DE112020001409T5

DE112020001409T5 - System und verfahren zur schätzung einer spurstangenkraft und steuerung der lenkung eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE112020001409T5
Application number: DE112020001409.6T
Authority: DE
Inventors: D. Demerly Jon; Hsin-Hsiang Yang
Original assignee: Veoneer US LLC
Current assignee: Arriver Software LLC
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-12-09
Also published as: CN113474237B; US20200298905A1; US11203377B2; WO2020198047A1; CN113474237A

Abstract

Ein System und Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs schließt einen Prozessor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Geschwindigkeitssensor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Lenkwinkelsensor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Beschleunigungsmesser und eine mit dem Prozessor in Verbindung stehende Lenkwinkelsteuerung ein. Der Prozessor ist konfiguriert, um die Beschleunigung des Fahrzeugs von dem Beschleunigungsmesser und die Geschwindigkeit von dem Geschwindigkeitssensor zu empfangen, die geschätzte Spurstangenkraft unter Nutzung der Nachschlagetabelle der Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle zu bestimmen und die Lenkwinkelsteuerung anzuweisen, eine zusätzliche Kraft, die im Wesentlichen gleich der geschätzten Spurstangenkraft ist, auf das Lenkdrehmoment anzuwenden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese PCT-Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. § 119 die Priorität der am 22. März 2019 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/362,151 , deren Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anmeldung aufgenommen wird.
HINTERGRUND
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Kraftfahrzeugs.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Im Hinblick auf autonome Fahrzeuge weisen autonome Fahrzeuge in Abhängigkeit von ihrem Autonomiegrad oft die Fähigkeit auf, sowohl die Lenkung als auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu steuern. Eine wesentliche Herausforderung befasst sich mit der Steuerung der Lenkung, um die dynamischen Kräfte zu kompensieren, die während des Betriebs des Fahrzeugs auftreten. Eine dieser Kräfte ist die Spurstangen-Kraftrückkopplung aus der Aufhängung.
Die Spurstange ist Teil des Lenkmechanismus in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug. Eine Spurstange besteht aus einem inneren und einem äußeren Ende. Die Spurstange überträgt die Kraft von dem Lenkmittelglied oder der Zahnstange auf den Achsschenkel, der an Kugelgelenken montiert ist, die eine Drehung um eine im Allgemeinen vertikale (aber etwas geneigte) Achse ermöglichen. Dadurch wird bewirkt, dass sich das gelenkte Rad dreht. Das äußere Spurstangenende ist mit einer Einstellhülse verbunden, die eine Längenverstellung der Spurstange ermöglicht. Diese Einstellung wird verwendet, um den Ausrichtungswinkel oder die Spur eines Fahrzeugs einzustellen
Eine Spurstangen-Kraftrückkopplung kann in Betracht gezogen werden, wenn automatische Lenkentscheidungen für das Fahrzeug getroffen werden. Es gibt ein signifikantes asymmetrisches Verhalten, das die Steuerung der Lenkung zu einer Herausforderung macht. Im Allgemeinen besteht der typische Ansatz darin, ein komplexeres Lenksystemmodell zum Schätzen der Spurstangenkraft aufzuweisen.
Obwohl dieses komplexere Lenksystemmodell zur Schätzung der Spurstangenkraft wirksam ist, ist es äußerst prozessorintensiv und schwierig zu implementieren.
KURZDARSTELLUNG
Ein System und Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs schließt einen Prozessor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Geschwindigkeitssensor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Lenkwinkelsensor, einen mit dem Prozessor in Verbindung stehenden Beschleunigungsmesser und eine mit dem Prozessor in Verbindung stehende Lenkwinkelsteuerung ein. Der Prozessor ist konfiguriert, um die Beschleunigung des Fahrzeugs von dem Beschleunigungsmesser und die Geschwindigkeit von dem Geschwindigkeitssensor zu empfangen, die geschätzte Spurstangenkraft unter Nutzung einer Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle zu bestimmen und die Lenkwinkelsteuerung anzuweisen, eine zusätzliche Kraft, die im Wesentlichen gleich der geschätzten oder gewünschten Spurstangenkraft ist, auf das Lenkdrehmoment anzuwenden.
Weitere Objekte, Merkmale, und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann leicht offensichtlich nach Betrachtung der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen und Ansprüche, die angehängt werden und einen Teil von dieser Patentschrift bilden.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem System zum Steuern der Lenkung des Fahrzeugs;
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Lenkungssteuersystems;
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Drosselklappensteuersystems und eines Bremssteuersystems; und
4 veranschaulicht ein Verfahren zum Steuern der Schätzung der Spurstangenkraft und zum Steuern der Lenkung des Fahrzeugs.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Kraftfahrzeug 100 gezeigt. Es versteht sich, dass das Fahrzeug 100 jeder Typ von Fahrzeug sein könnte, das Personen oder Objekte von einem Punkt zu einem anderen transportieren kann. Insofern kann das Fahrzeug ein Auto, Lastkraftwagen, Nutzfahrzeug, Sattelzug, Ackerschlepper, Bergbaufahrzeug und dergleichen sein. Wiederum kann das Fahrzeug 100 jeder Typ von Fahrzeug sein, solange es in der Lage ist, Personen oder Gegenstände von einem Ort zu einem anderen zu transportieren.
Das System 100 schließt hier einen Prozessor 102 ein. Der Prozessor 102 kann aus einem einzelnen Prozessor oder mehreren Prozessoren bestehen, die gemeinsam arbeiten. Im Allgemeinen ist der Prozessor im Innenraum des Fahrzeugs 100 angeordnet. Der Prozessor 102 kann separat mit einer Speichervorrichtung 103 verbunden sein oder diese enthalten. Hier wird gezeigt, dass die Speichervorrichtung 103 in den Prozessor 102 integriert ist, es versteht sich jedoch, dass die Speichervorrichtung 103 vom Prozessor 102 getrennt sein kann. Die Speichervorrichtung 103 kann ein beliebiger Typ von Speichervorrichtung sein, die in der Lage ist, digitale Informationen zu speichern. Somit kann die Speichervorrichtung 103 eine Festkörperspeichervorrichtung, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung und dergleichen sein. Die Speichervorrichtung kann Anweisungen 105 und/oder andere Daten wie Nachschlagetabellen einschließen. Im Fall von Anweisungen können Anweisungen ausführbaren Code zum Ausführen eines der in dieser Patentschrift offenbarten Verfahren einschließen.
Der Prozessor 102 kann mit einer Anzahl unterschiedlicher Sensoren zum Erfassen unterschiedlicher physikalischer Parameter des Fahrzeugs verbunden sein. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 mit dem Geschwindigkeitssensor 104 in Verbindung stehen. Der Geschwindigkeitssensor 104 kann ein Radgeschwindigkeitssensor sein, der innerhalb des Fahrzeugs 100 montiert und so angeordnet ist, dass er die Radgeschwindigkeit mindestens eines mit der Straße in Eingriff stehenden Rads 106 des Fahrzeugs bestimmen kann. Natürlich versteht es sich, dass das Fahrzeug 100 mehrere Radgeschwindigkeitssensoren für jedes der mit der Straße in Eingriff stehenden Räder aufweisen kann.
Zusätzlich kann das Fahrzeug 100 einen Beschleunigungsmesser 108 einschließen, der ebenfalls mit dem Prozessor 102 in Verbindung steht. Der Beschleunigungsmesser 108 ist in der Lage, die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 zu bestimmen, und ist im Fahrzeug montiert, um diese Aufgabe zu erfüllen. Der Beschleunigungsmesser 108 kann die Beschleunigung in einer beliebigen einer Anzahl von Richtungen messen, einschließlich Längs- und Querbeschleunigung. Das Fahrzeug 100 kann auch einen Lenkwinkelsensor 110 einschließen, der konfiguriert ist, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs 100 zu bestimmen.
Der Prozessor 102 kann mit einer Anzahl unterschiedlicher Fahrzeugsysteme verbunden sein, die in der Lage sind, das Fahrzeug 100 zu steuern. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 mit einem Lenkungssteuersystem 112 in Verbindung stehen. Das Lenkungssteuersystem 112 kann mit einem Lenksystem verbunden sein, das im Wesentlichen das Lenken des Fahrzeugs 100 auf Basis von Anweisungen vom Prozessor 102 steuert.
Der Prozessor 102 kann auch mit einem Drosselklappensteuersystem 114 in Verbindung stehen. Das Drosselklappensteuersystem 114 ist konfiguriert, um die Drosselklappenstellung des Fahrzeugmotors zu steuern, wodurch das aufgebrachte Drehmoment gesteuert wird. Wenn sich die Drosselklappenstellung des Fahrzeugmotors ändert, kann das Fahrzeug angewiesen werden, die Geschwindigkeit zu ändern.
Der Prozessor 102 kann auch mit dem Bremssteuersystem 116 in Verbindung stehen, das dafür konfiguriert ist, die Bremsen des Fahrzeugs zu steuern. Mit den Bremsen des Fahrzeugs kann das Fahrzeug verlangsamt und/oder in einer Halteposition gehalten werden. Das Bremssteuersystem 116 empfängt Anweisungen vom Prozessor 102 und ist in der Lage, die Fahrzeugbremsen über den Bremsaktuator zu betätigen, um das Fahrzeug 100 zu verlangsamen oder in einer Halteposition zu halten. Es versteht sich, dass das Drosselklappensteuersystem 114 im Bremssteuersystem 116 in einer einzigen Steuereinheit enthalten sein kann. Dies kann darin begründet sein, dass die Fähigkeit zum Steuern der Bremsen und/oder Drosseln des Fahrzeugs beides auf das Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen sind.
Der Prozessor 102 kann auch mit einem autonomen Fahrzeugsteuersystem 120 in Verbindung stehen, das dem Prozessor Anweisungen bereitstellt, die an eines der Fahrzeugsteuersysteme wie das Lenkungssteuersystem 112, Drosselklappensteuersystem 114 und/oder das Bremssteuersystem 116 weiterzuleiten sind. Zum Beispiel kann das autonome Fahrzeugsteuersystem 120 dem Prozessor 102 Anweisungen zum Beschleunigen des Fahrzeugs, Verlangsamen des Fahrzeugs, Betätigen der Bremsen und andere Befehle bereitstellen. Diese Befehle können als ein Array von Befehlen angeordnet sein.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein detaillierteres Diagramm des Lenkungssteuersystems 112 gezeigt. Hier empfängt das Lenkungssteuersystem eine Sollgierrate 202, die vom Fahrzeug anzusteuern ist. Ein Modul zur inversen Gierverstärkung 204 bestimmt einen Straßenradsollwinkel 206. Das Lenkübersetzungsmodul 208 erstellt anhand des Straßenradsollwinkels 206 einen Handradsollwinkel 210. Dann bestimmt eine Lenkwinkelsteuerung 212 anhand des Handradsollwinkels 210 einen Drehmomentbetrag 214, der auf ein Lenksystem 216 auszuüben ist.
Dann ändert sich beim Lenken des Fahrzeugs durch das Lenksystem 216 der Handradwinkel (d. h. Lenkwinkel) und wird an die Lenkwinkelsteuerung 212 zurückgegeben. Eine automatisierte Steuerung 220 kann auch verwendet werden, um das Bestimmen der Fahrzeuggierrate zu automatisieren.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine detailliertere Ansicht des Drosselklappensteuersystems 114 und Bremssteuersystems 116 gezeigt. Es versteht sich, dass das Drosselklappensteuersystem 114 und das Bremssteuersystem 116 separate Komponenten sein können oder miteinander integriert sein können, wie in 3 gezeigt.
Hier empfängt ein Filter- und Schätzmodul 304 eine Sollgeschwindigkeit 302. Das Filterschätzmodul 304 bestimmt eine Sollgeschwindigkeit 302 und eine Sollbeschleunigung 306 anhand der Sollgeschwindigkeit 302. Zusätzlich bestimmt ein Filterschätzmodul 304 die Istgeschwindigkeit 308, die von dem Geschwindigkeitssensor 104 bereitgestellt werden kann, der wie zuvor ausgeführt ein Radgeschwindigkeitssensor sein kann.
Ebenfalls dargestellt ist ein Schalter 310. Der Schalter 310 bestimmt, ob die Drosselklappe oder Bremse gesteuert werden soll. Dieser Schalter 310 kann in der Lage sein, sowohl die Drosselklappe als auch die Bremse gleichzeitig zu steuern. Hier kommuniziert die Drosselklappensteuerung 312 mit dem Drosselklappengehäuse 314, das dann die Gaspedalstellung 316 des Fahrzeugs 100 einstellt. Durch Verstellen der Drosselklappenstellung kann das Fahrzeug verlangsamt oder beschleunigt werden.
Wenn das Bremssystem verwendet wird, wird eine Bremsnachschlagetabelle 318 verwendet, um zu bestimmen, wie viel Kraft der Bremse auf Basis der Sollgeschwindigkeit 302, der Sollbeschleunigung 306 und der Istgeschwindigkeit 308 aufgewendet werden soll. Diese Nachschlagetabelle stellt den entsprechenden Betrag des Bremsdrucks an die Bremsdatengeschwindigkeitsbox 320 bereit, die wiederum die Bremspedalstellung 322 des Fahrzeugs 100 einstellt. Die Bremsnachschlagetabelle kann in der Speichervorrichtung 103 von 1 gespeichert sein. Insofern kann die Bremse des Fahrzeugs betätigt und gelöst werden und eine bestimmte Menge an Druck auf das Bremspedal oder auf einen Bremsbetätigungszylinder über einen Bremsaktuator ausgeübt werden. Daraus resultiert schließlich eine Fahrzeuggeschwindigkeit 324, die dann in das Filter- und Schätzmodul 304 zurückgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs 400 gezeigt. In Schritt 402 ist der Prozessor 102 konfiguriert, um die Beschleunigung des Fahrzeugs vom Beschleunigungsmesser 108 in der Geschwindigkeit vom Geschwindigkeitssensor 104 zu empfangen. In Schritt 404 ist der Prozessor 102 konfiguriert, um die Spurstangenkraft unter Verwendung einer Nachschlagetabelle zu schätzen. Die Nachschlagetabelle kann in der Speichervorrichtung 103 von 1 gespeichert sein. Die Nachschlagetabelle gibt den Betrag einer zusätzlichen Kraft aus, die auf die Lenkung ausgeübt werden sollte. Danach ist in Schritt 406 der Prozessor 102 konfiguriert, um das Lenksteuersystem 112 anzuweisen, eine zusätzliche Kraft, die im Wesentlichen gleich der geschätzten Spurstangenkraft ist, auf das Lenkdrehmoment anzuwenden. Danach kehrt das Verfahren durch Ausführung von Schritt 406 wieder zu Schritt 402 zurück.
Im Wesentlichen ist ein Typ Vorwärtskopplungskompensator implementiert, um die Spurstangenkraft aufzuheben. Diese Kraft, die benutzt wird, um die Spurstangenkraft aufzuheben, könnte ausgedrückt werden als: $D r e h m o m e n t_{t r} = L U T (S W A_{d e r z e i t} {^{, v}}_{d e r z e i t})$
Die Nachschlagetabelle (LUT) wird experimentell erzeugt. Dieser Kompensator verringert den Bedarf an l-Regelung, so dass das Einschwingverhalten verbessert wird.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, können die hierin beschriebenen Verfahren durch Software-Programme, ausführbar durch ein Computersystem, implementiert werden. Ferner können in einer beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform Implementierungen eine verteilte Datenverarbeitung, eine verteilte Komponenten-/Objekt-Verarbeitung und eine parallele Verarbeitung einschließen. Alternativ kann eine virtuelle Computersystemverarbeitung konstruiert werden, um eines oder mehrere der hierin beschriebenen Verfahren oder Funktionen zu implementieren.
Ferner können die hierin beschriebenen Verfahren in einem computerlesbaren Medium verkörpert sein. Der Begriff „computerlesbares Medium“ schließt ein einzelnes Medium oder mehrere Medien ein, wie etwa eine zentralisierte oder verteilte Datenbank, und/oder zugeordnete Caches und Server, die einen oder mehrere Sätze von Anweisungen speichern. Der Begriff „computerlesbares Medium“ soll auch jedes Medium einschließen, das in der Lage ist, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor zu speichern, zu codieren oder zu tragen oder die ein Computersystem veranlassen, eines oder mehrere der hierin offenbarten Verfahren oder Operationen auszuführen.
Wie ein Fachmann ohne weiteres erkennen wird, ist die vorstehende Beschreibung als eine Darstellung der Prinzipien der Erfindung gemeint. Diese Beschreibung soll den Schutzumfang oder die Anwendung dieser Erfindung nicht einschränken, indem die Erfindung modifiziert, variiert und geändert werden kann, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16/362151 [0001]

Claims

System zum Steuern der Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei das System Folgendes umfasst: einen Prozessor; einen Lenkwinkelsensor in Verbindung mit dem Prozessor und innerhalb des Fahrzeugs montiert, um einen Lenkwinkel zu erfassen; einen Geschwindigkeitssensor, der mit dem Prozessor in Verbindung steht und innerhalb des Fahrzeugs montiert ist, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erfassen; einen Beschleunigungsmesser, der mit dem Prozessor in Verbindung steht und innerhalb des Fahrzeugs montiert ist, um eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen; eine Lenkwinkelsteuerung in Verbindung mit dem Prozessor, wobei die Lenkwinkelsteuerung konfiguriert ist, um ein Lenkdrehmoment auf ein Lenksystem auszuüben, um das Fahrzeug zu lenken; und einen Speicher in Verbindung mit dem Prozessor, wobei der Speicher eine Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle enthält, wobei die Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle eine geschätzte Spurstangenkraft unter Verwendung der Beschleunigung des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bereitstellt, wobei der Prozessor zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen der Beschleunigung des Fahrzeugs von dem Beschleunigungsmesser und der Geschwindigkeit von dem Geschwindigkeitssensor, Bestimmen der geschätzten Spurstangenkraft unter Verwendung der Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle, und Anweisen der Lenkwinkelsteuerung, eine zusätzliche Kraft, die im Wesentlichen gleich der geschätzten Spurstangenkraft ist, auf das Lenkdrehmoment anzuwenden.
System nach Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitssensor ein Radgeschwindigkeitssensor ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Beschleunigungsmesser konfiguriert ist, um die Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen.
Verfahren zum Steuern der Lenkung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen einer Beschleunigung des Fahrzeugs von einem an dem Fahrzeug montierten Beschleunigungsmesser und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs von einem an dem Fahrzeug montierten Geschwindigkeitssensor; Bestimmen einer geschätzten Spurstangenkraft unter Verwendung der Nachschlagetabelle der Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle; und Anweisen der in dem Fahrzeug angeordneten Lenkwinkelsteuerung, eine zusätzliche Kraft, die im Wesentlichen gleich der geschätzten Spurstangenkraft ist, auf das Lenkdrehmoment anzuwenden.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Empfangen eines Lenkwinkels von einem Lenkwinkelsensor, der innerhalb des Fahrzeugs montiert ist, um den Lenkwinkel zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Lenkwinkelsteuerung konfiguriert ist, um ein Lenkdrehmoment auf ein Lenksystem auszuüben, um das Fahrzeug zu lenken.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Spurstangenkrafteinschätzungs-Nachschlagetabelle eine geschätzte Spurstangenkraft unter Verwendung der Beschleunigung des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Geschwindigkeitssensor ein Radgeschwindigkeitssensor ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Beschleunigungsmesser konfiguriert ist, um die Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erfassen.