennung von Fahrzeuginstabilität und die Fahrzeugsteuerung mit zuverlässigen Eingangsmessungen, einer minimalen Anzahl von Messungen und einem geringen Rechenaufwand zu ermöglichen. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund.
BESCHREIBUNG
In einem Aspekt wird ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst ein Sensorsystem und einen Prozessor in betriebsfähiger Kommunikation mit dem Sensorsystem, wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er Programmanweisungen ausführt, wobei die Programmanweisungen so konfiguriert sind, dass sie den Prozessor veranlassen, um: Gierratenwerte, Querbeschleunigungswerte und Längsgeschwindigkeitswerte für das Fahrzeug von dem Sensorsystem zu empfangen; Seitengleitwinkel-Parameterwerte auf der Grundlage der Gierratenwerte, Querbeschleunigungswerte und Längsgeschwindigkeitswerte zu bestimmen; Phasenportraitwinkel auf der Grundlage der Seitengleitwinkel-Parameterwerte (z. B. zeitliche Ableitung des Seitengleitwinkels) und der Gierratenwerte (z. B. zeitliche Ableitung der Gierrate) zu bestimmen, wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen der Gierrate und dem Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt von Gierrate und Seitengleitwinkel darstellen; Fahrzeuginstabilität zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel zu erkennen oder vorherzusagen; und wenn Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird, eine Bewegung des Fahrzeugs zu steuern, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise zu korrigieren.
In Ausführungsformen sind die Seitengleitwinkelparameterwerte eine zeitliche Ableitung von Seitengleitwinkelwerten, und wobei die Programmanweisungen so konfiguriert sind, dass sie den Prozessor veranlassen, eine zeitliche Ableitung der Gierratenwerte zu bestimmen und die Phasenporträtwinkel auf der Grundlage der zeitlichen Ableitung der Gierratenwerte und der zeitlichen Ableitung der Seitengleitwinkelwerte zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Bestimmung der Phasenporträtwinkel eine inverse Tangensfunktion, die auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten basiert.
In Ausführungsformen sind die Programmanweisungen so konfiguriert, dass sie den Prozessor veranlassen, Geschwindigkeitsgrößenwerte auf der Grundlage von Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten zu bestimmen, wobei die Geschwindigkeitsgrößenwerte eine Bewegungsgeschwindigkeit der Gierrate und des Seitengleitwinkels für das Fahrzeug innerhalb des Phasenportraits darstellen. Die Erkennung der Fahrzeuginstabilität basiert zumindest auf den Phasenporträtwinkeln und den Geschwindigkeitsgrößenwerten.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erkennung oder Vorhersage von Fahrzeuginstabilität eine frühzeitige Vorhersage von Fahrzeuginstabilität und eine Erkennung von Fahrzeuginstabilität. Die frühzeitige Vorhersage der Fahrzeuginstabilität kann zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel und eines Mindestbetrags der Änderung der Gierratenwerte durchgeführt werden. Die Erkennung der Fahrzeuginstabilität kann zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel und einer minimalen Änderung der Seitengleitwinkel-Parameterwerte durchgeführt werden. Die frühzeitige Vorhersage der Fahrzeuginstabilität kann zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel durchgeführt werden, die einen im Wesentlichen vertikalen Pfad im Phasenporträt darstellen, der durch eine sich ändernde Gierrate und einen im Wesentlichen konstanten Seitengleitwinkel definiert ist. Die Erkennung der Fahrzeuginstabilität kann zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel erfolgen, die einen im Wesentlichen horizontalen Pfad in dem Phasenporträt darstellen, der durch einen sich ändernden Schräglaufwinkel und eine im Wesentlichen konstante Gierrate definiert ist.
In Ausführungsformen sind die Programmanweisungen so konfiguriert, dass sie, wenn Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird, den Prozessor veranlassen, ein Instabilitätsniveau des Fahrzeugs auf der Grundlage der Seitengleitwinkel-Parameterwerte zu bestimmen und die Bewegung des Fahrzeugs zu steuern, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise auf der Grundlage des Instabilitätsniveaus zu korrigieren.
In einigen Ausführungsformen wird die Bewegung des Fahrzeugs so gesteuert, dass die Instabilität des Fahrzeugs zumindest teilweise korrigiert wird, indem die Randbedingungen in einem modellprädiktiven Steuerungsalgorithmus angepasst werden.
In einigen Ausführungsformen basiert die Erkennung oder Vorhersage der Fahrzeuginstabilität nicht auf Informationen über die Straßenoberfläche oder die Reifen.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Empfangen von Gierratenwerten, Querbeschleunigungswerten und Längsgeschwindigkeitswerten für das Fahrzeug von einem Sensorsystem über mindestens einen Prozessor; Bestimmen von Seitengleitwinkel-Parameterwerten über den mindestens einen Prozessor basierend auf den Gierratenwerten, den Querbeschleunigungswerten und den Längsgeschwindigkeitswerten; Bestimmen von Phasenportraitwinkeln über den Prozessor basierend auf den (z.B. Zeitableitung der) Seitengleitwinkel-Parameterwerte(n) und den (z.B. Zeitableitung der) Gierratenwerte(n), wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen der (z.B. Zeitableitungen der) Gierrate und dem Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt der Gierrate und des Seitengleitwinkels darstellen; Erfassen oder Vorhersagen von Fahrzeuginstabilität über den Prozessor auf der Grundlage zumindest der Phasenporträtwinkel; und wenn Fahrzeuginstabilität erfasst oder vorhergesagt wird, Steuern der Bewegung des Fahrzeugs über den Prozessor, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise zu korrigieren.
In einer Ausführungsform sind die Seitengleitwinkel-Parameterwerte eine zeitliche Ableitung der Seitengleitwinkelwerte. Das Verfahren umfasst die Bestimmung einer zeitlichen Ableitung der Gierratenwerte durch den Prozessor. Die Bestimmung der Phasenporträtwinkel basiert auf der zeitlichen Ableitung der Gierratenwerte und der zeitlichen Ableitung der Seitengleitwinkelwerte.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Bestimmung der Phasenporträtwinkel eine inverse Tangensfunktion, die auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten basiert.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bestimmen von Geschwindigkeitsgrößenwerten über den Prozessor auf der Grundlage von Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten, wobei die Geschwindigkeitsgrößenwerte eine Bewegungsgeschwindigkeit von Gierrate und Seitengleitwinkel für das Fahrzeug innerhalb des Phasenporträts darstellen. Die Erkennung oder Vorhersage von Fahrzeuginstabilität basiert zumindest auf den Phasenporträtwinkeln und den Geschwindigkeitsgrößenwerten.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erkennung oder Vorhersage von Fahrzeuginstabilität eine frühzeitige Vorhersage von Fahrzeuginstabilität und eine Erkennung von Fahrzeuginstabilität. Die frühzeitige Vorhersage der Fahrzeuginstabilität wird zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel und eines Mindestbetrags der Änderung der Gierratenwerte durchgeführt. Die Erkennung von Fahrzeuginstabilität erfolgt zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel und eines minimalen Änderungsbetrags der Seitengleitwinkel-Parameterwerte.
Ein weiterer Aspekt ist die Bereitstellung eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst ein Sensorsystem und einen Prozessor, der mit dem Sensorsystem kommunizieren kann. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er Programmbefehle ausführt, um den Prozessor zu veranlassen zum: Empfangen von Gierratenwerten, Querbeschleunigungswerten und Längsgeschwindigkeitswerten für das Fahrzeug von dem Sensorsystem; Bestimmen von Seitengleitwinkel-Parameterwerten basierend auf den Gierratenwerten, Querbeschleunigungswerten und Längsgeschwindigkeitswerten; Bestimmen von Phasenporträtwinkeln auf der Grundlage der Seitengleitwinkel-Parameterwerte und der Gierratenwerte, wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen Gierrate und Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt der Gierrate und des Seitengleitwinkels darstellen; Erkennen oder Vorhersagen von Fahrzeuginstabilität zumindest auf der Grundlage der Phasenporträtwinkel; und wenn Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird, Steuern der Bewegung des Fahrzeugs, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise zu korrigieren.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ein funktionelles Blockdiagramm ist, das ein Fahrzeug in Verbindung mit einem System zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 ein Phasenporträt gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
3 ein funktionelles Blockdiagramm des Systems zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch ausdrückliche oder stillschweigende Theorien gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf jede Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorvorrichtung, einzeln oder in beliebiger Kombination, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder als Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bieten.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Solche Blockkomponenten können durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden, die zur Ausführung der angegebenen Funktionen konfiguriert sind. Beispielsweise kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder Ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus wird der Fachmann erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen verwendet werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber werden konventionelle Techniken im Zusammenhang mit Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und anderen funktionellen Aspekten der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Figuren dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Bezugnehmend auf 1 ist ein System zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität, das allgemein mit 200 dargestellt ist, mit einem Fahrzeug 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen verbunden. Im Allgemeinen bietet das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität eine Methodik und eine algorithmische Struktur zur Vorhersage des Verhaltens und zur Erkennung von Instabilität eines Aufbaus des Fahrzeugs 10 auf der Grundlage von Aufbaubewegungsmustern in einem Phasenporträt. Die Vorhersage- und/oder Erkennungsinformationen können verwendet werden, um Beschränkungen der Fahrzeugbewegungssteuerung anzupassen (oder anderweitig anzupassen). Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität kann Fahrzeugbewegungsmuster im Phasenportrait β (Seitengleitwinkel) gegenüber r (Gierrate) identifizieren und nutzen, um Aufbauinstabilität des Fahrzeugs 10 vorherzusagen und zu erkennen. Gemäß einigen Ausführungsformen ist für die Überwachung der Aufbauinstabilität kein Reifenmodell/keine Information erforderlich, und das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität ist unabhängig von den Straßenbedingungen. In den hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität eine minimale (3) Anzahl von Messungen und zuverlässigen Schätzungen. Zusätzlich zur Erkennung kann das vorliegende System 200 eine Frühwarnung für eine Instabilität des Aufbaus des Fahrzeugs 10 geben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Fahrgestell 12, einen Aufbau 14, Vorderräder 16 und Hinterräder 18. Der Aufbau 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen die Komponenten des Fahrzeugs 10. Der Aufbau 14 und das Fahrgestell 12 können zusammen einen Rahmen bilden. Die Räder 16-18 sind jeweils in der Nähe einer Ecke des Aufbaus 14 drehbar mit dem Fahrgestell 12 verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Fahrzeug 10 ein autonomes Fahrzeug und das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität ist mit dem Fahrzeug 10 verbunden. Das Fahrzeug 10 ist beispielsweise ein Fahrzeug, das automatisch gesteuert wird, um Passagiere von einem Ort zu einem anderen zu befördern. Das Fahrzeug 10 ist in der gezeigten Ausführungsform als Pkw dargestellt, aber es sollte verstanden werden, dass jedes andere Fahrzeug, einschließlich Motorräder, Lastwagen, Geländewagen (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), gemeinsam genutzte Personenfahrzeuge, Busse usw., ebenfalls verwendet werden können. In einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein so genanntes Stufe-Vier- oder Stufe-Fünf-Automatisierungssystem. Ein System der Stufe vier bedeutet „hohe Automatisierung“, d. h. ein automatisiertes Fahrsystem führt alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe durch, auch wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Ein System der Stufe fünf bedeutet „Vollautomatisierung“, d. h. ein automatisiertes Fahrsystem führt alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können, vollständig aus. In anderen Ausführungsformen weist das Fahrzeug 10 jedoch einen niedrigeren Automatisierungsgrad auf und umfasst fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme (ADAS).
Wie dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 im Allgemeinen ein Antriebssystem 20, ein Getriebesystem 22, ein Lenksystem 24, ein Bremssystem 26, ein Sensorsystem 28, ein Aktuatorsystem 30, mindestens eine Datenspeichervorrichtung 32, mindestens eine Steuerung 34 und ein angeschlossenes System 36. Das Antriebssystem 20 kann in verschiedenen Ausführungsformen einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wie z. B. einen Fahrmotor, und/oder ein Brennstoffzellen-Antriebssystem umfassen. Das Getriebesystem 22 ist so konfiguriert, dass es die Leistung des Antriebssystems 20 auf die Räder 16-18 des Fahrzeugs gemäß wählbaren Geschwindigkeitsverhältnissen überträgt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Getriebesystem 22 ein stufenloses Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe umfassen. Das Bremssystem 26 ist so konfiguriert, dass es ein Bremsmoment auf die Fahrzeugräder 16-18 ausübt. Das Bremssystem 26 kann in verschiedenen Ausführungsformen Reibungsbremsen, Seilzugbremsen, ein regeneratives Bremssystem, wie eine elektrische Maschine, und/oder andere geeignete Bremssysteme umfassen. Das Lenksystem 24 beeinflusst eine Position der Fahrzeugräder 16-18. Obwohl zur Veranschaulichung ein Lenkrad dargestellt ist, mag das Lenksystem 24 in einigen Ausführungsformen, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden, kein Lenkrad enthalten.
Das Sensorsystem 28 umfasst eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen 40a-40n, die beobachtbare Bedingungen der äußeren Umgebung und/oder der inneren Umgebung des Fahrzeugs 10 erfassen. Die Sensorvorrichtungen 40a-40n können Radare, Lidare, globale Positionierungssysteme, optische Kameras, Wärmekameras, Ultraschallsensoren und/oder andere Sensoren umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Sensorsystem 28 umfasst eine Trägheitsmesseinheit und einen Längsgeschwindigkeitssensor. Das Sensorsystem 28 gibt die Gierrate r, die Längsgeschwindigkeit V_x und die Querbeschleunigung A_y als Dateneingaben an das System 200 zur Erkennung und Vorhersage der Fahrzeuginstabilität aus. Das Aktuatorsystem 30 umfasst eine oder mehrere Aktuatorvorrichtungen 42a-42n, die eine oder mehrere Fahrzeugfunktionen steuern, wie z. B. das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26, ohne darauf beschränkt zu sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die Fahrzeugmerkmale außerdem Innen- und/oder Außenmerkmale des Fahrzeugs umfassen, wie z. B. Türen, einen Kofferraum und Kabinenmerkmale wie Luft, Musik, Beleuchtung usw. (nicht nummeriert).
Das angeschlossene System 36 ist so konfiguriert, dass es drahtlos Informationen an und von anderen Einheiten 48 übermittelt, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, andere Fahrzeuge („V2V“-Kommunikation), Infrastruktur („V2I“-Kommunikation), entfernte Systeme und/oder persönliche Geräte. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das angeschlossene System 36 ein drahtloses Kommunikationssystem, das so konfiguriert ist, dass es über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) unter Verwendung von IEEE 802.1 1-Standards oder unter Verwendung zellularer Datenkommunikation kommuniziert. Zusätzliche oder alternative Kommunikationsmethoden, wie z. B. ein dedizierter Kurzstrecken-Kommunikationskanal (DSRC), werden jedoch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ebenfalls berücksichtigt. DSRC-Kanäle beziehen sich auf ein- oder zweiseitige drahtlose Kommunikationskanäle mit kurzer bis mittlerer Reichweite, die speziell für den Einsatz in Kraftfahrzeugen entwickelt wurden, sowie auf eine Reihe von Protokollen und Standards.
Die Datenspeichervorrichtung 32 speichert Daten zur Verwendung bei der automatischen Steuerung des Fahrzeugs 10. In verschiedenen Ausführungsformen speichert die Datenspeichervorrichtung 32 definierte Karten der navigierbaren Umgebung. In verschiedenen Ausführungsformen können die definierten Karten von einem entfernten System (z. B. einem Cloud-Verarbeitungssystem) vordefiniert und abgerufen werden. Beispielsweise können die definierten Karten von dem entfernten System zusammengestellt und an das Fahrzeug 10 (drahtlos und/oder drahtgebunden) übermittelt und in der Datenspeichervorrichtung 32 gespeichert werden. Wie zu erkennen ist, kann die Datenspeichervorrichtung 32 Teil der Steuerung 34, getrennt von der Steuerung 34 oder Teil der Steuerung 34 und Teil eines separaten Systems sein. Die Datenspeichervorrichtung 32 kann Referenzdaten 238 (siehe 3) zur Verwendung durch das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität speichern.
Die Steuerung 34 umfasst mindestens einen Prozessor 44 und ein computerlesbares Speichergerät oder -medium 46. Der Prozessor 44 kann ein beliebiger kundenspezifischer oder handelsüblicher Prozessor sein, eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die mit der Steuerung 34 verbunden sind, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsets), ein Makroprozessor, eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen. Die computerlesbaren Speichergeräte oder -medien 46 können flüchtige und nichtflüchtige Speicher umfassen, z. B. Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM). KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 44 ausgeschaltet ist. Die computerlesbare(n) Speichervorrichtung(en) 46 kann/können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Speichervorrichtungen wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung 34 bei der Steuerung des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme umfassen, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Wenn die Anweisungen vom Prozessor 44 ausgeführt werden, empfangen und verarbeiten sie Signale vom Sensorsystem 28, führen Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen zur automatischen Steuerung der Komponenten des Fahrzeugs 10 durch und erzeugen Steuersignale für das Aktuatorsystem 30, um die Komponenten des Fahrzeugs 10 auf der Grundlage der Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen automatisch zu steuern. Obwohl in 1 nur eine Steuerung 34 dargestellt ist, können Ausführungsformen des Fahrzeugs 10 eine beliebige Anzahl von Steuerungen 34 umfassen, die über ein beliebiges geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Verfahren und/oder Algorithmen durchzuführen und Steuersignale zu erzeugen, um Merkmale des Fahrzeugs 10 automatisch zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Anweisungen der Steuerung 34 im System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilitäten enthalten und führen, wenn sie vom Prozessor 44 ausgeführt werden, die in Bezug auf das System von 3 beschriebenen Funktionen und die Schritte der in Bezug auf 4 beschriebenen Verfahren aus. Insbesondere ist der Prozessor 44 durch die Anweisungen so konfiguriert, dass er Eingabedaten empfängt, die den Zustand des Fahrzeugs im Schwerpunkt des Fahrzeugs 10 darstellen, um bevorstehende Instabilitäten des Fahrzeugaufbaus vorherzusagen oder aktuelle Instabilitäten des Fahrzeugaufbaus zu erkennen. Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeugaufbauinstabilitäten arbeitet auf der Grundlage der Auswertung von Parametern, die Bewegungsmuster des Fahrzeugaufbaus in Phasenportraits darstellen. Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität kann Daten ausgeben, die die vorhergesagte oder erkannte Fahrzeuginstabilität repräsentieren, die zur Anpassung von Beschränkungen oder anderen Parametern eines Fahrzeugbewegungssteuerungssystems 220 verwendet werden können (siehe 3). In einer Ausführungsform werden die Randbedingungen eines Algorithmus zur prädiktiven Bewegungssteuerung auf der Grundlage der vom System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität ausgegebenen Fahrzeuginstabilitätsdaten angepasst. Auf diese Weise kann eine verbesserte Steuerungsleistung für das Fahrzeug 10 erzielt werden.
In 2 ist ein Phasenporträt 100 der Gierrate r entlang einer y-Achse 104 und des Seitengleitwinkels β entlang einer x-Achse 105 dargestellt. Im Phasenporträt sind Datenpunkte 109 der Aufbaubewegung eingezeichnet. Ferner ist ein stabiler Bereich 108 des Phasenporträts dargestellt, der eine Grenze für die Aufbaubewegungsdatenpunkte 109 zeigt, die im Allgemeinen die Stabilität des Fahrzeugaufbaus darstellen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung haben sich die Muster der Aufbaubewegungsdatenpunkte 109 als geeignet erwiesen, eine frühzeitige Vorhersage und eine tatsächliche Erkennung der Instabilität des Fahrzeugaufbaus zu ermöglichen. Insbesondere wenn die Bewegungsdatenpunkte 109 im Phasenporträt 100 (im Wesentlichen konstanter Seitengleitwinkel β und sich ändernde Gierrate r) bei ausreichender Geschwindigkeit im Allgemeinen vertikal verlaufen, kann ein Vorhersagemuster 110 identifiziert werden, das eine frühzeitige Vorhersage von Fahrzeuginstabilität ermöglicht. Wenn die Aufbaubewegungsdatenpunkte 109 im Phasenporträt 100 im Allgemeinen horizontal verlaufen (im Wesentlichen konstante Gierrate r bei sich änderndem Seitengleitwinkel (3), kann ein Erkennungsmuster 112 identifiziert werden, das auf die Erkennung eines aktuellen Fahrzeuginstabilitätsereignisses hinweist. Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität leitet Phasenportrait-Parameter ab und bestimmt, ob Bedingungen, die das Vorhersagemuster 110 oder das Erkennungsmuster 112 beschreiben, erfüllt sind. In Ausführungsformen umfassen die Phasenportrait-Parameter den Phasenportrait-Winkel θ 106 zwischen der Gierrate r und dem Seitengleitwinkel β für ein Stichprobenfenster einer Vielzahl von Aufbaubewegungsdatenpunkten 109 und einer Bewegungsgeschwindigkeit M des Stichprobenfensters von Aufbaubewegungsdatenpunkten 109. Die Bewegungsgeschwindigkeit M ist niedriger für aufeinanderfolgende Aufbaubewegungsdatenpunkte 109, die relativ nahe beieinander liegen, und höher für aufeinanderfolgende Aufbaubewegungsdatenpunkte 109, die relativ weit voneinander entfernt sind.
Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität wird nun unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben. Das System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität umfasst eine Referenzdatenquelle 214, das Sensorsystem 28, ein Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 und ein Fahrzeugbewegungssteuerungssystem 220. Das Sensorsystem 28 liefert Sensordaten 240, aus denen das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 Parameter ableiten kann, die auf Phasenporträt-Bewegungsmuster hinweisen. Das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 wertet die Parameter aus, die für Phasenporträt-Bewegungsmuster kennzeichnend sind, um eine frühzeitige Vorhersage von Fahrzeugaufbauinstabilität zu ermöglichen und eine aktuelle Fahrzeugaufbauinstabilität zu erkennen. Das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 gibt Fahrzeuginstabilitätsdaten 226 aus, die die Vorhersage und/oder Erkennung von Fahrzeugaufbauinstabilität zur Verwendung bei der Korrektur von Beschränkungen oder anderen Parametern des Fahrzeugbewegungssteuerungssystems 220 enthalten, um das Fahrzeug in einen stabileren Zustand zu bringen. Das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 führt eine Stabilitätswiederherstellungserkennung durch, um Fahrzeuginstabilitäts- und Vorhersageflags zurückzusetzen, die durch das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 gesetzt worden sind.
In der beispielhaften Ausführungsform von 3 liefert das Sensorsystem 28 Sensordaten 240 einschließlich Messungen oder Schätzungen der Gierrate r, der Querbeschleunigung A_y und der Längsgeschwindigkeit V_x für das Fahrzeug 10. Die Sensordaten 240 werden dem Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 zur Verfügung gestellt, um die Fahrzeuginstabilität ohne Verwendung von Fahrbahnzustandsdaten und Reifenmodell/-informationen vorherzusagen und zu erkennen. Das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 umfasst ein Vorverarbeitungsmodul 208, das so konfiguriert ist, dass es die Sensordaten 240 empfängt und verschiedene Operationen darauf ausführt. Das Vorverarbeitungsmodul bestimmt eine zeitliche Ableitung der Gierrate ṙ und eine zeitliche Ableitung des Seitengleitwinkels β̇̇̇̇̇̇̇ gemäß den folgenden Gleichungen: $\dot{r} = \frac{d r}{d t}$
$\dot{β} ≅ \frac{A_{y}}{V_{x}} - r$
In einigen Ausführungsformen wendet das Vorverarbeitungsmodul 208 außerdem eine Mittelwertbildungsfunktion auf die Gierrate ṙ und eine zeitliche Ableitung des Seitengleitwinkels β̇̇̇̇̇ oder auf die eingehenden Sensordaten 240 an. Bei der Mittelwertbildungsfunktion kann es sich um eine Funktion des gleitenden Durchschnitts handeln. Das Vorverarbeitungsmodul 208 gibt vorverarbeitete Messdaten 232 aus, einschließlich einer gepaarten Ableitung der Gierrate und einer Ableitung des Seitengleitwinkels, die repräsentativ für die Aufbaubewegungsdatenpunkte 109 sind, wie in 2 beschrieben, und die zur Ableitung der Phasenporträtparameter verwendet werden können, die die Instabilität des Fahrzeugaufbaus anzeigen.
Das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 umfasst ein Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 und ein Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206. Das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 implementiert eine Reihe von Bedingungen, die in Bezug auf die aus den vorverarbeiteten Messdaten 232 abgeleiteten Phasenporträtparameter ausgewertet werden, um das in 2 beschriebene Vorhersagemuster 110 zu identifizieren. Das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 implementiert eine Reihe von Bedingungen, die in Bezug auf die aus den vorverarbeiteten Messdaten 232 abgeleiteten Phasenporträtparameter ausgewertet werden, um das in 2 beschriebene Erkennungsmuster 112 zu identifizieren.
Das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 empfängt ein Stichprobenfenster von p vorverarbeiteten Messdaten 232. Bei den vorverarbeiteten Messdaten 232 handelt es sich um Zeitreihendaten, wobei der jüngste Datenpunkt mit t_k gekennzeichnet ist. Die Größe des Stichprobenfensters ist definiert als t_k-p: t_k. Das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 identifiziert das Vorhersagemuster 110, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

für t = t_k-p: t_k, $θ = {tan}^{- 1} (- \dot{β}, \dot{r}) = {\begin{array}{l} 0, r \geq 0 \\ \pm π, r < 0 \end{array}$
$M = \sqrt{K_{1} {\dot{r}}^{2} + K_{2} {\dot{β}}^{2}} > C_{1}$
$| Δ t_{t_{k - p} : t_{k}} | \geq C_{2}$

Gleichung 3 stellt eine Bestimmung des Phasenporträtwinkels θ 106 dar. Der Phasenporträtwinkel θ 106 sollte dem Stichprobenfenster der vorverarbeiteten Messdaten 232 entsprechen, das mit einem im Wesentlichen vertikalen Muster im Phasenporträt 100 korrespondiert. Gleichung 4 stellt die Geschwindigkeit der Bewegung (oder das Ausmaß der Streuung) M der Datenpunkte dar, die in dem Stichprobenfenster der vorverarbeiteten Messdaten 232 enthalten sind. K₁ und K₂ sind kalibrierbare Gewichtungsfaktoren, die in den Referenzdaten 238 aus der Referenzdatenquelle 214 enthalten sind. C₁ ist eine kalibrierbare Konstante, die einen Schwellenwert für die Bewegungsgeschwindigkeit angibt, oberhalb dessen das Vorhersagemuster identifizierbar ist. Gleichung 5 stellt eine dritte Bedingung dar, die einen ausreichenden Betrag (größer als die kalibrierbare Konstante C₂) der Gesamtbewegung/Änderung der Gierrate r über das Abtastfenster erfordert. Damit das Vorhersagemuster 110 identifiziert werden kann, sollten die Gleichungen 3, 4 und 5 erfüllt sein. Jede der Bedingungen der Gleichungen 3, 4 und 5 ist jedoch kennzeichnend für das Vorhersagemuster 110 und kann unabhängig oder in beliebiger Kombination angewendet werden. Wenn das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 auf der Grundlage der Gleichungen 3, 4 und 5 feststellt, dass das Vorhersagemuster 110 existiert, werden Instabilitätsvorhersageausgangsdaten 228 bereitgestellt, die dies anzeigen. Die Instabilitätsvorhersageausgabedaten 228 können ein boolesches Vorhersageflag oder eine granularere Variable enthalten, die die Sicherheit der Vorhersage oder Ähnliches darstellt.
Das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 empfängt ein Stichprobenfenster von p vorverarbeiteten Messdaten 232. Die Zahl p für das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 kann sich von der Zahl p für das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 unterscheiden. Bei den vorverarbeiteten Messdaten 232 handelt es sich um Zeitreihendaten, wobei der jüngste Datenpunkt mit t_k bezeichnet wird_. Die Größe des Abtastfensters ist definiert als t_k-p: t_k. Das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 identifiziert das Erkennungsmuster 112, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

für t = t_k-p: t_k, $θ = {tan}^{- 1} (- \dot{β}, \dot{r}) = {\begin{array}{l} \frac{π}{2}, r \geq 0 \\ - \frac{π}{2}, r < 0 \end{array}$
$M = \sqrt{K_{1} {\dot{r}}^{2} + K_{2} {\dot{β}}^{2}} > C_{3}$
$\int_{t_{k - p}}^{t_{k}} | \dot{β} | d t \geq C_{4}$

Gleichung 6 stellt eine Bestimmung des Phasenporträtwinkels θ 106 dar. Der Phasenporträtwinkel θ 106 sollte dem Stichprobenfenster der vorverarbeiteten Messdaten 232 entsprechen, das mit einem im Wesentlichen horizontalen Muster im Phasenporträt 100 korrespondiert. Gleichung 7 gibt die Geschwindigkeit der Bewegung (oder das Ausmaß der Streuung) M der Datenpunkte an, die in dem Stichprobenfenster der vorverarbeiteten Messdaten 232 enthalten sind. K₁ und K₂ sind kalibrierbare Gewichtungsfaktoren, die in den Referenzdaten 238 aus der Referenzdatenquelle 214 enthalten sind. C₃ ist eine kalibrierbare Konstante, die einen Schwellenwert für die Bewegungsgeschwindigkeit angibt, oberhalb dessen das Vorhersagemuster identifizierbar ist. Gleichung 8 stellt eine dritte Bedingung dar, die eine ausreichende Menge (größer als die kalibrierbare Konstante C₄) an Gesamtbewegung/Änderung des Seitengleitwinkels β̇̇̇̇ über das Probenfenster. Damit das Erkennungsmuster 112 identifiziert werden kann, sollten die Gleichungen 6, 7 und 8 erfüllt sein. Jede der Bedingungen der Gleichungen 6, 7 und 8 ist jedoch kennzeichnend für das Erkennungsmuster 112 und kann einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden. Wenn das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 auf der Grundlage der Gleichungen 6, 7 und 8 feststellt, dass das Erkennungsmuster 112 existiert, werden Instabilitätserkennungsausgabedaten 230 bereitgestellt, die dies anzeigen. Die Instabilitätsvorhersageausgabedaten 228 können ein boolesches Vorhersageflag oder eine granularere Variable enthalten, die die Sicherheit der Vorhersage oder Ähnliches darstellt.
In Ausführungsformen werden die Instabilitätserkennungsausgabedaten 230 (z. B. ein Erkennungsflag) und die Instabilitätserkennungsausgabedaten 228 (z. B. ein Vorhersageflag) als Teil der Fahrzeuginstabilitätsdaten 226 zur weiteren Verarbeitung durch das Fahrzeugbewegungssteuerungssystem 220 ausgegeben. In einer Ausführungsform reagiert ein Stabilitätsniveaubestimmungsmodul (nicht dargestellt) auf ein Erkennungsflag vom Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206, um ein Instabilitätsniveau zu bestimmen. Das Instabilitätsniveau kann gemäß Gleichung 9 berechnet werden: $L e v e l o f I n s t a b i l i t y = \int_{t_{1}}^{t_{2}} | \dot{β} | d t$
t1 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 zum ersten Mal eine Instabilität feststellt. t2 ist ein späterer Zeitpunkt (z. B. etwa 2 Sekunden später), zu dem das Integral der Rate des Seitengleitwinkels einigermaßen genau ein Niveau der Instabilität anzeigt. Die Quantifizierung des Instabilitätsniveaus kann als Teil der Fahrzeuginstabilitätsdaten 226 zur Verwendung durch das Fahrzeugbewegungssteuerungssystem 220 aufgenommen werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 ein Stabilitätswiederherstellungserkennungsmodul 212 zur Erkennung, wenn die Bedingungen für die Instabilitätsvorhersage oder -erkennung nicht mehr gegeben sind, und zur entsprechenden Änderung der Instabilitätsvorhersageausgabedaten 228 oder der Instabilitätserkennungsausgabedaten 230 (z. B. durch Zurücksetzen eines Vorhersage- oder Erkennungsflags). Eine Vielzahl von Bedingungen kann verwendet werden, um zu erkennen, dass die Instabilitätsvorhersage nicht mehr gültig ist, einschließlich eine oder mehrere von: der Phasenporträtwinkel 106 ist nicht vertikal (z. B. die Bedingung von Gleichung 3 ist nicht erfüllt); der Geschwindigkeitsbetrag M hat sich ausreichend verringert (z. B. die Bedingung von Gleichung 4 ist nicht mehr erfüllt); die Gierrate nähert sich oder ist gleich Null; ein Verhältnis der aktuellen Gierrate zur Gierrate, die das Fahrzeuginstabilitätsvorhersagemodul 204 verursacht, ist kleiner als eine vorbestimmte Konstante; und die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs nähert sich oder ist gleich Null. Es kann eine Vielzahl von Bedingungen verwendet werden, um zu erkennen, dass die Instabilitätserkennung nicht mehr gültig ist, einschließlich eine oder mehrere von: der Geschwindigkeitsbetrag M hat sich ausreichend verringert (z. B. die Bedingung von Gleichung 7 ist nicht mehr erfüllt); die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 nähert sich oder ist gleich Null; die Gierrate nähert sich oder ist gleich Null; und das Integral von Gleichung 9 von der Zeit (t₁), als das Fahrzeuginstabilitätserkennungsmodul 206 Fahrzeuginstabilität erkannte, bis zur aktuellen Zeit nähert sich Null. Andere Bedingungen für das Zurücksetzen der Vorhersage- oder Erkennungsflags können zusätzlich oder alternativ verwendet werden. Die Änderung der Instabilitätsvorhersage- oder Erkennungsausgabedaten 228, 230 bei Erkennung einer Stabilitätserholung wird dem Fahrzeugbewegungssteuerungssystem 220 als Teil der Fahrzeuginstabilitätsdaten 226 zur Verfügung gestellt. Das Fahrzeugbewegungssteuerungssystem kann auf eine solche Änderung reagieren, indem es aufhört, Korrekturmaßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu ergreifen, da die bereits ergriffenen Maßnahmen wirksam waren.
Das Fahrzeugbewegungssteuerungssystem 220 umfasst ein Fahrzeugbewegungssteuerungsmodul 222 und einen Fahrzeugbewegungssteuerungseinsteller 224 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Fahrzeugbewegungssteuerungsmodul 222 erzeugt Fahrzeugbewegungssteuerungsbefehlsdaten 242, die Steueraktionen verkörpern, die von dem Aktuatorsystem 30 zur Steuerung des Fahrzeugs ausgeführt werden sollen. Mit weiterem Bezug auf 1 können die Fahrzeugbewegungssteuerungsbefehlsdaten 242 eine oder mehrere Aktuatorvorrichtungen 42a-42n steuern, um eine oder mehrere Fahrzeugfunktionen zu steuern, wie z. B. das Antriebssystem 20, das Getriebesystem 22, das Lenksystem 24 und das Bremssystem 26. Das Fahrzeugbewegungssteuermodul 222 implementiert einen Fahrzeugbewegungssteuerungsalgorithmus, wie z. B. einen oder mehrere Algorithmen der modellprädiktiven Steuerung und der Vorwärtssteuerung. Das Fahrzeugbewegungssteuerungsmodul 222 kann bei der Erzeugung der Fahrzeugbewegungssteuerungsbefehlsdaten 242 verschiedene Einschränkungen und Variablen verwenden. Der Fahrzeugbewegungssteuerungseinsteller 224 reagiert auf die Fahrzeuginstabilitätsdaten 226, um das Fahrzeugbewegungssteuerungsmodul 222 auf der Grundlage dieser Daten einzustellen, um die Fahrzeuginstabilitätsbedingungen zu korrigieren. In einer Ausführungsform kann der Fahrzeugbewegungssteuerungseinsteller 224 einen Beschränkungsrechner implementieren, um die vom Fahrzeugbewegungssteuerungsmodul 222 verwendeten Beschränkungen oder Variablen anzupassen. Eine derartige Anpassung von Randbedingungen eines modellprädiktiven Steuerungsalgorithmus (zum Beispiel) kann das Fahrzeug auf der Grundlage der vom Fahrzeuginstabilitätsverarbeitungssystem 202 ermittelten Fahrzeuginstabilitätsdaten 226 wieder unter stabile Kontrolle bringen.
Unter Bezugnahme auf 4 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm das Verfahren 400, das von dem System 200 zur Erkennung und Vorhersage von Fahrzeuginstabilität gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden kann. Wie in Anbetracht der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Abläufe innerhalb des Verfahrens nicht auf die in 4 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen durchgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und gemäß der vorliegenden Offenbarung. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 so geplant werden, dass es auf der Grundlage eines oder mehrerer vorbestimmter Ereignisse abläuft, und/oder es kann während des Betriebs des Fahrzeugs 10 kontinuierlich ablaufen.
In Schritt 410 empfängt das System 200 Sensordaten 240 zur Erkennung und Vorhersage der Fahrzeuginstabilität vom Sensorsystem 28. Die Sensordaten 240 umfassen die Gierrate, die Querbeschleunigung und die Längsgeschwindigkeit. In Schritt 420 werden die Sensordaten 240 vorverarbeitet, was die Anwendung einer Funktion des gleitenden Mittelwerts und die Berechnung einer zeitlichen Ableitung der Gierrate und einer zeitlichen Ableitung des Seitengleitwinkels umfassen kann. Die Funktion des gleitenden Mittelwerts kann auf die Sensordaten 240 selbst oder auf die zeitliche Ableitung der Gierrate und die zeitliche Ableitung des Seitengleitwinkels angewendet werden. In Schritt 430 werden auf der Grundlage der zeitlichen Ableitung der Gierrate und der zeitlichen Ableitung des Seitengleitwinkels Phasenporträtparameter berechnet. Zu den Phasenporträtparametern gehören der Phasenporträtwinkel 106 und der Geschwindigkeitsbetrag M für ein jüngstes Abtastfenster der vorverarbeiteten Messdaten 232 aus Schritt 420. Der Phasenporträtwinkel 106 ist repräsentativ für den Winkel zwischen der Gierrate und dem Seitengleitwinkel im Phasenporträt, und die Geschwindigkeitsgröße M ist repräsentativ für die Streuung oder Änderungsgeschwindigkeit der Datenpunkte (die jeweils ein Paar aus Gierrate und Seitengleitwinkel umfassen) im Phasenporträt.
In Schritt 440 werden die Phasenporträtparameter aus Schritt 430 verwendet, um Phasenporträtbedingungen zu bewerten, die ein bevorstehendes Fahrzeuginstabilitätsereignis vorhersagen. Zu den Phasenporträtbedingungen gehört insbesondere ein im Wesentlichen vertikaler Trend von Datenpunkten im Phasenporträt 100, deren Änderungsgeschwindigkeit über einem bestimmten Mindestschwellenwert liegt, was auf das Vorhersagemuster 110 hinweisen würde. In einer Ausführungsform werden die Gleichungen 3 bis 5 in Schritt 440 ausgewertet, um festzustellen, ob eine Fahrzeuginstabilitätsvorhersage gemacht wird.
In Schritt 450 werden die Phasenporträtparameter aus Schritt 430 verwendet, um Phasenporträtbedingungen zu bewerten, die ein aktuelles Fahrzeuginstabilitätsereignis erkennen. Insbesondere umfassen die Phasenporträtbedingungen einen im Wesentlichen horizontalen Trend von Datenpunkten im Phasenporträt 100, die eine Änderungsgeschwindigkeit oberhalb eines bestimmten Mindestschwellenwerts aufweisen, was auf das Vorhersagemuster 110 hinweisen würde. In einer Ausführungsform werden die Gleichungen 6 bis 8 in Schritt 450 ausgewertet, um festzustellen, ob eine Fahrzeuginstabilitätsvorhersage gemacht wird. In einigen Ausführungsformen wird nur einer der beiden Schritte, nämlich der Vorhersageschritt 440 und der Erkennungsschritt 450, durchgeführt.
In Schritt 460 wird die Fahrzeugbewegung gesteuert, um die Fahrzeuginstabilität zu korrigieren, wenn Schritt 440 und/oder 450 eine vorhergesagte oder erkannte Fahrzeuginstabilität anzeigt. Beispielsweise können die Randbedingungen eines modellprädiktiven Steuerungsalgorithmus auf der Grundlage der erkannten oder vorhergesagten Fahrzeuginstabilität angepasst werden. In einigen Ausführungsformen wird ein Instabilitätsniveau gemäß Gleichung 9 bestimmt, das als Grundlage für die Anpassung der Beschränkungen verwendet wird. In Schritt 470 wird die Wiederherstellung der Stabilität erkannt, was zum Zurücksetzen der Vorhersage- oder Erkennungsflags führt. Die Fahrzeugbewegungssteuerung kann nicht mehr angepasst werden, um die Fahrzeuginstabilität zu korrigieren. Die Wiederherstellung der Stabilität kann auf verschiedene Weise festgestellt werden. Insbesondere ist die Beendigung der Bedingungen, die zur Vorhersage oder Erkennung der Fahrzeuginstabilität in den Schritten 440 und 450 führen, zumindest teilweise ausschlaggebend für die Erkennung der Fahrzeugstabilitätswiederherstellung. Wird keine Erkennung der Wiederherstellung der Fahrzeugstabilität festgestellt, wird die Fahrzeugbewegungssteuerung weiter angepasst, um das Fahrzeug in einen stabileren Zustand zu bringen.
Gemäß den hier beschriebenen Systemen und Verfahren werden Phasenporträtparameter abgeleitet, um Phasenporträtmuster für die Überwachung der Aufbauinstabilität zu identifizieren. Ein Frühindikationsalgorithmus sagt das Stabilitätsverhalten des Fahrzeugaufbaus voraus. Der Beginn der Instabilität des Fahrzeugaufbaus wird anhand der abgeleiteten Phasenporträtparameter identifiziert. Die Verfahren und Systeme sind nicht von einem Reifenmodell abhängig und unabhängig von den Straßenverhältnissen. Zur Vorhersage und Erkennung von Fahrzeuginstabilität kann eine minimale Anzahl von Messungen und zuverlässigen Schätzungen verwendet werden, was ein geringes Berechnungsbudget gewährleistet. Darüber hinaus sind Mechanismen zum Zurücksetzen von Frühwarnungen und Erkennungswarnungen vorgesehen.
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen praktischen Leitfaden für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und der Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Äquivalenten dargelegt ist, verlassen wird.

Claims

System zur Steuerung eines Fahrzeugs, umfassend: ein Sensorsystem; und mindestens einen Prozessor, der in betriebsfähiger Kommunikation mit dem Sensorsystem steht, wobei der mindestens eine Prozessor so konfiguriert ist, dass er Programmanweisungen ausführt, wobei die Programmanweisungen so konfiguriert sind, dass sie den mindestens einen Prozessor veranlassen, um: Gierratenwerte, Querbeschleunigungswerte und Längsgeschwindigkeitswerte für das Fahrzeug vom Sensorsystem zu empfangen; Seitengleitwinkel-Parameterwerte basierend auf den Gierratenwerten, den Querbeschleunigungswerten und den Längsgeschwindigkeitswerten zu bestimmen; Phasenporträtwinkel basierend auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten zu bestimmen, wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen Gierrate und Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt von Gierrate und Seitengleitwinkel darstellen; eine Fahrzeuginstabilität basierend zumindest auf den Phasenporträtwinkeln zu erkennen oder vorherzusagen; und das Fahrzeug so zu steuern, dass die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise korrigiert wird, wenn eine Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Seitengleitwinkel-Parameterwerte eine zeitliche Ableitung von Seitengleitwinkelwerten sind und wobei die Programmanweisungen so konfiguriert sind, dass sie den mindestens einen Prozessor veranlassen, eine zeitliche Ableitung der Gierratenwerte zu bestimmen und die Phasenporträtwinkel basierend auf der zeitlichen Ableitung der Gierratenwerte und der zeitlichen Ableitung der Seitengleitwinkelwerte zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Phasenporträtwinkel eine inverse Tangensfunktion basierend auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Programmanweisungen so konfiguriert sind, dass sie den mindestens einen Prozessor veranlassen, Geschwindigkeitsgrößenwerte basierend auf Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten zu bestimmen, wobei die Geschwindigkeitsgrößenwerte eine Bewegungsgeschwindigkeit von Gierrate und Seitengleitwinkel für das Fahrzeug innerhalb des Phasenporträts darstellen, und wobei das Erkennen oder Vorhersagen der Fahrzeuginstabilität zumindest auf den Phasenporträtwinkeln und den Geschwindigkeitsgrößenwerten basiert.
System nach Anspruch 1, wobei das Erkennen oder Vorhersagen von Fahrzeuginstabilität eine frühzeitige Vorhersage von Fahrzeuginstabilität und eine Erkennung von Fahrzeuginstabilität umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei die frühzeitige Vorhersage von Fahrzeuginstabilität zumindest basierend auf den Phasenporträtwinkeln und einem minimalen Änderungsbetrag der Gierratenwerte durchgeführt wird.
System nach Anspruch 5, wobei das Erkennen der Fahrzeuginstabilität zumindest basierend auf den Phasenporträtwinkeln und einem minimalen Änderungsbetrag der Seitengleitwinkel-Parameterwerte erfolgt.
System nach Anspruch 5, wobei die frühzeitige Vorhersage der Fahrzeuginstabilität zumindest basierend auf den Phasenporträtwinkeln durchgeführt wird, die einen im Wesentlichen vertikalen Pfad im Phasenporträt darstellen, der durch eine sich ändernde Gierrate und einen im Wesentlichen konstanten Seitengleitwinkel definiert ist.
System nach Anspruch 5, wobei das Erkennen der Fahrzeuginstabilität zumindest basierend auf den Phasenporträtwinkeln erfolgt, die einen im Wesentlichen horizontalen Pfad in dem Phasenporträt darstellen, der durch einen sich ändernden Seitengleitwinkel und eine im Wesentlichen konstante Gierrate definiert ist.
Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, umfassend: Empfangen von Gierratenwerten, Querbeschleunigungswerten und Längsgeschwindigkeitswerten für das Fahrzeug von einem Sensorsystem über mindestens einen Prozessor; Bestimmen von Seitengleitwinkel-Parameterwerten über den mindestens einen Prozessor basierend auf den Gierratenwerten, den Querbeschleunigungswerten und den Längsgeschwindigkeitswerten; Bestimmen von Phasenporträtwinkeln über den mindestens einen Prozessor basierend auf den Seitengleitwinkel-Parameterwerten und den Gierratenwerten, wobei die Phasenporträtwinkel jeweils einen Winkel zwischen Gierrate und Seitengleitwinkel für das Fahrzeug in einem Phasenporträt von Gierrate und Seitengleitwinkel darstellen; Erkennen oder Vorhersagen einer Fahrzeuginstabilität über den mindestens einen Prozessor basierend zumindest auf den Phasenporträtwinkeln; und Steuern einer Bewegung des Fahrzeugs über den mindestens einen Prozessor, um die Fahrzeuginstabilität zumindest teilweise zu korrigieren, wenn eine Fahrzeuginstabilität erkannt oder vorhergesagt wird.