DE10296926T5

DE10296926T5 - Verbesserungen bei der Fahrzeugsteuerung

Info

Publication number: DE10296926T5
Application number: DE10296926T
Authority: DE
Inventors: Mark Ramsbottom; Jonathan Charles Wheals
Original assignee: Ricardo Consulting Engineers Ltd
Current assignee: Ricardo UK Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US7509194B2; US7263419B2; US20070288140A1; WO2002100698A1; GB0114424D0; JP2004538197A; JP2008290713A; US20040249533A1

Abstract

Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrer-Eingabe, einem Steuerungs-Betätigungsmittel und einem Steuerungs-Prozessor, der dazu ausgestaltet ist, um die Fahrer-Eingabe zu verarbeiten, einen aktuellen Fahrer-Wunsch abzuleiten und das Fahrzeug gemäß dem Fahrer-Wunsch über das Steuerungs-Betätigungsmittel zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Fahrzeugsteuerung.
Bei herkömmlichen Systemen beinhaltet der Prozess für die Entwicklung von Passiven Aufhängungen das Modellieren und die Simulation von Fahrzeugen, um Parameterwerte zu variieren, um einen akzeptierbaren Kompromiss zwischen konkurrierenden Fahrzeugattributen zu erreichen, wie zum Beispiel Fahren und Handhabung in einem gegebenen Aufhängungsarbeitsraum. Steuerbare Aufhängungselemente (wie zum Beispiel schaltbare Dämpfer, gesteuerte Rollstangen und variable Federelemente) wurden eingeführt, um die Querkräfte aufrechtzuerhalten, die die Fähigkeit der Reifenkontaktfläche erzeugen. Dies wird durch Steuerung der Radneigung, des Lenkwinkels und der normalen Belastung erreicht, und, allgemein ausgedrückt, steuerbare Aufhängungselemente sind mit allen Systemen kompatibel, mit Hilfe derer das aufgebrachte Raddrehmoment variiert wird, da die Systeme komplementär sind. Auf ähnliche Weise wurden Systeme entwickelt, die zum Raddrehmoment beitragen (Motor, Getriebe, aktive Kraftübertragung). Bei einigen herkömmlichen Systemen werden die verschiedenen Elemente jedoch durch verteilte autonome Steuerungen gesteuert, was zu signifikanten Konflikten führt.
Bei einem bekannten System bewertet ein Supervisor Wünsche des Fahrers aus Eingaben, wie zum Beispiel Lenkrad und Gaspedal, und stellt eine Fahrzeug-Ausgabe in der Form von Geschwindigkeit, Drehmoment usw. zur Verfügung, die auf Sicherheitsbetrachtungen basiert. Diese Lösungsansatz hat verschiedene Beschränkungen. Zu allererst, wenn der Wunsch des Fahrer über eine Grenze hinaus ansteigt, dann wird keine weitere Antwort gesehen. Außerdem erhält der Fahrer keine Rückmeldung bezüglich der Wirkung der Eingaben, die er durchgeführt hat, und ob er sich einem Grenzzustand nähert. Als ein Ergebnis kann der Wunsch des Fahrers nicht erfüllt werden, oder er kann sein, dass der Fahrer nicht in der Lage ist, dieses zu erfassen, was für den Fahrer nicht zufriedenstellend ist. Außerdem sind bekannte Systeme nicht in der Lage, den aktuellen Fahrzeugzustand vollständig zu bestimmen, einschließlich der Parameter, die signifikant die Leistungsfähigkeit und die Sicherheit beeinflussen, wie zum Beispiel den Fahrzeugschlupfwinkel, wodurch deren Leistungsfähigkeit weiter verschlechtert wird.
Ein weiteres Problem bei bekannten Systemen besteht darin, dass verschiedene Fahrer-Eingaben, zum Beispiel Lenkung oder Gaspedal, sich entgegenstehende Nachrichten darstellen können. Dies kann speziell dann der Fall sein, wenn ein unerfahrener Fahrer bei einem Versuch, einen Wunsch zu signalisieren, das Fahrzeug während eines schwierigen Manövers (zum Beispiel Ausbrechen während eines Handhabungsgrenzmanövers) wenig fachmännisch steuert oder wenn ein sehr erfahrener Fahrer sehr fachmännische Manöver durchführt, wie zum Beispiel das Bewirken eines entgegengesetzten Bremsvorgangs während eines Manövers. Derart in Konflikt stehende Signale können durch vorhandene Systeme falsch interpretiert werden, was zu signifikanten Leistungs- und Sicherheitsproblemen führen kann.
Noch ein weiteres Problem bei bekannten Systemen hängt mit dem vorhandenen Steuerungs-Hierarchiemodell zusammen. Bekannte Systeme haben einen Supervisor sowie Untersysteme, die mehrere Betätigungsmittel enthalten, wie zum Beispiel Bremse, Fahrwerk, Aufhängung, Drehmomentdifferentialsteuerungen. Bei diesen bekannten Systemen können die Betätigungsmittel mit lokalen Sensoren versehen sein, um einen aktuellen Betriebszustand zu erfassen. Als ein Ergebnis, wenn der Supervisor einen Befehl an das Betätigungsmittel sendet, dann kann das Betätigungsmittel den Befehl als ein Ergebnis des aktuellen Betriebszustände übergehen. Dies ist speziell ein Problem im Automobilsektor, wo viele der Untersystem-Betätigungsmittel von verschiedenen Herstellern stammen, so dass oft Konflikte auftreten. Als ein Ergebnis wird die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs als Ganzes verschlechtert, da der Supervisor nicht die vollständige integrierte Steuerung durchführt. Außerdem sendet der Supervisor bei herkömmlichen Systemen einfach Einstellpunkte, die von jedem Betätigungsmittel erfüllt werden müssen, was unflexibel ist, eine konstante Aktualisierung erforderlich macht und die Gefahr fehlerhafter Betriebszustände hervorrufen kann.
Die Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockdiagramm ist, das die Eingaben zu und die Ausgaben von einem Fahrzeugsteuerung-Supervisor zeigt;
2 ein Steuermodul zur Steuerung einer Metrik zeigt, die als Fahrer-Sportlichkeitsindex bezeichnet wird;
3 einen Algorithmus zeigt, der das Entkoppeln und die Interpretation von Eingaben des Fahrers zeigt;
4a ein Lenkrad zeigt, das eine zusätzliche Autonomie des Fahrers ermöglicht;
4b eine Grafik der Gierrate (yaw rate) oder dem Schlupfwinkel über dem Lenkwinkel zeigt;
5 eine Differentialsteuerung zeigt, die eine zusätzliche Autonomie des Fahrers ermöglicht, um die Drehmomentverteilung zu variieren;
6 eine Supervisor-Hierarchie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 eine Multi-Steuerhebel-Funktionalität zeigt.
Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugsteuerungssystem zur Verfügung gestellt, bei dem Fahrer-Eingaben, wie zum Beispiel Lenkrad und Gaspedal, zu dem Supervisor wirksam entkoppelt werden, um wahre Fahrer-Wünsche zu bewerten, zum Beispiel in Fällen, in denen die Eingaben möglicherweise einen Konflikt darstellen. Dafür können die Fahrzeug-Eingabeparameter abgeleitet werden, wie zum Beispiel der erforderliche Fahrzeugschlupf oder die Gierrate.
Der Supervisor steuert dann die Fahrzeug-Untersysteme gemäß bekannter Techniken und stellt geeignete Einstellpunkte für jedes Untersystem zur Verfügung, so dass die gewünschten Fahrzeug-Ausgabeparameter erreicht werden. Als ein Ergebnis interpretiert und erfüllt das System die Forderungen des Fahrers, indem zum Beispiel eine kraftgetriebene Überlenkeigenschaft zur Verfügung gestellt wird.
Das System wird durch Verwendung von externen Informationen verbessert, wie zum Beispiel die Verwendung von einem globalen Positionierungssystem (GPS), um den Fahrzeugschlupf in Verbindung mit den Messungen von Gierrate, Beschleunigung und elektronischen Kompassen als mehrere Eingabe zu Kalman-Filtern zu bewerten. Das System stellt außerdem eine intelligente Interpretation der Anforderungen zu Verfügung; wenn zum Beispiel die Forderung des Fahrers eine mögliche Fahrzeugleistungsfähigkeit überschreitet, dann stellt das System die beste vergleichbare Leistungsfähigkeit zur Verfügung. Da das System außerdem in der Lage ist, die augenblickliche Fahrzeugleistungsfähigkeit zu bewerten, kann es dem Fahrer durch das Fahrzeug eine Rückmeldung zur Verfügung stellen – zum Beispiel durch das Lenkrad – so dass der Fahrer weiß, wie das Fahrzeug arbeitet, und ob man sich zum Beispiel einem Grenzzustand nähert.
Das Steuersystem beinhaltet einen Supervisor und Untersystem-Betätigungsmittel und erreicht eine vollständige Untersystem-Integration durch Rückführung von gemessenen lokalen Zuständen der Untersysteme zu dem Supervisor, so dass der Supervisor diese in Betracht ziehen kann, bevor er Befehle zu dem Untersystem sendet. Als ein Ergebnis besteht nicht die Möglichkeit der Zurückweisung durch ein Untersystem.
Das System ermöglicht außerdem eine vorhersagende Steuerung, so dass das Untersystem vorhergesagte lokale Zustände zu dem Supervisor senden kann, was eine weitere Integration der Untersysteme ermöglicht, um eine optimierte Fahrzeugleistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Auf ähnliche Weise steuert der Supervisor das Untersystem nicht nur durch Senden von Basiseinstellpunkten sondern auch durch Senden einer Betriebshüllkurve zu dem Untersystem, so dass das Untersystem, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, instruiert wird, geeignete Schritte als Antwort durchzuführen. Diese Fähigkeit ist besonders praktisch im Fall von Kommunikationsstörungen zwischen dem Supervisor und den Untersystemen, wodurch es den Untersystemen ermöglicht wird, vor einem solchen Kommunikationsfehler unter Verwendung der Abschätzung bevorzugter Aktionen vom Supervisor zu funktionieren.
Als ein Ergebnis wird die Fahrerschnittstelle interpretiert, um eine Anforderung für eine zukünftige räumliche Positionierung unter Verwendung von Wegkrümmungen zu definieren, beispielsweise als ein primäres Ziel. Variablen, wie zum Beispiel die Gierrate und die Gierbeschleunigung werden als Zwischenziele betrachtet.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in der das Fahrzeugsteuersystem allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das System hat einen Supervisor 14, der über einen Sicherheitsblock 16 und Steuerleitungen 19 mit Untersystemen 18 in Verbindung steht. Der Supervisor kann gewünschte Einstellpunkte oder eine Betriebshüllkurve beispielsweise in Form eines zukünftigen konditionalen Imperativbefehl zu den Untersystemen senden, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird. Der Supervisor empfängt von den Untersystemen außerdem sowohl aktuelle als auch vorhergesagte lokale Zustände, was eine weitere Steuerungsintegration ermöglicht. Der Sicherheitsblock 16 ist vorgesehen, um Sicherheitszustände für alle Befehle zu interpretieren und zu bewerten, die zu den Untersystemen gesendet werden, und kann Befehle übergehen, falls erforderlich.
Die Untersysteme 18 beinhalten Betätigungsmittel, einschließlich Getriebe, Fahrwerk, Kraftübertragung, Bremse usw., sowie lokale Zustandssensoren. Die Untersysteme haben ebenfalls eine Vorhersagefähigkeit, was die Vorhersage von zukünftigen lokalen Zuständen ermöglicht. Als ein Ergebnis werden sowohl aktuelle als auch zukünftige Betriebszustände zum Supervisor zurückgeleitet. Obwohl die Vorhersagefähigkeit beim Supervisor durchgeführt werden kann, ist es bevorzugt, dass sie beim Untersystem stattfindet, da das Untersystem von einem anderen Hersteller als ein Supervisor hergestellt und somit besser konfiguriert werden kann, um diese Funktion durchzuführen.
Dem Supervisor 14 werden auch verschiedene andere Eingaben zur Verfügung gestellt. Die Fahrer-Eingabe wird allgemein mit 20 bezeichnet und kann den Lenkradwinkel/Drehgeschwindigkeit, Position des Gaspedals sowie Rate, Getriebe, Kupplung und Bremsen beinhalten. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 detaillierter erläutert, können diese Eingaben entkoppelt und gemäß einem verbesserten Algorithmus interpretiert werden, um den tatsächlichen Wunsch des Fahrers zu bestimmen. Ein Sensorpaket 22 gibt ebenfalls Informationen über allgemeine Fahrzeugzustände an den Supervisor 14 weiter. Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben, können dies GPS-Daten sein, die die Bestimmungen von unter anderem die Fahrzeug-Gierrate und den Fahrzeugschlupfwinkel umfassen. Insbesondere können in Bezug auf den Schlupfwinkel unter Verwendung der nächsten Generation von GPS-Techniken zusammen mit Trägheitsdaten, alle relevanten Informationen, um den Schlupfwinkel zu bestimmen, vorzugsweise unter Verwendung von Kalman-Filtertechniken abgeleitet werden. Neuere Verbesserungen beim Differential-GPS haben eine genaue Messung von Längs- und Quergeschwindigkeiten ermöglicht. Zukünftige GPS-Systeme werden die Auflösung und die Rate der Datenzufuhr verbessern, wodurch diese Technologie zur Steuerung der Fahrzeugdynamiken besser anwendbar ist. Solche Informationen vermindern das Vertrauen auf geschätzte Werte der Fahrzeugbetriebszustände in bekannten Fahrzeugsteuerstrategien. Es ist folglich für den Fachmann offensichtlich, wie GPS-Informationen in solche bekannten Strategien integriert werden können, um eine genauere Abschätzung vom Fahrzeugschlupf zu erhalten.
Eine weitere Eingabe zum Supervisor 14 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sportlichkeitsindex des Fahrers (DSI). Dieser Wert, der zwischen Null (geringe Sportlichkeit) und eins (hohe Sportlichkeit) rangiert, kann verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu modifizieren. Obwohl die Zwischenwerte kontinuierlich oder diskret sein können, sind sie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel diskret, wodurch sie folglich einfach inkrementiert oder dekrementiert werden können. Der DSI-Wert kann entweder aus dem Erfassen des Verhaltens des Fahrers und des Fahrstils bestimmt werden oder er kann durch den Fahrer gesteuert werden. Der DSI-Wert kann als ein skalarer Gewinn angewendet werden, um das Antwortverhalten des Fahrzeugs abhängig von dem Fahrstil zu verbessern. Der gleiche Wert kann verwendet werden, um alle Fahrzeugsysteme anzupassen, anstatt dass jedes Untersystem einen separaten Algorithmus hat, der eine Disparität bezüglich des Antwortverhaltens der verschiedenen Fahrzeuguntersysteme bewirken kann, was für den Fahrer störend sein kann und/oder bewirken kann, dass das Fahrzeug weniger leicht gesteuert werden kann.
Beispielsweise können bestimmte Zustände entstehen, wenn der automatisch angepasste DSI-Wert nicht zu den Straßen- oder Verkehrsbedingungen oder zu den Wünschen des Fahrers passt. Unter solchen Umständen ist eine HMI-Vorrichtung vorgesehen, um eine Veränderung zu ermöglichen. Eine solche HMI-Vorrichtung kann Elemente speisen, um die Absicht des Fahrers bezüglich der folgenden Funktionen anzuzeigen, die auf den Echtzeitwert der DSI-Metrik wirken: Die Vorrichtung hat folgende Eigenschaften und Funktionen:

1. Plus Inkrement. Addiert ein DSI-Inkrement pro Druckbetätigung.
2. Minus Inkrement. Subtrahiert ein DSI-Inkrement pro Druckbetätigung.
3. Auto (Automatik}. Erlaubt dem System, einen DSI-Ausgabewert entsprechend dem adaptiven Algorithmus einzustellen... oder automatische Betriebsart, die auf den Fahrstil anspricht.
4. Null. Setzt den wirksamen DSI-Wert auf Null und speichert den vorhergehenden Wert.
5. Res. (Wiederherstellung). Stellt den effektiven Wert des DSI vor dem Null-Vorgang ein.
6. Nummerische Anzeige des DSI-Wertes.
7. Graphische Anzeige des DSI-Wertes.

Die Eingabeelemente sind vorzugsweise Augenblicksschalter mit mechanischer, magnetischer, kapazitiver oder optischer Konstruktion, die mit der Kraftübertragung ECU oder einem Teil von einem Fahrzeugkommunikationsbus verbunden sind.
Die Schaltervorrichtungen haben bevorzugt eine Kraft/Verfahr-Charakteristik, um eine definierte Betätigung zu ermöglichen und eine unbeabsichtigte Betätigung infolge der Bewegung des Fahrzeugs auf unebenen Flächen zu verhindern.
Die bevorzugte Konstruktion ermöglicht es, dass jeder "Klick" von den Plus/Minus-Schaltern ein diskretes Inkrement addiert oder subtrahiert. Beispielsweise kann die DSI-Metrik definiert sein, um in einem Bereich von 0,0 bis 1,0 zu liegen und in Schritten von 0,2 Einheiten verändert zu werden. Dies ermöglicht es, dass der Fahrer schnell und einfach eine sequentielle Auswahl zum Erhöhen und Vermindern des DSI durchführen kann.
Alternativ kann das DSI innerhalb der gleichen Grenzen als eine kontinuierliche Variable verändert werden, wobei die Zeit, zu der die Plus/Minus-Schalter gedrückt werden, mit einem DSI-Ratenfaktor multipliziert wird, um eine Veränderung des DSI zu bewirken.
Der Wert des DSI wird gehalten, wenn der Motor des Fahrzeugs für weniger als 60 Sekunden oder für eine andere vorbestimmte Zeit abgeschaltet wird, andererseits wird er bei der nächsten Startprozedur des Motors auf Null gesetzt und bevor das Fahrzeug beim nächsten Mal bewegt wird.
Danach kann eine nummerischer oder graphische Angabe vom aktuellen Wert des DSI zur Information des Fahrers zur Verfügung gestellt werden.
Der DSI-Wert, der durch den adaptiven DSI-Algorithmus erzeugt wird, kann in folgender Reihenfolge oder Prioritäten übergangen werden:

1. maximale Stabilität/Sicherheit
2. HMI
3. adaptiver DSI

Der vorher vorhandene Wert des DSI kann, wenn er übergangen wird, schrittweise zurückgesetzt werden, und zwar nachdem der Zustand, der das Übergehen bewirkt hat, nicht mehr vorliegt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein mögliches Modul, das es dem Fahrer ermöglicht, den DSI zu verändern, allgemein mit 30 bezeichnet. Es enthält einen Inkrement- oder Hochschaltknopf 32 und einen Dekrement- oder Herunterschaltknopf 34, die es dem Fahrer ermöglichen, das DSI zwischen Null und Eins zu verändern, wie auf der Anzeige 36 angezeigt wird. Das System hat außerdem einen Resume-Knopf 38 und einen normalen Knopf 40. Unter bestimmten Umständen, wie zum Beispiel ein Notfallzustand, kann der DSI automatisch auf Null zurückgesetzt werden, und zwar durch den Supervisor oder durch den Fahrer, der den Pause/Null-Knopf 40 drückt. Wenn ein solcher Zustand vorbei ist, kann der Fahrer den gewünschten Index wieder einstellen, und zwar unter Verwendung von dem Resume-Knopf 38.
In Fällen, in denen das System automatisch den DSI-Algorithmus mit Eingaben bezüglich Gaspedal-Position, Bremspedaldruck, Getriebeübersetzung-Schaltfrequenz,Fahrzeug-Querbeschleunigung, der Fahrzeug-Längsbeschleunigung, Fahrzeug-Gierrate, Fahrzeug-Schlupfwinkel, individuelle Radwinkelgeschwindigkeiten, Drehgeschwindigkeit des Motors, Kick-Down-Schalter, falls vorhanden, Schalldruckpegel im Fahrerraum (SPL dBA-gewichtet), Spektraldichte von speziellen Vibrationsfrequenzen in und um die Fahrzeugkabine herum, und andere Variablen werden verwendet, um eine DSI-Metrik zur Steuerung von Längsdynamiken zu erreichen. Dies wurde noch weiter ergänzt, um andere Variablen einzufügen, um eine vollständigere Metrik für die automatische Adaption der Quer- und Gierfahrzeugantwort zu erreichen.
Die Metrik wird verwendet, um die gesteuerte Antwort des Fahrzeugs für Längs- und Handhabungsantworten zu verändern.
Die folgenden Variablen und zeitlichen Ableitungen werden als Eingaben zu einem Algorithmus behandelt, um das DSI abzuschätzen: Position des Gaspedals, Druck auf das Bremspedal, Getriebeübersetzung-Schaltfrequenz,Position vom Lenkrad, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Gierrate, Schlupfwinkel. Die Eingaben werden mit den folgenden mathematischen Operatoren verarbeitet: Minimalwert, Mittelwert und Maximalwert in einem Abtastfenster; Minimal-, Mittel- und Maximalproportion vom maximal möglichen Signalwert in dem Abtastfenster; und Bandpassfiltern. Der Algorithmus zum Abschätzen des DSI kann ein neuronales Netzwerk, eine Fuzzy-Logik-Steuerung; oder Punkt-Wert und Abnahme-Summation sein. Bei dem letzten von diesen wird das Stattfinden von jedem Parameter durch Inkrementieren auf eine laufende Summation dieses Parameters gesteuert. Jeder Parameter hat außerdem eine spezielle auf der Zeit basierende Abnahme-Rate, so dass der Wert, der mit dem speziellen Parameter in Beziehung steht, dekrementiertfvermindert wird, wenn der Parameter nicht existiert oder keinen kalibrierbaren Grenzwert überschreitet. Eine weitere Möglichkeit ist CARLA (Continuous Action Reinforcement Learning Algorithm), ein bekanntes Verfahren.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der der Algorithmus zum Definieren der Ziele für die Gierrate und den Fahrzeugschlupfwinkel dargestellt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Eingaben des Fahrers gezeigt, Gaspedal-Interpretation 50 und Lenkrad-Interpretation 80. Diese sind entkoppelt und werden interpretiert, um gewünschte Fahrzeug-Ausgabeparameter des Schlupfwinkels und der Gierrate zur Verfügung zu stellen, wie anschließend in größerem Detail beschrieben wird, um die Wünsche des Fahrers besser erfüllen zu können.
Das Gaspedal-Interpretationssystem 50 beinhaltet als Eingabe vom Fahrerwunsch die Pedalposition 52, den Bremsdruck 54 und die Fahrzeuggeschwindigkeit v_x 56 in Längsrichtung. Das sind Eingaben für eine Fahrerwunschtabelle 58, die geeignet kalibriert wird und aus der ein Wunsch für eine traktive Kraft durch Raten-Grenzfilter 60 zu einem Komparator 62 geleitet werden. Eine weitere Eingabe zu dem Komparator 62 ist eine Systembestimmung der traktiven Kraft, die erforderlich ist, um die aktuellen Zustände 72 beizubehalten. Dies wird durch gemessene oder erfasste Werte der Längsbeschleunigung a_x 64, der Längsgeschwindigkeit v_x 66 und der Querbeschleunigung a_y 68 erreicht. Diese erfassten Werte werden einem einfachen Fahrzeugmodell 70 zugeführt, um den traktiven Kraftwert aus bekannten Leistungsdaten zu erhalten. Die Ausgabe des Komparators enthält den Kraftübertragungswunsch. Der Algorithmusvergleich wird zwischen den Folgenden durchgeführt: gesamtes Kraftübertragungsdrehmoment (traktive Kraft), das dann, wenn es auf die Fahrzeugräder aufgeteilt wird, entweder durch die Kraftübertragung oder durch andere Vorrichtungen, erforderlich ist, um die stabile Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf einem vorhandenen Weg aufrechtzuerhalten, der durch den Radius des augenblicklichen Kreises definiert ist, der über dem Boden beschrieben wird; und das gesamte Kraftübertragungsdrehmoment (traktive Kraft), die von dem Fahrer angefordert wird (aus einer kalibrierbaren Tabelle, die das Getriebeausgabedrehmoment als eine Funktion der Position des Gaspedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert).
Die Differenz zwischen diesen Werten kann auf verschiedene Weise verwendet werden, einschließlich als eine Eingabe zu einer kalibrierbaren Tabelle, die Ziele für den Fahrzeugschlupfwinkel oder die Gierrate definiert, mit anderen Eingabevariablen, die die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung enthalten können, oder als ein Multiplikationsfaktor, der auf Ziele angewendet wird, die aus der Interpretation des Lenkradwinkels und den zeitlichen Ableitungen abgeleitet werden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Komparator 62 beschrieben.
Für diesen Vergleich und die damit in Beziehung stehenden Steuerungsvorgänge gibt es dann drei Fälle, und zwar wie folgt:
Der erste Fall besteht darin, dass das gewünschte Kraftübertragungsdrehmoment und das Kraftübertragungsdrehmoment, das erforderlich ist, um den Fahrzeugzustand stabil zu halten, gleich sind. Das bedeutet, das Fahrzeug befindet sich im Gleichgewicht, und die aktuellen Ziele für den Schlupfwinkel werden auf ihrem aktuellen Wert gehalten.
Der zweite Fall besteht darin, dass das gewünschte Kraftübertragungsdrehmoment größer als das Kraftübertragungsdrehmoment ist, das erforderlich ist, um das Fahrzeug stabil auf einem Weg zu halten. Das Fahrzeug wird beschleunigt, bis die vorhandene Trajektorie des Fahrzeugs nicht länger durch Reifen-Querkräfte auf der vorherrschenden Fläche aufrechterhalten werden kann. Wenn die Lenkradpuosition konstant gehalten wird, dann wirkt das System in diesem Zustand, um die Höhe des Fahrzeugschlupfwinkels zu erhöhen, während der Schwerpunkt des Fahrzeugs auf der vorhergehenden Trajektorie gehalten wird, wodurch ein weiteres "turn-in" bewirkt wird. Diese Transition wird mit einer Rate erreicht, abhängig von Faktoren, wie zum Beispiel zeitliche Ableitungen der Position des Gaspedals, Lenkradwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn die Vergleichsvariable auf einem ausreichend positiven Wert gehalten wird, dann wird der Schlupfwinkel auf ein kalibrierbares Maximum gesteuert (abhängig von Metriken, die mit dem Oberflächenfriktionskoeffizienten und Metrik der Erfahrung des Fahrers in Beziehung stehen). Eine Erhöhung wird dann interpretiert, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen, indem ermöglicht wird, dass sich das Fahrzeug zu einer Trajektorie mit einem größeren Radius bewegt, wodurch eine konstante Querbeschleunigung angenommen wird.
Der dritte Fall besteht darin, dass das gewünschte Kraftübertragungsdrehmoment kleiner als das Kraftübertragungsdrehmoment ist, das erforderlich ist, um das Fahrzeug auf einem stabilen Wert zu halten. In diesem Zustand wird das System, um die Höhe des Fahrzeugschlupfwinkels zu vermindern. Diese Transition wird mit einer Rate erreicht, die von Faktoren abhängig ist, wie zum Beispiel zeitliche Ableitungen der Position des Gaspedals und des Lenkradwinkels. Das Fahrzeug wird dann verzögert, um die vorhandene Trajektorie des Fahrzeugs beizubehalten. Wenn die Lenkradposition konstant gehalten wird, dann wirkt das System in diesem Zustand, um die Höhe des Fahrzeugschlupfwinkels zu vermindern, während gleichzeitig der Schwerpunkt des Fahrzeugs auf der vorhergehenden Trajektorie gehalten wird. Diese Transition wird mit einer Rate erreicht, die von Faktoren abhängig ist, wie zum Beispiel zeitliche Ableitungen der Position des Gaspedals, des Lenkradwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die Lenkrad-Interpretation in Block 80 empfängt als Eingaben die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs v_x 82 und den Lenkradwinkel δ 84. Die gewünschten Ausgaben erfordern Querbeschleunigung a_y, Gierrate . und Gierbeschleunigung .... Um diese zu erhalten, werden diese Eingaben 82 und 84 beide zu jeweiligen ungekoppelten nominalen Tabellen 86, 88, 89 geleitet, die in einer geeignete Weise zusammengesetzt und kalibriert sind, zum Beispiel empirisch, um die gewünschten Ausgabewerte zu geben. Optional kann ein weiterer momentaner Effekt ., die Rate der Veränderung des Winkels des Lenkrades, in die nominale Tabelle 89 eingegeben werden, um .. zu erhalten. Die Ausgaben von dem Gaspedal-Interpretationsblock 50 und dem Lenkrad-Interpretationsblock 80 werden von einer Gewichtungsmatrix 100 empfangen, die momentane Faktoren enthalten kann. Diese werden hier zusammen mit irgendeinem Faktor kombiniert, der durch das DSI eingeführt wird, um Ausgabewerte für das gewünschte a_y, . und .. zu geben. Diese werden in ein inverses Fahrzeugmodell 102 eingegeben, das wiederum rückwärts extrapoliert, um die Zielwerte für den Schlupfwinkel β und die Gierrate . zu erhalten, die für das Fahrzeug erhalten werden soll. Wie weiter unten erläutert wird, steuert der Supervisor dann die Untersysteme gemäß bekannter Algorithmen, um diese Zielwerte zu erreichen.
Eine weitere Komponente ist ein Schlupfwinkelzielbegrenzer 110. Dieser ermöglicht es, dass externe Faktoren, wie zum Beispiel Fahrzeug/Straße-Koeffizienten von Reibung μ und Fahrerfertigkeit in Betracht gezogen werden, wenn der Wunsch von dem Fahrer bewertet wird. Ein maximaler Schlupfwinkel β _{max. Fertigkeit} wird an das inverse Fahrzeugmodell 102 ausgegeben, um die Ausgabe β und . entsprechend der Bedingungen zu modifizieren.
Die Variation in μ in einem variablen historischen Zeitfenster wird unter Verwendung bekannter Verfahren betrachtet. Wenn die μ-Abschätzung bei jedem Rad etwa gleich und zeitlich konsistent ist, dann wird diesem Parameter ein hoher Messwert des Vertrauens zugewiesen.
Die folgenden Parameter werden abgeleitet: μ gemittelt über alle Räder; μ für jedes Rad, verwendet als ein Messwert der Flächenhomogenität; und zeitliche Ableitungen der obigen, verwendet als ein Messwert der Oberflächenhomogenität und zur Beurteilung, wie schnell sich die Oberfläche verändert. Wenn die Friktion bestimmt worden ist, können weitere Parameter, wie zum Beispiel Wegkrümmung, aus bekannten Positionen von bekannten Wegen aus GPS und gespeicherten Straßeninformationen, Längs- und Quer-Gradient der Straßenfläche angenähert werden, und die Verkehrsdichte kann entweder on-board-Vorrichtungen oder aus extern übertragenen Vorrichtungen für den allgemeinen Betrieb des Fahrzeugs in Betracht gezogen werden.
Für die Metriken bezüglich der Fähigkeiten des Fahrers ist ein Algorithmus vorgeschlagen, der unter Verwendung bekannter Verfahren die Fertigkeiten des Fahrers bei der Durchführung eines bestimmten Manövers oder eine Reihe von Manövern abschätzt und einen nummerischen Wert in dem Bereich von 0–1 zuweist. Der Algorithmus vergleicht Kombinationen von Fahrer-Aktionen und Fahrzeug-Antworten, die bekannt sind, um erfahrenes und unerfahrenes Fahren darzustellen. Eingaben in den Algorithmus beinhalten folgende Parameter und ihre zeitlichen Ableitungen: Lenkwinkel, Gaspedalwinkel, Bremspedaldruck, Längsgeschwindigkeit, Quergeschwindigkeit, Gierrate.
Aber dieser Parameter – μ und die Metrik der Fahrerfertigkeit werden verwendet, um die Ziele für den Schlupfwinkel und die Gierrate zu variieren, um die Sicherheit des Fahrzeugs, die Oberfläche und die Fahrerkombination zu verbessern.
Der Fahrer kann durch Rückmeldung über eine Annäherung an einen Handhabungsgrenzzustand alarmiert werden, und zwar durch Veränderungen beim Lenkraddrehmoment und/oder andere akustische oder grafische Anzeige.
Die Logik in der Strategie muss den Zustand der entgegengesetzten Aktion (Gegenlenken) erkennen, die von einigen erfahrenen Fahrern verwendet wird, und nicht annehmen, dass der Fahrer nun einem vollständig anderen Weg folgen möchte. Dies wird erreicht, indem Richtungsanfragen während des Manövers ignoriert werden, die nahezu mit aufgezeichneten Lenkmodulationen von einer Vielzahl von Fahrern übereinstimmen. Der bevorzugte Algorithmus ist ein neuronales Netzwerk, es können aber auch Fuzzy-Logik-Techniken angewendet werden.
Das System ermöglicht es, dass das Fahrzeug mit größeren Schlupfwinkeln und/oder Gierraten von dem Fahrer mit durchschnittlichen Fähigkeiten gefahren kann, als bei vorhandenen Fahrzeugsteuersystemen, und zwar durch Entkoppeln der Betätigung der Lenkvorrichtung und des Gaspedals. Diese Fähigkeit kann dann angewendet werden, um ein besseres Fahrzeugantwortverhalten auf Fahrer-Eingaben zu geben, während gleichzeitig die Fahrzeugstabilität beibehalten wird.
Ein Vorteil des Systems besteht darin, dass bei einem herkömmlichen RWD-Fahrzeug die Gierinstabilität durch eine schnelle Verminderung des Kraftübertragungsdrehmomentsverursacht werden kann. Ein solcher Zustand kann auftreten, wenn ein unerfahrener Fahrer bei einem Handhabungsgrenzmanöver gegenlenkt, wodurch eine unumkehrbare Instabilität verursacht wird. In dem vorgeschlagenen Steuerschema werden die Aktion des Fahrers interpretiert, d.h. sowohl der Fahrzeugschlupfwinkel als die Längsgeschwindigkeit werden mit einer primären Betonung auf die Steuerung der Gierrate vermindert. Ruf diese Weise bleibt das Fahrzeug trotz der Aktion des Fahrers stabil.
Als ein Ergebnis kann gesehen werden, dass die Eingaben des Fahrers wirksam entkoppelt werden, so dass der Lenkwinkel den gewünschten Lenkweg des Schwerpunktes des Fahrzeugs und das Gaspedal die gewünschte Geschwindigkeit und einen variablen Schlupfwinkel angeben, die unabhängig bewertet werden, um den wahren Wunsch des Fahrers zu bestimmen, und dann kombiniert werden, um die gewünschten Fahrzeug-Ausgabeparameter Schlupfwinkel und Gierrate zu erhalten, die von dem Supervisor inter pretiert werden und die aktuell durch Steuerung der relevanten Untersysteme auf gewünschte Einstellpunkte erhalten werden.
Das System kann zusätzliche Ebenen bezüglich der Autonomie des Fahrers einführen. Unter Bezugnahme auf 4a kann der Fahrer beispielsweise auf eine verbesserte Lenkradsteuerung zugreifen und insbesondere ein mechanisches Stoppen gegen eine Drehung vom Lenkrad über beispielsweise 30° hinaus überwinden, und zwar unter Verwendung der Knöpfe 120, 122 an dem Lenkrad 124. Ein weiterer Sicherheitsmechanismus kann auf irgendetwas basieren, um sicherzustellen, dass die Knöpfe 120, 122 nicht unabsichtlich freigegeben werden. Als ein Ergebnis kann ein zusätzlicher Pegel der Lenkantwort erhalten werden, wie in 4b gezeigt ist, und es kann gesehen werden, dass die Gradienten in beiden Bereichen abhängig von dem DSI verändert werden können. In einem ersten normalen Bereich wird eine lineare Gier-Antwort mit einem geringeren Gradienten abhängig von dem Lenkwinkel erhalten. In einem zweiten Bereich mit einem höheren Gradienten wird eine aggressivere lineare Gier-Antwort erhalten. Das hohe Gier-Moment kann beispielsweise durch Anwenden von Bremsen auf die inneren Räder und/oder Anwenden eines positiven Drehmoments auf die äußeren Räder bewirkt werden, um ein sehr schnelles Haarnadelkurvenfahren zu erreichen. Vorzugsweise werden die Perioden mit hoher Verstärkung unterbrochen, wenn das System für eine vorbestimmte Zeit nicht verwendet wird, und die Knöpfe sollen nicht verhindern, dass das Lenkrad in Richtung auf den Bereich mit geringer Verstärkung zurückgedreht wird, beides aus Gründen der Sicherheit.
Außerdem kann der Fahrer autonom Steueraspekte der Fahrzeugleistungsfähigkeit unter Verwendung der in 5 gezeigten Vorrichtung steuern, die es ermöglicht, dass der Fahrer das Kraftübertragungsdrehmomentverhältnis von vorne nach hinten variieren kann. Die Vorrichtung 130 enthält einen Schalter oder Schaltknüppel 132, der in entgegengesetzte Richtungen betätigt werden kann, um das Verhältnis vorne zu hinten zu variieren. Eine Anzeige 134 zeigt das aktuelle Verhältnis, und ein "normal"-Knopf ermöglicht es dem Fahrer, manuell auf ein voreingestelltes Verhältnis zurückzuschalten. Die Vorrichtung kann eine nominale Drehmoment-Aufteilung haben (beispielsweise vorne 40% und hinten 60%), wenn sie die Vorrichtung in ihrer freien Position befindet .
Es ist offensichtlich, dass die zusätzliche Autonomie, die in 4 und 5 zur Verfügung gestellt wird, parallel zur Steuerung des DSI angewendet werden kann. Außerdem kann das Fahrzeug für spezielle Fahreranforderungen konfiguriert werden, indem die geeigneten Tabellen und Steuersysteme entsprechend kalibriert werden.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine einzelne Schalt-/Brems-Steuerung gezeigt, wodurch das Erfordernis einer separaten Handbremse nicht mehr vorhanden ist. Die Steuerung beinhaltet einen Steuerhebel 200, der in einem komplizierten Kanal 202 bewegbar ist. In einem ersten Bereich der Kanalbewegung des Hebels 200 von oben nach unten wird eine progressive Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt. Andere Bereiche bewirken eine automatische Funktionalität, einschließlich rückwärts, neutral und parken, sowie eine adaptive Fahrbetriebsart. In diesem letzten Modus ist eine Tiptronic-Steuerung vorgesehen, die es dem Fahrer ermöglicht, die Gänge durch kurzzeitiges Verschieben des Hebels 200 in der relevanten Richtung hochzuschalten oder runterzuschalten. Schließlich ist ein Handbremsenbereich des Kanals vorgesehen.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen, in der eine Steuerhierarchie zwischen einem Supervisor 150 und einer Vielzahl von Untersystemen mit intelligenten Betätigungsmitteln 152 gezeigt ist. Wie vorstehend beschrieben, befinden sich die intelligenten Betätigungsmittel in einer Zweiwegeverbindung mit dem Supervisor, wodurch aktuelle und vorhergesagte lokale Betriebsbedingungen zur Verfügung gestellt werden, und zwar von einem lokalen Sensor 154, wo dies geeignet ist . Eine weitere Eingabe zu dem Supervisor sind externe Sensorinformationen von einem Sensorpaket 156, die zum Beispiel Quer- und Längsbeschleunigungs-Informationen, sowie Gier-Informationen zusammen mit GPS-Informationen zur Verfügung stellen, wodurch die augenblickliche Geschwindigkeit und die Positionsdaten 158 zur Verfügung gestellt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können Untergruppen von Untersysteme 152 durch einen Zwischengruppenmanager 160 gruppiert und gesteuert werden, und zwar für eng gekoppelte Untersysteme, wie zum Beispiel Kraftübertragung, aktive Antriebsleitung und Bremsen (zur Drehmomentsteuerung) oder Kugelstangen, Dämpfer und Federn (zur Steuerung des Fahrgestells). Die Hierarchie bewirkt einen Pegel an Integration, wodurch sichergestellt wird, dass eine optimierte Fahrzeugleistungsfähigkeit verfügbar ist. Weiter verbesserte Kommunikationsprotokolle können zwischen einem Supervisor und Untersystemen erreicht werden, wodurch es insbesondere dem Supervisor ermöglicht wird, mehr als einen Einstellpunkt für das Untersystem zur Verfügung zu stellen und dadurch den Betrieb zu verbessern. Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Hierarchie werden Wünsche des Fahrers und die Untersystemaktivität entkoppelt, wodurch eine größere Flexibilität beim Definieren von Kombinationen von Untersystemzuständen erreicht wird, was zu einer gewünschten Fahrzeugantwort bei minimalen Kosten führt. Wenn Kosten ein mehrdimensionaler Ausdruck ist (unter Verwendung bekannter Techniken, die mit optimaler Steuerung in Beziehung stehen), enthalten sie Elemente, die sich auf das Folgende beziehen:

1) objektive Variablen, die mit subjektiven Messwerten korreliert sind.
2) objektive Variablen, die mit mechanischer Dauerhaftigkeit, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Umweltfaktoren in Beziehung stehen, wie zum Beispiel Außengeräusche. Es werden auch Vorkehrungen getroffen, um Einflüsse von extern übermittelten Signalen in Betracht zu ziehen, um Gewichtungen zu variieren, wo Nachteile existieren, beispielsweise Fahrzeugantwortverhalten und externes Rauschen.

Wir wenden uns nun dem Kommunikationsprotokoll zu, das in größerem Detail angepasst ist. In der nachfolgenden Diskussion ist ein intelligentes Betätigungsmittel eine Vorrichtung, die physikalisches Messen oder genaues Lokalisieren von abgeleiteten Signalen ermöglichen, um interne Steuerelemente zu modulieren, um einen Betrieb mit geschlossener Regelschleife zu ermöglichen, um einen externen Wunsch nach einer Untersystemleistungsfähigkeit zu erfüllen, und dumme Betätigungsmittel sind jene, die ermöglichen, dass externe Steuersignale interne Steuerelemente modulieren und ein abgeleitetes Messen für einen Betrieb mit quasi geschlossener Regelschleife ermöglichen. Als ein Beispiel wird eine Kraftübertragungsvorrichtung betrachtet, die dazu gedacht ist, das Drehmoment zwischen zwei Ausgaben zu unterteilen, und zwar entsprechend einem externen Signal. Wenn die Vorrichtung mit Drehmomentsensoren an jedem Ausgang versehen ist, dann kann eine Steuerung mit geschlossener Regelschleife der variablen Elemente in der Vorrichtung unter Verwendung des physikalischen Messens erreicht werden – intelligentes Betätigungsmittel. Alternativ, wenn der Supervisor ein Anforderungssignal für die Modulation eines internen Steuerelements von einer Kraftübertragungsvorrichtung sendet, und zwar ohne direkte Bezugnahme auf den gewünschten Einstellpunkt, dann wäre dies ein Beispiel von einem dummen Betätigungsmittel. Die Strategien können auf ein Netzwerk mit verteilten ECUs oder in Teilen in einem einzelnen ECU angewendet werden.
Es werden zunächst die Supervisor-Funktionen betrachtet, deren Zweck die optimale Integration von Untersystemen ist, um die Systemfunktion mit minimalen Kosten zu erreichen. Als ein Ergebnis sind die Systemziele und die Fahrzeugattribute: Koordination von Arbitrationen; Koordination von Untersystemfehlerbetriebsarten; falscher Schutz/; Überwachung; Interpretation von Fahrer-Eingaben (HMI); telematische Eingabehandhabung; Koordination von PnP.
Die Nachrichten können Signal E/A; Steuer-Bereichs-Netzwerk (CAN(s)); lesendes "globales" Sensorpaket; und Telematiken umfassen. Die ausgegebene Nachricht (von dem Supervisor) kann ein aktueller Imparativ (Aktion jetzt!) oder ein zukünftiger konditionaler Imparativ (Aktion wenn!) sein. Diese letzte Nachricht ist besonders wichtig, da der Supervisor eine Betriebshüllkurve in der Form beispielsweise eines Instruktionssatzes für ein oder mehrere Betätigungsmittel einstellen kann. In diesem Fall wird ein Befehl zu den Untersystemen gesendet und für zukünftige Bezugnahme gespeichert. Die Nachricht spezifiziert eine zukünftige Aktion (positiv oder verhindern), die durch das Untersystem durchgeführt wird, wenn ein spezieller oder ein Fuzzy-Satz von Umständen auftritt. Die Nachricht kann die Form eines Bereichs von einem Steuerkode haben, der als eine neue Komponente des Untersystems zusammengesetzt ist, Steuerstrategie. Die neue Komponente kann mit Hilfe effektiven Entfernens spezifiziert werden, was ein chronologisch definiertes Ablaufdatum oder eine Interpretation von Eingabesignalen sein kann. Wenn beispielsweise jede n-te Nachricht von dem Supervisor Instruktionen enthalten kann, wie in dem Fall eines Fehlers von einer oder einer Kombination von anderen Komponenten gearbeitet werden soll, sogar in dem Ausmaß, dass ein zweites Netzwerk zwischen den Untersystemen in dem Fall von Fehlern oder für Fehlererkennungszwecke aufgerufen wird.
Die eingehenden Nachrichten (zu dem Supervisor) können umfassen: Erlaubnisanfrage an den Supervisor für eine lokale Aktion (kann ich die Kupplung öffnen, bitte?); Anfrage an den Supervisor für eine entfernte Aktion; lokale Diagnose; und weitere Funktionseinschränkungen (aktuell und zukünftig).
Es wird nun auf die Untersystemfunktion Bezug genommen, deren Aufgabe darin besteht, primär Untersystemfunktion(en) zu steuern, die Hauptfunktionen) ist (sind): Dauerhaftigkeit; Steuerung von mechanischen Einheiten; lokale ECU einschließlich Mechatronic-Design; Lesen von lokalen Sensoren; Eigendiagnose; Erkennung; Selbstkalibrierung; E/A-Fehlerbetriebsart; Limp-Home-Strategie; PnP. Die Nachrichten können Signal E/A-CAN und das Lesen lokaler Sensoren umfassen.
Wie vorstehend, können die eingehenden Nachrichten (von dem Supervisor) aktuellen Imparativ (Aktion jetzt!) oder zukünftigen konditionalen Imparativ (Aktion wenn!) beinhalten. Die ausgehenden Nachrichten (zu dem Supervisor) sind Erlaubnisanfragen an den Supervisor für eine lokale Aktion (kann ich bitte die Kupplung öffnen?); Anfrage an den Supervisor für entfernte Aktionen; lokale Diagnose; Warnung vor lokalen Funktionsbeschränkungen (aktuell oder zukünftig) . Dieses letzte ist wiederum signifikant, da es dem Untersystem ermöglicht, dem Supervisor vorhergesagte/präventive Informationen zur Verfügung zu stellen, wodurch die Funktion verbessert wird.
Ein Beispiel von einem Kommunikationsaustausch kann folgendes sein: ausgehende Nachrichten (zu Untersystemen): aktueller Imparativ (Aktion jetzt!); Definition von funktionaler Hüllkurve; lokale Diagnose; zukünftiger konditionaler Imparativ (Aktion wenn!). Eingehende Nachrichten (von Untersystemen): Erlaubnisanfrage an Supervisor für lokale Aktion (zum Beispiel, kann ich bitte die Kupplung öffnen?); Anfrage an den Supervisor für eine entfernte Aktion in einem anderen System (zum Beispiel Frage bitte den Motor, 140 Nm zu erzeugen); Warnen vor lokalen Funktionsbeschränkungen (aktuell und zukünftig) (zum Beispiel sei darauf hingewiesen, maximales Kupplungsdrehmoment = 1300 Nm).n
Das hier erläuterte System beschäftigt sich mit Konfliktschwierigkeiten bei bekannten Systemen. Bei solchen Systemen treten keine Konflikte auf, wenn der Betrieb von jedem der Systeme auf eine exklusiven Bereich des Fahrzeugbetriebsraums beschränkt ist. Jedoch ist dies eine unwahrscheinliche Situation, und die Realität von ad hoc Verbindung von ECUs ist bekannt, dass sie Konflikte bewirkt.
Ein Beispiel von Integration von derzeitigen Fahrzeugen bezieht sich auf die Interaktion von Motor und Automatikgetriebe, wobei es dem Getriebe möglich ist, eine Verminderung des Drehmoments während eines Schaltvorgangs anzufordern, obwohl angenommen wird, dass das System eine erhöhte Hierarchie hat. Die generalisierte Netzwerkarchitektur von einer zentralisierten Koordination von allen Fahrzeugsystemen, die in 6 gezeigt sind, stellt auf der anderen Seite einen Supervisor und ein intelligentes Betätigungsmittel in einer gut definierten Hierarchie zur Verfügung.
Beim Anwenden der vorstehend erläuterten Strategien sendet der Supervisor Einstellpunktziele an jedes der Untersysteme. Beispielsweise empfängt das Motormanagementsystem (EMS) einen Befehl, 240 Nm zu erzeugen, das Getriebe einen Befehl, den dritten Gang beizubehalten, und das Drehmomentvektorzentrumdifferential (TVCD) einen Befehl, eine Vorspannung von 70 : 30 zu erhalten. In diesem Fall ist jedes der Untersysteme für die detaillierte lokale Steuerung ihres eigenen Mechanismus verantwortlich und ist daher vermutlich ein mechatronisches System. Der Supervisor kann zwei Sätze von Zielen haben, einen für die dominierende Straightline-Steuerung von der Kraftübertragung und einen zweiten für die Steuerung des Fahrwerkusystems für seitliche Dynamiken; zwischen den zwei, TVCDs überspannen diese Unterscheidung. Das Kommunikationsprotokoll zwischen dem Supervisor und den intelligenten Betätigungsmitteln und die Möglichkeit einer zusätzlichen Kommunikation zwischen den intelligenten Betätigungsmitteln definiert wirksam die Hierarchie des Netzwerks.
Eine geeignete Nachrichtenstruktur zur Aufnahme der Erfindung ist in der anschließenden Tabelle aufgeführt, durch die die Integration von Systemen ermöglicht wird, und zwar für verschiedene Lieferanten. Dies wird vorzugsweise als eine Erweiterung von vorhandenen CAN Kommunikationsprotokollen angewendet.
Insbesondere tragen die Befehle von den Supervisor 150 zu den Untersystemen 152 dazu bei, den gewünschten Fahrzeugschlupfwinkel und die Gierrate zur Verfügung zu stellen, wie oben beschrieben. Verschiedene Techniken, um dies zu erreichen, sind dem erfahrenen Leser bekannt, da die Dynamiken und allgemeinen Steuertechniken bereits verfügbar sind. Beispielsweise kann ein Modellieren in Verbindung mit geeigneten Optimierungstechniken verwendet werden. Als ein Ergebnis wird hier keine detaillierte Diskussion durchgeführt, obwohl einige allgemeine Kommentare folgen.
Es ist offensichtlich, dass das Untersystemenbetätigungsmittel einen breiten Bereich von Elementen beinhalten kann, einschließlich ein Motormanagementsystem, eine Getriebesteuereinheit, eine Abgasbehandlungseinheit, Drehmomentvektordifferentialelemente, Bremselemente, wie zum Beispiel ABS Steuerung, Fahrgestellsteuerung usw. Jedes von diesen ist individuell allgemein bekannt, da Interaktionen zwischen diesen und die Diskussion des Drehmomentvektordifferentials allgemein bekannt ist, beispielsweise aus den UK-Patentanmeldungen Nr. 0203026.0 und 0209654.3 . Ein möglicher Lösungsansatz als eine empirischer Ansatz zur Bestimmung, wie die verschiedenen Parameter am besten kombiniert werden können, verwendet Optimierungstechniken. Um eine gegebene Kombination von Giermoment und Fahrzeugschlupfwinkel zu erreichen, sind verschiedene Kombinationen von Freiheitsgraden, wie zum Beispiel Getriebeausgabedrehmoment, Bremsdrehmoment an jedem Rad und Antriebsdrehmoment an jedem Rad offensichtlich. Jedoch können die Kosten der möglichen Kombinationen vermutlich variieren, was die Möglichkeit eröffnet, eine Optimierung der Kosten durchzuführen, um einen gegebenen Pegel an Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Diese Optimierung basiert auf Sensitivitätsstudien, die Antwortflächen für Hauptkostenelemente erzeugen, um Haupteffekte und Interaktionen zu erreichen. Die Anwendung von klassischen Optimierungstechniken kann erreicht werden, und zwar unter Verwendung von Ableitungsinformationen, die aus den Sensitivitätsstudien extrahiert sind, um die Interaktionen (bis zur dritten Ordnung beispielsweise) zu ermöglichen, um als ein Teildifferentialausdruck ausgedrückt zu werden. Jedoch wird eine genetische Algorithmussuche (GA) bevorzugt, da er die Forderung nach dieser bestimmten Stufe überflüssig macht und größeres Vertrauen gibt, dass globale Minima gefunden wurden.
Die Kostenfunktion der folgenden Form wurde entwickelt:
Wobei:

_i ist die spezielle Kosten-Spezies. Solche Kosten können beinhalten: Abweichung von Fahrzeugattributzielen oder Vertrauensmetriken, wenn eine Übereinstimmung nicht möglich ist, Betätigungsmittelenergie, Bremstemperatur, NVH etc.
X_i sind die absoluten Kosten zum Betreiben des Untersystems an diesem möglichen Einstellpunkt.
w_i ist die absoluten Gewichtung entsprechend einer bestimmten Kostenspezies. Diese Gewichtungen können die Form eines Zeitplans haben, anhängig von Faktoren, wie zum Beispiel die Klassifizierung von dem Manöver.

Daten des Typs, die verwendet werden, um die Kostenfunktion zu füllen, können beispielsweise die Kosten sein, die mit dem Erzeugen des gewünschten Schlupfwinkels relativ zu der Aktion des Fahrers, in Beziehung stehen, die mit der Lenkradverlagerung in Beziehung steht. In der Kostenfunktion können generische Ziele enthalten sein, wie zum Beispiel Abweichungen von linearer Antwort oder Abweichung von dem gewünschten Unterlenkgradienten. Jedoch kann diese durch gemessene Charakteristiken ersetzt sein, um eine direkte Emulation der Charakteristiken des Bildfahrzeugs zu versuchen. Solche Ziele werden aus Benchmarking von bevorzug ten Fahrzeugen abgeleitet, die sich auf stabilen Zustand, dynamische Antwort bzw. Lenkgefühl beziehen.
Als eine Alternative zu empirischen Lösungsansätzen können ebenfalls algorithmische oder mathematisch formulierte Lösungsansätze angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Gierraten-Steuerung eingeführt werden, die speziell auf das Verbinden der Lenkeingabe zu der Gierrate gerichtet ist (d.h, die Gaspedalposition wird nicht in Betracht gezogen). Das Referenzmodell für diese Gierraten-Steuerung entspricht einem Filter zweiter Ordnung. Die Parameter für diesen Filter werden aus einem Fahrzeughandhabungsmodell mit zwei Freiheitsgraden erhalten und so spezifiziert, dass eine ideale Unterlenk-Charakteristik über dem Fahrzeugbetriebsbereich definiert ist. An dieser Stelle werden hier das Fahrzeughandhabungsmodell mit zwei Freiheitsgraden, die Filterbeschreibung und die von der Geschwindigkeit abhängige Parametervariation beschrieben.
Der vorgeschlagene Referenzmodelllösungsansatz ist explizit: das Referenzmodell definiert die dynamische Zielperformance; Steuerdesign ist separat und erreichbar mit einem Typ 1 System; und Kalibrierung ist praktisch.
Unter Verwendung der folgenden Anmerkungen:

a – Distanz von der Vorderachse zu C von G[m]
b – Distanz von der Vorderachse zu C von G[m]
C – Reifensteifigkeitskoeffizient [N/rad]
I – Fahrzeug-Gier-Trägheit [kg.m²]
K – stabiler Zustand Gewinn
m – Fahrzeuggewicht [kg]
r – Gierrate [rad/s]
s – Laplace-Operator
V – Fahrzeuggeschwindigkeit [m/s]
δ- Winkelverlagerung [rad]
ω – Natürliche Frequenz [rad/s]
ζ – Dämpfungsverhältnis [1]

Indexliste

c – Kritisch
f – Vorne
h – Handrad
r – Hinten
s – Lenkung
0 – Null Geschwindigkeit
∞ – Unendliche Geschwindigkeit
die Gleichungen der Bewegung von dem Handhabungsmodell mit zwei Freiheitsgraden können geschrieben werden als
wobei C0 = 2 (Cf + Cr) (D2) C1 = 2 (aCf + bCr) (D3 ) und C2 = 2 (a2Cf + b2Cr) (D4) .

Die Differentialgleichungen, die in D1 angegeben sind, können neu angeordnet werden, um die Transferfunktion zu geben, die sich auf die Handradwinkelverlagerung zu Gierrate bezieht, und zwar wie folgt:
Gleichung 5 kann vereinfacht werden, indem alle vorübergehenden Effekte vernachlässigt werden, die durch den Numerator eingeführt werden, d.h.:
Gleichung D6 entspricht einem Standardfilter zweiter Ordnung und kann wie folgt dargestellt werden:
Unter Bezugnahme auf D7 und Referenz [1] können der stabiler Zustand Gewinn, Dämpfungsverhältnis und natürliche Frequenzparameter, die einem typischen untersteuerten Fahrzeug entsprechen, aus den folgenden Gleichungen erhalten werden:
Zusammenfassend definiert Gleichung D7 das Referenzmodell für die vorgeschlagene Gierraten-Steuerung, und Gleichungen D8–D10 zeigen, wie die Parameter des Referenzmodells abhängig sind von der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Als ein Ergebnis ermöglichen die adaptierten Parameter ω_∞ und ζ₀ eine Variation des stabiler Zustand Gewinn (steady state gain), um die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Anstelle der Verwendung des Referenzmodells zum Definieren der Zielleistungsfähigkeit der Gierraten-Steuerung kann die gleiche Technik auch angewendet werden, um den Schlupfwinkel zu steuern. Die Methologie, unabhängig davon ob sie für die Steuerung der Gierrate, des Schlupfwinkels oder anderer Ziele angewendet wird, hat die folgenden Vorteile gegenüber anderen häufig verwendeten Verfahren zum Definieren von Steuerschemata für Fahrzeuge:

– Das Referenzmodell definiert Zielleistungsfähigkeit statt mehrere gekoppelte Tabellen.
– Das Referenzfahrzeugmodell ist von der Steuerstruktur getrennt, was das leichte Austauschen von verschiedenen Fahrzeugmodellen und Steuerstrukturen ermöglicht.
– Das Kalibrieren des Zielwertes, mit mehreren sinnvollen Einheiten, kann einfacher interpretiert werden.

Um die Untersystemantwort auf einen Einstellpunktbefehl von dem Supervisor zu verbessern, kann ein Zuführsystem angepasst sein. Gemäß diesem System enthält das Untersystem ein Fahrzeugmodell. Das Untersystem arbeitet mit einer Steuerung mit geschlossener Regelschleife, wodurch lokale Sensoren oder Fahrzeugsensoren erfassen, ob das Untersystem den gewünschten Effekt erreicht hat. Um den Einstellpunkt so schnell wie möglich zu erreichen, bezieht sich das Untersystem auf das Fahrzeugmodell, um den Einstellpunkt schneller zu verfolgen, indem die wahrscheinlichen Kompensierungen bestimmt werden, die erforderlich sind.
Es ist offensichtlich, dass die verschiedenen Aspekte der obigen Erfindung kombiniert oder ausgetauscht werden können, falls geeignet. Die Erfindung ist auf irgendeinen Typ von Fahrzeug anwendbar, aber insbesondere auf Landfahrzeuge. Es kann auf einen Vierradantrieb oder auf einen Vorderradantrieb oder auf einen Hinterradantrieb angewendet werden, und Systeme haben irgendeine Anzahl von durch den Supervisor gesteuerte Untersysteme. Die Eingaben des Fahrers können kombiniert oder individuell bewertet werden, und ähnliche Fahrzeugparameterausgaben können aus einem Bereich von Möglichkeiten ausgewählt werden, falls geeignet. Die Fahrereingabevorrichtungen können irgendwelche Fahrereingaben beinhalten und irgendeine Form haben, zum Beispiel ist eine Nicht-Lenkradfahrzeugeingabe möglich.
Zusammenfassung
Ein Fahrzeugsteuerungssystem enthält zumindest eine Fahrer-Eingabe (20), einen Supervisor (14) und zumindest ein Untersystem (18), das durch den Supervisor gesteuert wird. Der Supervisor bewertet die Fahrer-Eingabe, um einen aktuellen Fahrer-Wunsch zu erzeugen, und steuert die Untersysteme (18) entsprechend. Als ein Ergebnis wird ein intuitiver Fahrer-Wunsch erkannt und erfüllt.
(1)

Claims

Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrer-Eingabe, einem Steuerungs-Betätigungsmittel und einem Steuerungs-Prozessor, der dazu ausgestaltet ist, um die Fahrer-Eingabe zu verarbeiten, einen aktuellen Fahrer-Wunsch abzuleiten und das Fahrzeug gemäß dem Fahrer-Wunsch über das Steuerungs-Betätigungsmittel zu steuern.
System nach Anspruch 1, bei dem die Fahrer-Eingabe zumindest eines ist von Lenkung, Bremse, Drosselklappe, Kupplung und Getriebeeingang.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Steuerungs-Betätigungsmittel zumindest eines umfasst von Getriebe, Kraftübertragung, Bremse oder Drehmomentdifferential-Betätigungsmittel.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Prozessor die Fahrer-Eingabe unter Verwendung von zumindest einem von Verweistabellen, neuronale Netzwerke, Fuzzy-Logic und Mustererkennung.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerungs-Prozessor zumindest eines von einem gewünschten Fahrzeugschlupfwinkel und einer gewünschten Gierrate ableitet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Fahrer-Eingaben jeweils unabhängig voneinander verarbeitet werden, um einen Aspekt von einem aktuellen Wunsch abzuleiten.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerungs-Prozessor einen aktuellen Fahrer-Wunsch gegenüber Fahrzeugleistungsfähigkeitgrenzen vergleicht und die Fahrzeugleistungsfähigkeit steuert, um den aktuellen Wunsch am besten anzunähern, wo der Grenzwert überschritten wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerungs-Prozessor außerdem externe Zustandseingaben empfängt und die Steuerungs-Betätigungsmittel entsprechend steuert.
System nach Anspruch 8, bei dem die externen Zustandseingaben die Fahrerfertigkeit, den Fahrzeugflächenkoeffizienten der Reibung, die absolute Fahrzeugposition beinhalten.
System nach Anspruch 9, bei dem die absolute Fahrzeugpositionseingabe durch einen GPS-Sensor zur Verfügung gestellt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem mit einem Fahrerrückkopplungsmodul, um eine Rückmeldung für den Fahrer über die Fahrzeugleistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerungs-Prozessor als eine weitere Eingabe einen Leistungsfaktor ausweist, um einen aktuellen Fahrer-Wunsch abzuleiten.
System nach Anspruch 12, bei dem der Leistungsfaktor einen Fahrersportlichkeitsindex (DSI) beinhaltet.
System nach Anspruch 13, bei dem der DSI aus der Fahrerleistungsfähigkeit abgeleitet wird.
System nach Anspruch 13, bei dem der DSI durch den Fahrer gesteuert wird.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der DSI ein diskreter inkrementaler Index ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fahrer eine autonome Steuerung der Leistungsfaktoren hat.
System nach Anspruch 17, bei dem der Fahrer zumindest eines von vorne nach hinten Drehmomentvorspannung und Lenkwinkel zu Gier-Verhältnis steuern kann.
Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit einer Steuerung, die dazu ausgestaltet ist, um externe Fahrzeugpositionsdaten als eine Funktion der Zeit zu empfangen und um das Fahrzeugverhalten aus den Daten abzuleiten.
Steuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das abgeleitete Fahrzeugverhalten ein Fahrzeugschlupfwinkel ist.
System nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Steuerung außerdem dazu ausgestaltet ist, um das Fahrzeugverhalten abhängig von dem abgeleiteten Fahrzeugverhalten zu steuern.
System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die Positionsdaten GPS-Daten sind.
Fahrzeugsteuerungssystem mit einem Supervisor-Modul und zumindest einem Steuerungs-Modul, das Zugriff auf lokale Zustandsinformationen hat, wobei das Supervisor-Modul dazu ausgestaltet ist, um lokale Zustandsinformationen von dem Steuerungs-Modul zu empfangen.
System nach Anspruch 23, bei dem die lokalen Zustandsinformationen vorhergesagte zukünftige Zustandsinformationen umfassen.
Fahrzeugsteuerungssystem mit einem Supervisor-Modul und zumindest einem Steuerungs-Modul, wobei das Supervisor-Modul dazu ausgestaltet ist, um einen konditionalen Instruktionssatz zu dem Steuerungs-Modul zu senden.
Fahrzeug mit einem Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Steuerungs-Prozessor, der dazu ausgestaltet ist, um ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu implementieren.
Computer-lesbares Medium mit einem Befehlssatz, der dazu ausgestaltet ist, um ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu implementieren.
Kommunikationsprotokoll für ein Fahrzeugsteuerungssystem mit einem Supervisor-Modul und zumindest einem Steuerungs-Modul, wobei die Kommunikation von dem Supervisor-Modul zu dem Steuerungs-Modul einen konditionalen Befehlssatz beinhaltet.
Steuerungssystem für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug, mit einer Fahrer-Eingabe, einem Steuerungs-Betätigungsmittel, einem Steuerungs-Prozessor und einem Fahrzeugverhalten-Sensor, wobei der Prozessor dazu ausgestaltet ist, um das Fahrzeugverhalten über das Steuerungs-Betätigungsmittel abhängig von Fahrer-Eingabe und Sensor-Eingabe zu steuern.
Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit einer Steuerung, die dazu ausgestaltet ist, um externe Fahrzeugpositionsdaten als eine Funktion der Zeit zu empfangen und um das Fahrzeugverhalten aus diesen Daten abzuleiten.
Fahrzeugsteuerungssystem mit einem Supervisor-Modul und einer Vielzahl von Steuerungs-Modulen, wobei das Supervisor-Modul einen abhängigen Steuerungssatz enthält und dazu ausgestaltet ist, um Steuerungs-Wünsche von jedem von den Steuerungs-Modulen zu empfangen und um den Wünschen in den Grenzen des abhängigen Satzes zuzustimmen.