DE112013007674T9

DE112013007674T9 - Vorwarnung bei Überschreiten eines Grenzwertes für ein Lenkdrehmoment eines LCC

Info

Publication number: DE112013007674T9
Application number: DE112013007674.8T
Authority: DE
Inventors: Jin-woo Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2033-12-07
Also published as: WO2015084406A1; US20160288831A1; DE112013007674B4; DE112013007674T5; CN106061814B; US9688308B2; CN106061814A

Abstract

Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Warnung für einen Fahrzeugfahrer bevor das Fahrzeug die Kurve erreicht, wenn ein Spurhalte- und/oder Spurzentrierungssystem nicht in der Lage ist, eine enge Kurve mit der vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit zu durchfahren. Das Verfahren bezieht Spurinformationen zu einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten in der Zukunft und generiert einen gewünschten Pfad für das Fahrzeug. Das Verfahren bezieht auch Fahrzeugbewegungsinformationen und bestimmt Lenkwinkel für das Fahrzeug, so dass das Fahrzeug dem gewünschten Pfad folgt, basierend auf dem gewünschten Pfad und der Fahrzeugbewegung. Das Verfahren bestimmt ein Lenkdrehmoment für jeden der Lenkwinkel und bestimmt, ob eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten Drehmomentgrenzwert überschreitet. Das Verfahren gibt eine Warnung aus, wenn eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten Drehmomentgrenzwert tatsächlich überschreitet, bevor das Spurhaltesystem dieses Drehmoment zuführen muss, um das Fahrzeug zu lenken.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und Verfahren zum Bereitstellen einer Fahrerwarnung in Verbindung mit einer Spurzentrierung (LC) und/oder Spurhaltung (LK) bei einem autonom oder teilautonom fahrenden Fahrzeug und insbesondere ein System und Verfahren zum Bereitstellen einer Fahrerwarnung in Verbindung mit einer Spurzentrierung und/oder Spurhaltung bei einem autonom oder teilautonom fahrenden Fahrzeug, welche ein Bereitstellen einer frühzeitigen Warnung für den Fahrzeugfahrer umfassen, dass das LC- oder LK-System nicht in der Lage ist, eine anstehende Kurve mit der vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit zu handhaben.
Beschreibung der verwandten Technik
Der Betrieb moderner Fahrzeuge wird immer autonomer, d. h. die Fahrzeuge sind in der Lage, mehr Fahrsteuerung mit geringerem Fahrereingriff bereitzustellen. Seit einigen Jahren gibt es bereits Tempomate in Fahrzeugen, wobei der Fahrzeugfahrer eine bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeugs einstellen kann und das Fahrzeug diese Geschwindigkeit beibehält, ohne dass der Fahrer das Gaspedal betätigt. In der Technik wurden kürzlich adaptives Fahrgeschwindigkeitsregelsysteme entwickelt, bei denen das System nicht nur die eingestellte Geschwindigkeit beibehält, sondern auch das Fahrzeug automatisch abbremst, falls ein langsamer fahrendes Fahrzeug vor dem betreffenden Fahrzeug unter Verwenden von diversen Sensoren, wie etwa Radar, Lidar und Kameras, detektiert wird. Moderne Fahrzeugsteuersysteme können auch autonomes Parken umfassen, wobei das Fahrzeug automatisch die Lenksteuerung zum Einparken des Fahrzeugs bereitstellt, und wobei das Steuersystem eingreift, falls der Fahrer plötzliche Lenkänderungen vornimmt, welche sich auf die Fahrzeugstabilität und die Spurzentrierungsfähigkeiten auswirken können, wobei das Fahrzeugsystem versucht, das Fahrzeug im Zentrum der Spur zu halten. Es wurden vollkommen autonome Fahrzeuge vorgeführt, welche im simulierten Stadtverkehr mit bis zu 30 mph fahren und dabei alle Straßenverkehrsregeln einhalten.
In dem Maße, wie sich die Fahrzeugsysteme verbessern, werden sie immer autonomer, wobei das Ziel ein vollkommen autonom fahrendes Fahrzeug ist. Zukünftige Fahrzeuge werden wahrscheinlich autonome Systeme für Spurwechsel, Spurhaltung, Spurzentrierung, Überholen, Abbiegen aus dem Verkehr, Einbiegen in den Verkehr, usw. verwenden. In dem Maße, wie sich diese Systeme in der Fahrzeugtechnologie durchsetzen, wird es auch notwendig sein, zu bestimmen, welche Rolle der Fahrer in Verbindung mit diesen Systemen zum Steuern von Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenken und Übergehen des autonomen Systems übernehmen wird.
Ein Beispiel für teilautonome Fahrzeugsteuersysteme ist in dem US-Patent Nr. 8,190,330 , erteilt am 29. Mai 2012 unter dem Titel „Model Based Predictive Control for Automated Lane centering/changing control systems”, zu finden, welches an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung abgetreten wurde und hiermit zur Bezugnahme übernommen wird und ein System und Verfahren zum Bereitstellen einer Lenkwinkelsteuerung zu Spurzentrierungs- und Spurwechselzwecken bei einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug offenbart. Das US-Patent Nr. 8,170,751 , erteilt am 1. Mai 2012 unter dem Titel „Detection of Driver Intervention During a Torque Overlay Operation in an Electric Power Steering System”, welches an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung abgetreten wurde und hiermit zur Bezugnahme übernommen wird, offenbart ein System und Verfahren zum Steuern der Fahrzeuglenkung durch Detektieren eines Fahrereingriffs bei einem Momentenüberlagerungsvorgang.
Wie erwähnt, wurden in der Technik Spurzentrierungs- und/oder Spurhaltesysteme vorgeführt, welche bewirken, dass das Fahrzeug der Fahrzeugfahrspur autonom folgt. Aktuelle Spurzentrierungs- und Spurhalte-Controller weisen zu Sicherheitszwecken typischerweise einen maximalen Lenkdrehmomentgrenzwert, beispielsweise 3 Newtonmeter, auf. Unter bestimmten Fahrbedingungen, wie etwa beim Fahren auf Autobahngeschwindigkeiten und beim Durchfahren einer Kurve, welche einen relativ engen Krümmungsradius, wie etwa 500 m, aufweist, ist der Lenkdrehmomentgrenzwert jedoch nicht hoch genug, um das Fahrzeug in der Spur zu halten. Insbesondere unter derartigen Bedingungen benötigt die Fahrzeuglenkung ein Lenkdrehmoment von mehr als 3 Newtonmetern, um in der Spur zu bleiben. Da dieser Drehmomentbetrag über das hinausgeht, was das Spurzentrierungssystem bereitstellen kann, müssen die Spurzentrierungs- und/oder Spurhaltealgorithmen diese Situation beheben. Aktuelle Spurzentrierungs- und Spurhalte-Controller verwenden häufig Spurabweichungswarnungen, wenn das Fahrzeug beginnt, außerhalb der Spur zu fahren. Da der Fahrzeugfahrer, während das Fahrzeug autonom fährt, vielleicht nicht ganz aufmerksam ist, kann eine Spurabweichungswarnung, welche das System ausgibt, wenn das Fahrzeug die Spur verlässt, zu spät dafür sein, dass der Fahrzeugfahrer die Kontrolle über das Fahrzeug übernimmt und in der Spur bleibt. Daher besteht in der Technik ein Bedarf daran, eine Warnung für diese Situation im Voraus bereitzustellen, so dass der Fahrer angemessen reagieren kann.
Die obige Diskussion bezieht sich auf das Bestimmen eines Lenkdrehmoments zu Spurhaltezwecken. Ein typischer Spurhalte- oder Spurwechsel-Steueralgorithmus berechnet einen Fahrzeuglenkwinkel als einen Befehl, um das Fahrzeug zu lenken, und nicht ein Lenkdrehmoment. Die meisten Lenksysteme, beispielsweise Servolenk-(EPS)Systeme, nehmen jedoch typischerweise nur ein Lenkdrehmoment als Befehl an. Daher erfordern diese Systeme eine gewisse Technik, um den Lenkwinkel in ein Lenkdrehmoment umzurechnen. Eine ungenaue Umrechnung des Lenkwinkels in ein Lenkdrehmoment kann Fahrzeugschwingungen während eines Spursteuermanövers verursachen. Die aktuellen Lenkmodelle sind im Allgemeinen zum Umrechnen des Lenkwinkels in ein Lenkdrehmoment bei Spursteueralgorithmen auf Grund der begrenzten Rechenleistung, nicht vorhandener geeigneter Sensoren und der Ungenauigkeit der Umrechnungen von Winkel in Drehmoment für Start/Stopp-Situationen nicht anwendbar. Somit besteht in der Technik ein Bedarf daran, bei derartigen Spursteuersystemen einen Lenkwinkelbefehl effektiv in einen Lenkdrehmomentbefehl umzurechnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein System und Verfahren zum Bereitstellen einer Warnung oder eines Alarms für einen Fahrzeugfahrer bevor das Fahrzeug die Kurve erreicht, wenn ein Spurhalte- und/oder Spurzentrierungssystem nicht in der Lage ist, eine enge Kurve mit der vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit zu durchfahren. Wenn das Spurzentrierungs-/Spurhaltesystem eingeschaltet ist, bezieht das Verfahren Spurinformationen über die Spur zu einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten in der Zukunft und generiert einen gewünschten Pfad für das Fahrzeug, um das Fahrzeug zu jedem der Abtastzeitpunkte in der Spur zu halten. Das Verfahren bezieht auch Fahrzeugbewegungsinformationen, welche benötigt werden, um das Fahrzeug zu jedem der Abtastzeitpunkte auf dem gewünschten Pfad zu halten, und bestimmt basierend auf dem gewünschten Pfad und der Fahrzeugbewegung Lenkwinkel für das Fahrzeug, welche notwendig sind, damit das Fahrzeug dem gewünschten Pfad folgt. Das Verfahren bestimmt das Lenkdrehmoment, welches benötigt wird, um das Fahrzeug während der nächsten Sekunden zu lenken, und bestimmt, ob eines der Lenkdrehmomente in den nächsten Sekunden den vorbestimmten Drehmomentgrenzwert überschreitet. Das Verfahren gibt eine Warnung aus, falls eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten Drehmomentgrenzwert tatsächlich überschreitet, bevor das Fahrzeug die Spur verlässt oder das Spurhaltesystem dieses Drehmoment bereitstellen muss, um das Fahrzeug zu lenken.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervorgehen, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Abbildung eines exemplarischen Fahrzeuglenksystems;
2 ist eine Abbildung eines betreffenden Fahrzeugs, welches auf einer Fahrzeugspur fährt, welche eine Kurve aufweist;
3 ist ein Blockdiagramm, welches einen bekannten Prozess zum Vorhersagen eines Fahrzeugpfads zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, welches einen Prozess zum Bestimmen eines Fahrzeuglenkwinkels zeigt;
5 ist eine Abbildung, welche eine Fahrzeugquerdynamik zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Bestimmen zeigt, ob eine Fahrerwarnung auszugeben ist, falls ein Spurzentrierungs-/Spurhaltesystem ein Lenkdrehmoment benötigt, welches den maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet;
7 ist ein Flussdiagramm, welches einen Überblick über einen Prozess zum Entwickeln eines Lenkmodells zum Umrechnen des Lenkwinkels in das Lenkdrehmoment zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, welches einen rechnerunabhängigen Teil des Prozesses zeigt, welcher in 7 abgebildet ist; und
9 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Aktualisieren des Lenkmodells, welches in 7 abgebildet ist, in Echtzeit zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche auf ein System und Verfahren zum Bereitstellen einer frühzeitigen Fahrerwarnung zielt, wenn ein Spurzentrierungs- und/oder Spurhaltesystem nicht in der Lage ist, eine enge Kurve zu durchfahren, ist rein exemplarischer Art und keineswegs dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken.
Die folgende Beschreibung umfasst eine Diskussion der Beziehung zwischen Fahrzeuglenkwinkel und Fahrzeuglenkdrehmoment. 1 bildet ein exemplarisches Fahrzeuglenksystem 10, welches ein Lenkrad 12 und Laufräder 14 und 16 umfasst, für diese Diskussion ab. Das Lenkrad 12 ist mit den Rädern 14 und 16 über eine Lenksäule 18 und eine Achse 20 auf eine Art und Weise gekoppelt, welche dem Fachmann wohlbekannt ist, so dass sich, wenn der Fahrer das Lenkrad 12 dreht, die Räder 14 und 16 entsprechend drehen.
Das Lenksystem 10 umfasst ein Servolenk-(EPS)System 24, welches einen elektrischen Lenkmotor 26 aufweist, welcher an der Achse 20 montiert ist und als Reaktion darauf, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, auf eine Art und Weise, welche in der Technik wohlbekannt ist, eine Servolenkung bereitstellt. Wenn mit anderen Worten der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, dreht das EPS-System 24 die Räder 14 und 16 um den Betrag, welcher von dem Fahrzeugfahrer befohlen wird, so dass das Drehen der Räder 14 und 16 auf der Fahrbahn einfacher ist. Das Fahrzeugsystem 10 kann auch ein aktives Vorderachslenk-(AFS)System 28 umfassen, welches einen Elektromotor 30 umfasst, welcher an der Lenksäule 18 montiert ist. AFS-Systeme sind dem Fachmann wohlbekannt und stellen eine zusätzliche Lenkung oder korrigierende Lenkung bei diversen Fahrzeug-Stabilitätssteuersystemen in Verbindung damit bereit, dass der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 12 dreht, wobei das AFS-System 28 das Lenkrad 12 von den Rädern 14 und 16 entkoppelt.
Das Lenksystem 10 umfasst auch eine elektronische EPS-Steuereinheit (ECU) 32, welche bei einem Ausführungsbeispiel derart konfiguriert ist, dass sie die gesamte EPS-Systemsteuerung bereitstellt. Die ECU 32 umfasst auch ein Spurzentrierungs- und/oder Spurhaltesystem 34 zum Bereitstellen einer adaptiven Spurhalte- und Spurzentrierungssteuerung bei einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Diskussion. Wie es der Fachmann verstehen wird, unterstützt das EPS-System 24 einen Fahrer elektrisch beim Lenken des Fahrzeugs durch Anwenden eines variablen Motordrehmomentbefehls T_M auf den Lenkmotor 26, und je nach Bedarf eines Drehmomentenüberlagerungsbefehls (TOC), welcher den Wert des Motordrehmomentbefehls T_M während eines EPS-unterstützten Lenkmanövers ändert.
Ein Lenkwinkelsensor 36, welcher an der Lenksäule 18 montiert ist, misst die Drehung des Lenkrads 12 und der Lenksäule 18 und stellt ein Lenkwinkelsignal θ_s bereit, welches diese angibt. Ein Drehmomentsensor 38, welcher an der Lenksäule 18 montiert ist, misst das Drehmoment an der Lenksäule 18 und stellt ein Drehmomentsignal T_s bereit, welches dieses angibt. Die ECU 32 steht in elektrischer Verbindung mit dem Winkelsensor 34 und dem Drehmomentsensor 38, so dass das Lenkwinkelsignal θ_s und das Lenkdrehmomentsignal T_s der ECU 32 zur Verfügung gestellt werden. Die ECU 32 verarbeitet einen Satz von Fahrzeugleistungswerten, welche das Lenkwinkelsignal θ_s und das Lenkdrehmomentsignal T_s umfassen, und überwacht ständig Fahrzeugparameter, wie etwa ohne Einschränkung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Fahrzeugierrate, die Quer- und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs usw. Zudem kann die ECU 32 derart konfiguriert sein, dass sie Daten von diversen Spurdetektionssensoren empfängt, welche im Allgemeinen außen am Fahrzeug montiert sind. Bei vielen Systemen umfassen die die Spurdetektionssensoren Spurdetektionskameras, welche an diversen Stellen im Fahrzeug montiert sind, wie etwa an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, unter den Fahrzeugseitenspiegeln usw., und die derart konfiguriert sind, dass sie Spurmarkierungen erfassen, welche an der Fahrbahn befestigt sind. Die Spurmarkierungen geben im Allgemeinen die Begrenzungen an, welche die Geometrie der Spur definieren, wozu die Spurmitte gehört. Der Fachmann wird verstehen, dass andere Prozessoren und ECUs als die ECU 32 von dem Spursteuersystem 34 verwendet werden können, um die Mitte der Spur zu überwachen und zu bestimmen.
2 ist eine Abbildung 50, welche ein betreffendes Fahrzeug 52 zeigt, welches eine nach vorne gerichtete Kamera 54 umfasst, auf einer Spur 56 fährt und sich einer Kurve 58 in der Spur 56 nähert. Die Kamera 54 ist dazu gedacht, alle Kombinationen von Kameras, Sensoren, Radargeräten, Lidargeräten usw. in dem Fahrzeug 52 zum Detektieren von Spurmarkierungen und anderen Objekten um das Fahrzeug 52 herum darzustellen. Das Spurzentrierungs-/Spurhaltesystem 34 versucht, das betreffende Fahrzeug 52 in der Mitte der Spur 56 zu halten, welche durch die Linie 60 dargestellt wird. Durch die hier besprochenen und in der Technik bekannten Prozesse stellt das System 34 dem Fahrzeug 52 das Lenkdrehmoment bereit, um die Spurzentrierung und Spurhaltung durch die vorweggenommene Position des Fahrzeugs 52 zu den zukünftigen Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄, usw. bereitzustellen, während es durch die Kurve 58 fährt.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine frühzeitige Warnmeldung für den Fahrzeugfahrer vor, bevor das Spurzentrierungs-/Spurhaltesystem 34 unfähig ist, infolge der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Krümmungsradius auf Grund eines maximalen Lenkdrehmomentgrenzwerts für das System 34 das Fahrzeug 52 in der Spur 56 zu halten. Durch das Bereitstellen einer frühzeitigen Warnung für den Fahrer, dass die Spurzentrierungs-/Spurhalte-Lenksteuerung vielleicht Anpassungen an der Geschwindigkeit vornehmen muss, um die Spurzentrierung zu bewahren, kann der Fahrer gegebenenfalls die Fahrzeugsteuerung übernehmen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten. Die aktuellen Systeme verwenden häufig eine Spurabweichungswarnung (LDW), welche den Fahrzeugfahrer aufmerksam macht, wenn sich das Fahrzeug 52 außerhalb der Spurbegrenzung befindet. Es kann jedoch sein, dass diese Warnung nicht früh genug ist, damit der Fahrer die Lenksteuerung übernimmt, um das Fahrzeug 52 in der Spur 56 zu halten. Typischerweise kann das Fahrzeug 52 bei Autobahngeschwindigkeiten die Spur 56 innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde verlassen. Somit ist eine frühzeitige Fahrerwarnung wichtig, um das Risiko von Verkehrsunfällen zu reduzieren.
3 ist ein Blockdiagramm 70, welches einen Prozess für einen bekannten Pfadvorhersagealgorithmus zum Vorhersagen des Pfads des Fahrzeugs 52 für Spurzentrierung und Spurhaltung zeigt. Das Kästchen 72 stellt die Abtastvorrichtungen und -systeme des Fahrzeugs dar, welche diverse Fahrzeugparameter und -variablen bereitstellen, um die Pfadvorhersage bereitzustellen, wozu die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x, die Fahrzeuggierrate w, die Fahrzeugquerbeschleunigung a_y, der Fahrzeuglenkwinkel δ und das Lenkdrehmoment τ gehören. Diese Parameter und Variablen werden an ein Fahrzeugdynamik-Kästchen 74 gesendet, welches die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y mit bekannten Techniken berechnet. Die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y ist der Betrag der Fahrzeuggeschwindigkeit, den das Fahrzeug 52 verwenden muss, damit das Fahrzeug 52 auf die Mittellinie 60 lenkt und dem gewünschten Fahrzeugpfad zu Spurzentrierungszwecken folgt. Basierend auf der Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y bestimmt ein Pfadvorhersageblock 76 dann den Pfad des Fahrzeugs 52, welcher die Position des Fahrzeugs 52 in der Zukunft mit ganzzahligen Vielfachen der Zeitintervalle Δ, beispielsweise 100 ms, von dem aktuellen Zeitpunkt t aus angibt, welche als Fahrzeugquerabstand y(t + Δ) und Fahrzeugkurswinkel θ(t + Δ) dargestellt wird. 2 zeigt t₁ = t + Δ, t₂ = t + 2Δ, t₃ = t + 3Δ usw. Der Spurzentrierungsalgorithmus verwendet den vorhergesagten Pfad des Fahrzeugs 52, welcher durch y(t + Δ) und θ(t + Δ) dargestellt wird, um einen Lenkbefehl bereitzustellen, damit der Lenkwinkel δ bewirkt, dass der vorhergesagte Pfad des Fahrzeugs 52 der Mittellinie 60 folgt. Das US-Patent Nr. 8,170,739 , erteilt am 1. Mai 2012 im Namen von Lee, welches an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung abgetreten wurde und hiermit zur Bezugnahme übernommen wird, offenbart weitere Einzelheiten für diesen Prozess der Fahrzeugpfadvorhersage.
Die vorliegende Erfindung kann als umgekehrtes Problem des Bestimmens des zukünftigen Fahrzeugpfads ausgelegt werden, angesichts des Lenkwinkels δ. Die vorliegende Erfindung bestimmt den Lenkwinkel δ und dann das Lenkdrehmoment τ, welches benötigt wird, um den Lenkwinkel δ von dem gewünschten Pfad bereitzustellen. 4 ist ein Blockdiagramm 80, welches einen allgemeinen Überblick über diesen Prozess zeigt, wobei der gewünschte Fahrzeugpfad in den nächsten Zeitschritten in Block 82 mit y_d(t + Δ) und θ_d(t + Δ) bereitgestellt wird, welche die gleichen Werte oder ähnliche Werte sind wie der vorhergesagte Pfad aus Block 76. Beispielsweise kann ein guter Spurzentrierungs-/Spurhalte-Controller das Fahrzeug steuern, um dem gewünschten Pfad genau zu folgen. In diesem Fall ist der zukünftige Pfad des Fahrzeugs sehr nahe an dem ursprünglich geplanten Pfad. Der gewünschte Pfad wird an Block 84 gesendet, um die benötigte Fahrzeugbewegung zu bestimmen, um diesem Pfad für jeden dieser zukünftigen Zeitschritte zu folgen. Insbesondere bestimmt der Algorithmus die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x, die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y, die Fahrzeuggierrate w, die Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und die Fahrzeuggierbeschleunigung w in jedem Zeitschritt. Diese Fahrzeugbewegungsparameter werden dem Block 86 bereitgestellt, welcher einen Algorithmus basierend auf der Fahrzeugdynamik verwendet, um den Fahrzeuglenkwinkel δ zu den zukünftigen Zeitpunkten zu berechnen, um dem gewünschten Pfad zu folgen. Wie es nachstehend besprochen wird, wird dieser Lenkwinkel δ dann zu diesen Zeitpunkten in das Lenkdrehmoment τ umgerechnet, um zu bestimmen, ob eines dieser Drehmomente das benötigte maximale Drehmoment des Spurzentrierungssystems 34 überschreitet, und wenn ja, eine Fahrerwarnung bereitzustellen.
Der erste Schritt in dem Prozess besteht darin, die Spurdaten innerhalb eines bestimmten Vorschauabstands von dem aktuellen Standort des Fahrzeugs 52 aus zu erfassen, beispielsweise drei Sekunden Fahrabstand, unter Verwenden der diversen Sensorsysteme in dem Fahrzeug 52, wie etwa der Kamera 54, des GPS, der Kartendatenbank usw.
Der nächste Schritt in dem Prozess besteht darin, den gewünschten Pfad in Block 82 unter Verwenden der Spurdaten zu generieren. Beispielsweise kann der gewünschte Pfad durch die folgende Polynomgleichung dargestellt werden: y_n(x_n) = a₀ + a₁x_n + a₂x 2 / n + a₃x 3 / n + a₄x 4 / n + a₅x 5 / n (1)
y_n = y / L (3) wobei x der Längsabstand von der Fahrzeugmitte ist, y der Querabstand von der Fahrzeugmitte ist, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist, L die Spurbreite ist und ΔT die Dauer der Pfadgenerierungsstrecke ist. Die Koeffizienten oder Parameter a₁, a₂, ..., a₅ werden aus den Spurgeometriedaten bezogen, welche von dem Spursensorsystem, bei dem es sich typischerweise um eine nach vorne gerichtete Kamera handelt, gemessen werden.
Sobald der gewünschte Fahrzeugpfad bestimmt wurde, d. h. alle Parameter a₁, a₂, ..., a₅ in Gleichung (1) bestimmt wurden, besteht der nächste Schritt in dem Prozess darin, die Fahrzeugzustandsvorhersagen oder die Fahrzeugbewegung auf dem Pfad in Block 84 zu bestimmen. Insbesondere basierend auf dem gewünschten Pfad, welcher durch die Gleichung (1) bezogen wird, kann man die zukünftige Fahrzeugbewegung, welche durch die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x, die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y, die Fahrzeuggierrate w, die Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und die Fahrzeuggierbeschleunigung ẇ dargestellt wird, in jedem Zeitschritt wie folgt aus dem Pfad berechnen: v_y = ẏ – v_xφ (4) wobei ẏ ≡ dy/dt = y'v_x (5)
Aus dem gewünschten Pfad: y' = 5a₅x⁴ + 4a₄x³ + 3a₃x² + 2a₂x + a₁ (6) a_y ≡ ÿ = d²y/dt² = y''v 2 / x + y'a_x (7) y'' = 20a₅x³ + 12a₄x² + 6a₃x + 2a₂ (8) w = y' (9) ẇ = d(y')/dt = y''v_x (10)
Damit das Fahrzeug 52 dem gewünschten Pfad folgt, welcher durch Gleichung (1) bezogen wird, muss das Fahrzeug 52 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x, die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y, die Fahrzeuggierrate w, die Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und die Fahrzeuggierbeschleunigung ẇ einhalten, welche jeweils aus den Gleichungen (4), (7), (9) und (10) bezogen werden.
Sobald die zukünftige Fahrzeugbewegung in jedem Zeitschritt basierend auf den zuvor erwähnten Parametern bestimmt wurde, berechnet der Algorithmus dann den erwarteten Lenkwinkel δ aus dem gewünschten Fahrzeugpfad und der Fahrzeugdynamik in diesen Zeitschritten. 5 ist eine Abbildung 90, welche die Fahrzeugräder 92 und 94 und eine Spurmittellinie 96 zeigt und die Variablen umfasst, welche bei dieser Berechnung verwendet werden. Beispielsweise kann der Lenkwinkel δ durch die folgende Gleichung für jeden Zeitschritt t₁, t₂, t₃ ... berechnet werden.
wobei m die Fahrzeugmasse ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f und C_r jeweils die vordere und die hintere Quersteifigkeit sind, a der Abstand von der Fahrzeugmitte zur Vorderachse ist, und b der Abstand von der Fahrzeugmitte zur Hinterachse ist.
Sobald der Lenkwinkel δ für jeden Zeitpunkt bestimmt wurde, muss das Lenkdrehmoment τ, welches mit jedem Lenkwinkel δ verknüpft ist, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Pfad zu halten, bestimmt werden, um zu bestimmen, ob eines der Drehmomente das maximale Drehmoment überschreitet, welches für das Spurhalte-/Spurzentrierungssystem 34 zulässig ist. Das Lenkdrehmoment τ kann durch eine beliebige Technik bestimmt werden, welche dem Fachmann bekannt ist. Beispielsweise können die folgenden Gleichungen verwendet werden, um diese Berechnung bereitzustellen.
τ_total = τ_driver + τ_EPS + τ_SAT (13) wobei der Lenkwinkel δ von einem Sensor gemessen wird, τ_driver das Lenkeingabedrehmoment des Fahrers ist, von dem man voraussetzt, dass es während des Modellierungsprozesses gleich null ist, τ_EPS ein bekannter EPS-Motordrehmomentbefehl ist, τ_SAT ein Lenkrückstellmoment ist, welches aus einer dynamischen Gleichung oder einem Erfahrungsdatensatz, welche nachstehend ausführlich besprochen werden, geschätzt werden kann, n und m die Systemordnungen sind und beispielsweise jeweils 2 und 3 sein können, z^(–1) eine einstufige Verzögerung, z^(–2) eine zweistufige Verzögerung usw. der Reaktion des Lenksystems des Fahrzeugs 52 darstellt, und D eine reine Zeitverzögerung der Anzahl von Abtastzeitpunktpunkten ist.
Je nach der Genauigkeit des Modells können die Systemordnungen n und m erhöht werden. Die Werte c₀, ..., c_n und d₁, ..., d_m sind unbekannt, wobei die Aufgabe darin besteht, die unbekannten Parameter c₀, ..., c_n und d₁, ..., d_m in Gleichung (12) zu finden. Bei einem Ausführungsbeispiel können Trainingsverfahren verwendet werden, welche ein Modell mit autoregressivem gleitendem Mittelwert verwenden, um die unbekannten Parameter während der Fahrzeugtests zu beziehen, wie es nachstehend besprochen wird.
Gleichung (12) modelliert das Lenksystem mit einer Systemverzögerung und dem Verlauf der früheren Lenkwinkel- und Drehmomentdaten. Das Modell benötigt keine Vorkenntnis der Reifen- und Lenkdynamik. Die Parameter c₀, ..., c_n und d₁, ..., d_m werden während der Fahrzeugtests unter Verwenden der gemessenen Lenkwinkel- und Lenkdrehmomentdaten bezogen und dann während des Fahrzeugbetriebs in Tabellen bereitgestellt, so dass das Lenkdrehmoment τ aus der Gleichung (12) unter Verwenden des bekannten Lenkwinkels δ berechnet werden kann. Es sei zu beachten, dass die Gleichung (12) eine Technik zum Bestimmen des Lenkdrehmoments τ basierend auf dem Lenkwinkel δ ist. Es können jedoch andere Techniken zum Bestimmen des Lenkdrehmoments τ basierend auf dem Lenkwinkel δ aus dem Stand der Technik bekannt sein, welche auf die zuvor besprochene Erfindung anwendbar sein können.
6 ist ein Flussdiagramm 100, welches einen Prozess zum Bestimmen, ob eine Fahrerwarnung ausgegeben wird, falls das Spurzentrierungs-/Spurhaltesystem 34 ein Lenkdrehmoment benötigt, welches den maximalen Drehmomentgrenzwert des Systems 34 überschreitet, basierend auf der obigen Diskussion zeigt. Der Algorithmus beginnt mit dem Oval 102 und wartet an dem Kästchen 104, wenn das Spurzentrierungssystem 34 ausgeschaltet ist. Der Algorithmus bestimmt dann, ob eine Fahreranfrage zum Einschalten des Spurzentrierungssystems 34 an der Entscheidungsraute 106 vorliegt, und wenn nicht, kehrt der Algorithmus zu dem Kästchen 104 zurück. Wenn eine Anfrage vom Fahrer vorliegt, das Spurzentrierungssystem 34 einzuschalten, prüft der Algorithmus, um zu bestimmen, ob die Spurzentrierung an der Entscheidungsraute 108 verfügbar ist, basierend darauf, ob die Anforderungen, um der Spur zu folgen, wie etwa Spurmarkierungen, verwendet werden können, um die Spurzentrierung bereitzustellen. Falls die Spurzentrierung an der Entscheidungsraute 108 nicht verfügbar ist, dann kehrt der Algorithmus zu dem Kästchen 104 zurück, doch falls die Spurzentrierung an der Entscheidungsraute 108 verfügbar ist, fährt der Algorithmus mit dem Kästchen 110 fort, um das Spurzentrierungssystem 34 einzuschalten.
Sobald das Spurzentrierungssystem 34 eingeschaltet wurde, erfasst der Algorithmus die notwendigen Spurdaten in dem Kästchen 112, um die Spurzentrierung bereitzustellen, und generiert den gewünschten Fahrzeugpfad in dem Kästchen 114, wie zuvor besprochen. Der Fahrzeugpfad wird dann in dem Kästchen 116 vorhergesagt, und die Fahrzeugbewegung wird dann in dem Kästchen 118 bestimmt, wie zuvor in Block 84 besprochen. Der Algorithmus berechnet dann den Lenkwinkel δ aus der vorhergesagten Fahrzeugbewegung in dem Kästchen 120, wie zuvor in Block 86 besprochen. Der Algorithmus bezieht dann die Lenkdynamik in dem Kästchen 122, um das Lenkdrehmoment τ basierend auf dem berechneten Lenkwinkel δ zu berechnen, und berechnet dann das Lenkdrehmoment τ in dem Kästchen 124. Der Algorithmus berechnet den Lenkwinkel δ und das Lenkdrehmoment τ für alle Abtastzeitpunktpunkte. Der Algorithmus bestimmt, ob eines der Lenkdrehmomente τ den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert an der Entscheidungsraute 126 überschreitet, und wenn nicht, gibt er in dem Kästchen 128 keine Fahrerwarnung aus, falls es jedoch eine Überschreitung des Grenzwertes gibt, gibt er die Fahrerwarnung in dem Kästchen 130 aus.
Die Notwendigkeit zum Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments τ basierend auf dem Lenkwinkel δ ist ein übliches Problem in den meisten automatischen Lenksteuersituationen. Bei bekannten Systemen misst der Lenkwinkelsensor 36 den Lenkradwinkel δ, doch die Sensoren stehen nicht zur Verfügung, um den Laufradwinkel direkt zu messen, und somit werden die Laufradwinkel typischerweise von einem Lenkmodell geschätzt. Bekannte Lenkmodelle, welche verwendet werden können, um den Fahrzeuglenkwinkel δ in das Fahrzeuglenkdrehmoment τ umzurechnen, wie etwa das Pacejka-Lenkmodell, welches in den nachstehenden Gleichungen (14) bis (17) gezeigt wird, wobei die Variablen in diesen Gleichungen in 1 zu finden sind, erfordern typischerweise eine hohe Rechenleistung und sind häufig für Steuermerkmale von schnell ablaufenden Fahrzeugbewegungen nicht anwendbar. Ferner ist die Lenkdynamik bei einer Fahrzeugbewegung mit niedriger Geschwindigkeit anders als mit hoher Geschwindigkeit. Somit können die bekannten Lenkmodelle typischerweise auf Grund der begrenzten Rechenleistung, des Fehlens eines Laufrad-Winkelsensors und der Ungenauigkeit von Start/Stopp-Situationen nicht direkt auf ein Spurzentrierungssystem anwendbar sein. T_driver = (N²I_motor + I_str)θ .. + (N²C_motor + C_str)θ . + N·T_motor + T_road + T_torsion + T_self + T_tire (14) T_torsion = k·(θ_str – θ_pinion) + c·(θ ._str + θ ._pinion) (15)
Die Gleichung (12) kann für andere Anwendungen als den zuvor besprochenen Fahrerwarnungsprozess verwendet werden. Die Gleichung (12) stellt ein gattungsgemäßes Lenkmodell höherer Ordnung bereit, welches eine größere Genauigkeit und Leistung bei begrenzter Rechenleistung bereitstellen kann. Falls die hohe Genauigkeit nicht benötigt wird, dann kann die Gleichung (12) die Komplexität für einen schnelleren Betrieb reduzieren. Wie es nachstehend ausführlicher besprochen wird, stellt die Gleichung (12) einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Computerleistung bereit.
7 ist ein Flussdiagramm 160, welches einen Überblick über einen Prozess zum Entwickeln eines Lenkmodells zum Umrechnen des Lenkwinkels δ in das Lenkdrehmoment τ zeigt. In dem Kästchen 162 bestimmt der Algorithmus eine Schätzung des Rückstellmoments τ_SAT, welche unter Verwenden einer dynamischen Gleichung oder eines Erfahrungsdatensatzes erfolgen kann. Für das Ausführungsbeispiel, bei dem das Drehmoment τ_SAT aus einer dynamischen Gleichung geschätzt wird, kann die nachstehende Gleichung (18) verwendet werden.
wobei
und wobei K₁, K₂ und K₃ bekannte Konstanten von Reifeneigenschaften als Funktion der vorderen und hinteren Reifensteifigkeit C_f und C_r sind, m die Fahrzeugmasse ist, w die Fahrzeuggierrate ist, L_p ein Reifennachlauf ist, und L_m ein mechanischer Nachlauf ist. Alle diese Parameter sind bekannt und werden für einen kleinen Schräglaufwinkel berücksichtigt, wie er bei Spurzentrierungs-/Spurhaltesystemen verwendet wird. Der mechanische Nachlauf L_m ist nur eine Funktion der Lenkgeometrie und kann aus dem Laufradnachlaufwinkel bestimmt werden.
Das Bestimmen des Rückstellmoments τ_SAT unter Verwenden eines Erfahrungsdatensatzes kann folgendermaßen erfolgen. Die auf erfahrungsbasierte Schätzungstechnik verwendet im Voraus erhobene Datensätze und modelliert das Drehmoment τ_SAT als zweidimensionale Suchtabelle, τ_SAT = f(Geschwindigkeit, Lenkwinkel). Um das Drehmoment τ_SAT aus den Erfahrungsdaten zu schätzen, wird ein Fahrzeug mit einem bekannten anfänglichen Lenkwinkel, wie etwa 10°, 20°, 30° usw., und einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit, wie etwa 10 mph, 20 mph, 30 mph usw., gefahren. Dann wird ein Lenkdrehmoment auf das Fahrzeuglenksystem angewendet und das Lenkdrehmoment wird erhöht, bis das Lenkrad 12 in einen Dauerzustand übergeht. Das Lenkdrehmoment, welches das Lenkrad 12 in dem anfänglichen Lenkwinkel hält, ist das Rückstellmoment τ_SAT. Es sei zu beachten, dass aktuelle Lenksysteme die Fähigkeit haben, ein Lenkdrehmoment aus einem Computerbefehl zu generieren. Die obigen Schritte werden mit diversen Lenkradwinkeln und Fahrzeuggeschwindigkeiten wiederholt, und es wird eine vollständige Suchtabelle befüllt.
In dem Kästchen 164 wird ein rechnerunabhängiges Lenkmodell verwendet, um eine Schätzung des Winkels zum Drehmoment bereitzustellen, wobei die Modellordnungen n und m für die bestimmte Anwendung ausgewählt werden. Das rechnerunabhängige Lenkmodell kann die Gleichung (12) sein, welche folgendermaßen umformuliert wird:
wobei k der aktuelle Zeitschritt und k – 1 der vorhergehende Zeitschritt ist.
Die reine Zeitverzögerung D in Gleichung (22) kann durch einen getrennten Testvorgang, wie etwa durch einen Sprungantworttest, d. h. durch Senden eines Sprungdrehmomentbefehls an das Lenksystem und Messen der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Drehmomentbefehl gesendet wurde, und dem Zeitpunkt, an dem das Lenksystem anfängt sich zu bewegen, gefunden werden.
Der Algorithmus wendet dann bekannte Lenkdrehmomentbefehle an und misst den Lenkwinkel δ in jedem Zeitschritt, wie etwa alle 10 ms. Bei dem Beispiel, bei dem m = 3 und n = 2, erhebt der Prozess mindestens fünf Datensätze, um nach den Parametern c₀, c₁, c₂, d₁ und d₂ aufzulösen. Der Algorithmus wendet dann eine Methode der kleinsten Quadrate an, um die Gleichung (22) zu lösen, um diese Parameter zu beziehen.
Der Algorithmus berücksichtigt dann Geschwindigkeitsvariationen in dem rechnerunabhängigen Modell in dem Kästchen 166. Die Lenkdynamik variiert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Für eine verbesserte Genauigkeit bei der Drehmomentumrechnung werden drei Geschwindigkeitsvariationen für das Lenkmodell angeboten, welche die niedrige Geschwindigkeit L, die mittlere Geschwindigkeit M und die hohe Geschwindigkeit H umfassen. Die Gleichung (12) wird nachstehend für jede dieser Geschwindigkeiten umformuliert. Die Variablen c₀, ..., c_n und d₁, ... d_m werden für jede Geschwindigkeit wie zuvor bestimmt.
Die reine Zeitverzögerung D ist nicht von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig und bleibt bei allen Geschwindigkeitsvariationen gleich.
8 ist ein Flussdiagramm 170, welches den Betrieb für den rechnerunabhängigen Teil des zuvor besprochenen Algorithmus für die Kästchen 162, 164 und 166 zeigt. Der Algorithmus beginnt mit dem Oval 172 und schätzt das Lenkrückstellmoment τ_SAT entweder aus der dynamischen Gleichung oder der Suchtabelle in dem Kästchen 174. Der Algorithmus wendet dann bekannte Lenkdrehmomentbefehle in dem Kästchen 176 an und misst und registriert den Lenkradwinkel δ für diese Drehmomente in dem Kästchen 178. Der Algorithmus registriert dann den Lenkdrehmomentbefehl τ in dem Kästchen 180 und findet die nominellen Lenkmodellparameter in dem Kästchen 182. Der Algorithmus aktualisiert dann das Lenkmodell für die niedrige Geschwindigkeit in dem Kästchen 184, für die mittlere Geschwindigkeit in dem Kästchen 186 und für die hohe Geschwindigkeit in dem Kästchen 188, und der Algorithmus endet mit dem Oval 190. Als Ergebnis dieses rechnerunabhängigen Prozesses werden alle Parameter c und d aus den rechnerunabhängigen Modellen der Gleichungen (23), (24) und (25) bestimmt.
Zurück zu 7 verwendet der Algorithmus dann die rechnerunabhängigen Modelle der zuvor besprochenen Gleichungen (23), (24) und (25) und passt die Modelle in Echtzeit während des Fahrzeugbetriebs in dem Kästchen 168 automatisch an. Insbesondere beschreibt die folgende Diskussion eine Technik dafür, wie das Lenkmodell in Gleichung (22) in Echtzeit automatisch angepasst werden kann, während das Spurzentrierungssystem betriebsfähig ist, wenn das Modell keine genaue Drehmomentumrechnung mehr generiert. Zunächst wird die Gleichung (22) folgendermaßen umformuliert: φ^T(k) = [δ(k – 1)δ(k – 2) ... δ(k – m)τ(k – D – 1) ... τ(k – D – n)] (26) θ ^^T(k) = [–d₁ ... –d_mc₀ ... c_n] (27)
Wie zuvor sind die Lenk- und Drehmomentwerte δ(k), δ(k – 1), ..., τ(k – D), τ(k – D – 1), ... gemessene Daten, und die Parameter c₀, ..., c_n und d₁, ... d_m werden unter Verwenden der Methode der kleinsten Quadrate berechnet. Der Winkel θ ^(k – 1) ist der Parametersatz, welcher in dem vorhergehenden Zeitschritt gelöst wird. Dieser Parametersatz wird mit dem neu gemessenen Datensatz φ(k) auf den Winkel θ ^(k) aktualisiert. Die aktualisierte Gleichung ist folgendermaßen gegeben:
wobei λ ein Gedächtnisfaktor ist, welcher zwischen 0 und 1 eingestellt wird und abstimmbar ist.
Der Prozess wendet die aktualisierte Gleichung für die Lenkmodelle aller Geschwindigkeitsvariationen (niedrige, mittlere und hohe Geschwindigkeit) während des Betriebs des Fahrzeugs an. 9 ist ein Flussdiagramm 140, welches einen Prozess zum Aktualisieren des zuvor besprochenen Lenkmodells in Echtzeit zeigt, wobei die gleichen Schritte wie in dem Flussdiagramm 100 mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert sind. Sobald das Spurzentrierungssystem 34 in dem Kästchen 110 eingeschaltet wird, schaltet der Algorithmus dann den Lenkmodellaktualisierungs-Algorithmus in dem Kästchen 142 ein. Sobald der Lenkmodellaktualisierungs-Algorithmus eingeschaltet ist, misst und registriert der Algorithmus den Lenkradwinkel δ in dem Kästchen 144, schätzt das Lenkrückstellmoment τ_SAT in dem Kästchen 146, und registriert den Lenkdrehmomentbefehl τ in dem Kästchen 148 für jeden Lenkradwinkel δ. Der Algorithmus bestimmt dann an der Entscheidungsraute 150, ob die Parameteränderungen größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sind, und wenn nicht, was bedeutet, dass das aktuelle Lenkmodell eine genaue Umrechnung des Lenkwinkels in das Lenkdrehmoment bereitstellt, kehrt er dazu zurück zu bestimmen, ob das Spurmitten-/Spurhaltesystem 34 in dem Kästchen 110 eingeschaltet wurde. Falls die Parameter an der Entscheidungsraute 150 größer als die Schwelle sind, was bedeutet, dass das aktuelle Lenkmodell keine genaue Umrechnung des Lenkwinkels in das Lenkdrehmoment bereitstellt, dann aktualisiert der Algorithmus das rechnergebundene Lenkmodell in dem Kästchen 152, wie zuvor besprochen. Der Algorithmus wendet dann das Lenkmodell mit der niedrigen Geschwindigkeit in dem Kästchen 154 an, wendet das Lenkmodell mit der mittleren Geschwindigkeit in dem Kästchen 156 an, und wendet das Lenkmodell mit der hohen Geschwindigkeit in dem Kästchen 158 an.
Wie es der Fachmann sehr wohl verstehen wird, können sich die mehreren und diversen Schritte und Prozesse, welche hier besprochen wurden, um die Erfindung zu beschreiben, auf Vorgänge beziehen, welche von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Rechenvorrichtung ausgeführt werden, die Daten unter Verwenden eines elektrischen Phänomens manipuliert und/oder umformt. Derartige Computer und elektronische Vorrichtungen können diverse flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher verwenden, wozu ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium gehört, auf dem ein ausführbares Programm gespeichert ist, welches diversen Code oder ausführbare Anweisungen umfasst, welche von dem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von Speichern und anderen computerlesbaren Medien umfassen kann bzw. können.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird aus dieser Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren, um im Voraus zu bestimmen, ob ein Fahrzeuglenkdrehmoment einen vorbestimmten maximalen Lenkdrehmomentgrenzwert überschreitet, während ein Fahrzeug von einem Spurhaltesystem gesteuert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Beziehen von Spurinformationen über eine Spur, auf welcher das Fahrzeug fährt, zu einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten in der Zukunft; – Generieren eines gewünschten Pfads für das Fahrzeug, um das Fahrzeug in der Spur zu halten; – Beziehen von Fahrzeugbewegungsinformationen, welche benötigt werden, um das Fahrzeug zu jedem der Abtastzeitpunktpunkte auf dem gewünschten Pfad zu halten; – Bestimmen von Lenkwinkeln für das Fahrzeug, welche notwendig sind, damit das Fahrzeug zu jedem der Abtastzeitpunktpunkte dem gewünschten Pfad folgt, basierend auf dem gewünschten Pfad und den Fahrzeugbewegungsinformationen; – Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments, welches benötigt wird, um das Fahrzeug zu lenken, für jeden der Lenkwinkel; – Bestimmen, ob eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet; und – Ausgeben einer Warnung, falls eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet, bevor das Spurhaltesystem dieses Drehmoment als Befehl ausgeben muss, um das Fahrzeug zu lenken.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Generieren eines gewünschten Pfads das Verwenden einer Polynomgleichung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Polynomgleichung folgende ist: y_n(x_n) = a₀ + a₁x_n + a₂x 2 / n + a₃x 3 / n + a₄x 4 / n + a₅x 5 / n
wobei x der Längsabstand von der Fahrzeugmitte ist, y der Querabstand von der Fahrzeugmitte ist, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist, L die Spurbreite ist, ΔT die Dauer der Pfadgenerierungsstrecke ist, und a Koeffizienten sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beziehen von Fahrzeugbewegungsinformationen das Beziehen der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v, der Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y, der Fahrzeuggierrate w, der Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und der Fahrzeuggierbeschleunigung ẇ umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Beziehen der Fahrzeugbewegungsinformationen direkt aus den gewünschten Pfadparametern und unter Verwenden der folgenden Gleichungen bestimmt werden kann: v_y = ẏ – v_xφ ẏ ≡ dy/dt = y'v_x y' = 5a₅x⁴ + 4a₄x³ + 3a₃x² + 2a₂x + a₁ a_y ≡ ÿ = d²y/dt² = y''v 2 / x + y'a_x y'' = 20a₅x³ + 12a₄x² + 6a₃x + 2a₂ w = y' ẇ = d(y')/dt = y''v_x.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Lenkwinkel für das Fahrzeug die Verwendung der folgenden Gleichung umfasst:
wobei v_y die Fahrzeugquergeschwindigkeit ist, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist, w die Fahrzeuggierrate ist, m die Fahrzeugmasse ist, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f die vordere Quersteifigkeit ist, C_r die hintere Quersteifigkeit ist, und a der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Vorderachse ist, und b der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Hinterachse ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments die Verwendung der folgenden Gleichung umfasst:
wobei τ_total das Gesamtdrehmoment ist und ein Rückstellmoment, ein vom Fahrer eingeleitetes Drehmoment und ein Lenksystemdrehmoment umfasst, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, z eine Variable ist, welche eine Systemverzögerung für eine Reaktion des Lenksystems darstellt, D eine reine Zeitverzögerung als die Anzahl von Abtastzeitschritten ist, c und d Lenksystemparameter sind, und n und m Systemordnungen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Variablen c und d unter Verwenden einer Methode der kleinesten Quadrate gelöst werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Generieren eines gewünschten Pfads das Generieren eines Fahrzeugquerabstands und eines Fahrzeugkurswinkels umfasst.
Das Verfahren zum Bestimmen, ob ein Fahrzeuglenkdrehmoment einen vorbestimmten maximalen Lenkdrehmomentgrenzwert überschreitet, während ein Fahrzeug von einem Spurhaltesystem gesteuert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Beziehen von Spurinformationen über eine Spur, auf welcher das Fahrzeug fährt, zu einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten in der Zukunft; – Generieren eines gewünschten Pfads für das Fahrzeug, um das Fahrzeug in der Spur zu halten, umfassend ein Bestimmen des Fahrzeugquerabstands und des Fahrzeugkurswinkels zu jedem Abtastzeitpunktpunkt; – Beziehen von Fahrzeugbewegungsinformationen, welche benötigt werden, um das Fahrzeug auf dem gewünschten Pfad zu jedem der Abtastzeitpunktpunkte zu halten, umfassend das Beziehen der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Fahrzeugquergeschwindigkeit, der Fahrzeuggierrate, der Fahrzeugquerbeschleunigung und der Fahrzeuggierbeschleunigung; – Bestimmen des Lenkwinkels für das Fahrzeug, welcher benötigt wird, damit das Fahrzeug dem gewünschten Pfad zu jedem der Abtastzeitpunktpunkte folgt, basierend auf dem gewünschten Pfad und den Fahrzeugbewegungsinformationen; – Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments, welches benötigt wird, um das Fahrzeug zu lenken, für jeden der Lenkwinkel; – Bestimmen, ob eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet; und – Ausgeben einer Warnung, falls eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet, bevor das Spurhaltesystem dieses Drehmomentals Befehl ausgeben muss, um das Fahrzeug zu lenken.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen der Lenkwinkel für das Fahrzeug die Verwendung der folgenden Gleichung umfasst:
wobei v_y die Fahrzeugquergeschwindigkeit ist, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist, w die Fahrzeuggierrate ist, m die Fahrzeugmasse ist, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f die vordere Quersteifigkeit ist, C_r die hintere Quersteifigkeit ist, und a der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Vorderachse ist, und b der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Hinterachse ist.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments das Verwenden der folgenden Gleichung umfasst:
wobei τ_total das Gesamtdrehmoment ist und ein Rückstellmoment, ein vom Fahrer eingeleitetes Drehmoment und ein Lenksystemdrehmoment umfasst, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, z eine Variable ist, welche eine Systemverzögerung für eine Reaktion des Lenksystems darstellt, D eine reine Zeitverzögerung als Anzahl von Abtastzeitschritten ist, c und d Lenksystemparameter sind, und n und m Systemordnungen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Variablen c und d unter Verwenden einer Methode der kleinsten Quadrate gelöst werden.
Ein Warnsystem zum Bestimmen, ob ein Fahrzeuglenkdrehmoment einen vorbestimmten maximalen Lenkdrehmomentgrenzwert überschreitet, während ein Fahrzeug von einem Spurhaltesystem gesteuert wird, wobei das Warnsystem Folgendes umfasst: – Mittel zum Beziehen von Spurinformationen über eine Spur, auf der das Fahrzeug fährt, zu einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzeitpunkten in der Zukunft; – Mittel zum Bestimmen eines gewünschten Pfads für das Fahrzeug, um das Fahrzeug in der Spur zu halten; – Mittel zum Beziehen von Fahrzeugbewegungsinformationen, welche benötigt werden, um das Fahrzeug zu jedem der Abtastzeitpunkte auf einem gewünschten Pfad zu halten; – Mittel zum Bestimmen von Lenkwinkeln für das Fahrzeug, welche notwendig sind, damit das Fahrzeug dem gewünschten Pfad zu jedem der Abtastzeitpunktpunkte folgt, basierend auf dem gewünschten Pfad und den Fahrzeugbewegungsinformationen; – Mittel zum Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments, welches benötigt wird, um das Fahrzeug zu lenken, für jeden der Lenkwinkel; – Mittel zum Bestimmen, ob eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet; und – Mittel zum Ausgeben einer Warnung, falls eines der Lenkdrehmomente den vorbestimmten maximalen Drehmomentgrenzwert überschreitet, bevor das Spurhaltesystem dieses Drehmoment als Befehl ausgeben muss, um das Fahrzeug zu lenken.
Das Warnsystem nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Generieren eines gewünschten Pfads eine Polynomgleichung verwenden.
Das Warnsystem nach Anspruch 15, wobei die Polynomgleichung folgende ist: y_n(x_n) = a₀ + a₁x_n + a₂x 2 / n + a₃x 3 / n + a₄x 4 / n + a₅x 5 / n
y_n = y / L wobei x der Längsabstand von der Fahrzeugmitte ist, y der Querabstand von der Fahrzeugmitte ist, v_x die Fahzeuglängsgeschwindigkeit ist, L die Spurbreite ist, ΔT die Dauer der Pfadgenerierungsstrecke ist, und a Koeffizienten sind.
Das Warnsystem nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Beziehen von Fahrzeugbewegungsinformationen eine Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v, eine Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y, eine Fahrzeuggierrate w, eine Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und die Fahrzeuggierbeschleunigung ẇ beziehen.
Das Warnsystem nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Bestimmen der Lenkwinkel für das Fahrzeug folgende Gleichung verwenden:
wobei v_y die Fahrzeugquergeschwindigkeit ist, v_x die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist, w die Fahrzeuggierrate ist, m die Fahrzeugmasse ist, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, I die Fahrzeugträgheit ist, C_f die vordere Quersteifigkeit ist, C_r die hintere Quersteifigkeit ist, und a der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Vorderachse ist, und b der Abstand von der Fahrzeugmitte zu einer Hinterachse ist.
Das Warnsystem nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Bestimmen des Fahrzeuglenkdrehmoments folgende Gleichung verwenden:
wobei τ_total das Gesamtdrehmoment ist und ein Rückstellmoment, ein vom Fahrer eingeleitetes Drehmoment und ein Lenksystemdrehmoment umfasst, δ der Fahrzeuglenkwinkel ist, z eine Variable ist, welche eine Systemverzögerung für eine Reaktion des Lenksystems darstellt, D eine reine Zeitverzögerung als die Anzahl von Abtastzeitschritten ist, c und d Lenksystemparameter sind, und n und m Systemordnungen sind.
Das Warnsystem nach Anspruch 19, wobei die Variablen c und d unter Verwenden einer Methode der kleinsten Quadrate gelöst werden.