DE4035547A1

DE4035547A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des fahrkomforts bei automatisch gefuehrten fahrzeugen

Info

Publication number: DE4035547A1
Application number: DE4035547A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Freund; Robert Mayr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-05-14

Description

1. Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Fahrkomforts bei automatisch geführten Fahrzeugen.

2. Anwendungsgebiet

Die Erfindung kommt bei automatisch geführten Fahrzeugen zum Einsatz, bei denen sowohl die Lenkung als auch die Antriebs- bzw. Bremskraft gleichzeitig so beeinflußt werden, daß das Fahrzeug selbständig einem bewegten Zielpunkt folgt. Dabei kann die Erfindung zusammen mit dem Verfahren zur automatischen Fahrzeugführung auch als eine Einheit betrachtet werden.

3. Ziele

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, durch das die Drehbewegungen eines automatisch geführten Fahrzeugs bei Kurvenfahrt kontrolliert werden können, was zu einer Erhöhung des Fahrkomforts führt. Dabei ist das Verfahren in der Lage, die Antriebs- bzw. Bremskraft und den Lenkwinkeleinschlag des Fahrzeugs dynamisch so zu beeinflussen, daß sich das Fahrzeug beim Nachfolgen eines bewegten Zielpunktes möglichst aperiodischer Drehbewegungen bei Kurvenfahrt bedient. Dadurch wird der Fahrkomfort erhöht. Die dynamischen Eigenschaften eines mit der Erfindung ausgestatteten Fahrzeugs sind dabei im Rahmen der technisch gegebenen Möglichkeiten frei einstellbar und bleiben für jede Art von Fahrmanöver erhalten.

4. Stand der Technik

Der Stand der Technik bei der Entwicklung von Verfahren und Vorrichtungen für automatisch geführte Fahrzeuge ist in der Offenlegungsschrift DE 38 30 747 A1 "Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Führung der Längs- und Querbewegungen eines Fahrzeugs" dargestellt. Deshalb sei hier auf diese Offenlegungsschrift des gleichen Anmelders verwiesen. Unter Miteinbeziehung der Offenlegungsschrift DE 38 30 747 A1 ermöglicht es somit der augenblickliche Stand der Technik bei vollständiger Kompensation aller Verkopplungen in der Längs- und Querdynamik eines Fahrzeugs und gleichzeitiger Kompensation des Einflusses diverser Kenngrößen des Fahrzeugs, wie z. B. der Fahrzeugmasse, ein automatisch geführtes Fahrzeug bei - innerhalb der erlaubten Grenzen - exakt einstellbarer Dynamik einer festgelegten Spur mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil zu folgen. Weiterhin erlaubt es der augenblickliche Stand der Technik unter Einbeziehung der Offenlegungsschrift DE 38 30 747 A1, daß bei vollständiger Kompensation der durch die für die Positionierung relevanten Einzelkoordinaten untereinander entstehenden Verkopplungen und weiterhin der durch die Längs- und Querdynamik untereinander entstehenden Verkopplungen, ein automatisch geführtes Fahrzeug einem beweglichen Zielpunkt permanent folgt.

Der augenblickliche Stand der Technik ermöglicht es jedoch nicht, daß bei vollständiger Kompensation aller Verkopplungen in der Längs- und der Querdynamik sowie des Einflusses diverser anderer Kenngrößen des Fahrzeugs und außerdem gleichzeitiger vollständiger Kompensation der durch die für die Positionierung relevanten Einzelkoordinaten untereinander entstehenden Verkopplungen anstatt der Position des Fahrzeugschwerpunktes die Position eines sog. Antennenpunktes auf der Fahrzeuglängsachse insbesondere vor dem Schwerpunkt geregelt wird, so daß das automatisch geführte Fahrzeug mittels geeigneter Stellsignale so beeinflußt wird, daß dieser Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse einem beweglichen Zielpunkt permanent folgt. Ein solches Verfahren wirkt sich dämpfend auf die Drehbewegungen des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt aus.

5. Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu entwickeln, durch die bei einem automatisch geführten Fahrzeug Einfluß auf die Drehbewegungen des Fahrzeugs um seine Schwerhochachse bei Kurvenfahrt genommen werden kann. Damit können evtl. schwingungsartige Drehbewegungen gedämpft bzw. in aperiodisch verlaufende Drehbewegungen überführt werden. Dabei kann ein bereits vorhandener Automat zur Fahrzeugpositionsregelung durch einen Nachschaltautomaten ergänzt werden. Ebenso ist auch eine als Gesamteinheit ausgelegte Vorrichtung, welche die Positionsregelung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Drehverhaltens um die Schwerhochachse beinhaltet, realisierbar.

6. Lösung

Bei einem automatisch geführten Fahrzeug werden die Stellgrößen für den Lenkwinkeleinschlag sowie für das Antriebs- bzw. Bremssystem so beeinflußt, daß das Fahrzeug unabhängig von seiner Ausgangslage einem Zielpunkt, der durch den Positionssollwert definiert ist, folgt. Mittels des Nachschaltautomaten wird eine Verlagerung vom Schwerpunkt auf den sich auf der Fahrzeuglängsachse befindlichen Antennenpunkt als Referenzpunkt für die Positionsregelung vorgenommen, wobei sich dieser Antennenpunkt zweckmäßigerweise vor dem Fahrzeugschwerpunkt befindet. Dieser Sachverhalt wird durch Fig. 1 verdeutlicht. Hierbei ist es unerheblich, ob der Antennenpunkt innerhalb oder außerhalb der Fahrzeuggeometrie festgelegt wird. Der dadurch entstehende Abstand zwischen Schwerpunkt und Antennenpunkt muß bei der Sollwertgenerierung berücksichtigt werden.

Diese Verschiebung auf den Antennenpunkt kann durch die Integration eines Nachschaltautomaten in das Positionsregelungssystem eines automatisch geführten Fahrzeugs erfolgen. Ebenso können jedoch die Positionsregelung und der Nachschaltautomat zu einer Einheit zusammengefaßt werden.

7. Weitere Ausgestaltung der Erfindung

Die beschriebene Vorrichtung, die mit einem Fahrzeug zu installieren ist, kann z. B. als elektronische Schaltung realisiert werden. Hierbei werden aus den Ausgangssignalen eines bereits vorhandenen Positionsregelungssystems und den mittels einer geeigneten Sensorik bereitgestellten Meßgrößen die erforderlichen Stellgrößen gebildet und an die entsprechenden Servoantriebe für die Lenkung sowie für das Antriebs- bzw. Bremssystem weitergeleitet. Ebenso kann das Positionsregelsystem mit integriertem Nachschaltautomat als einheitliche Schaltung realisiert werden. Dabei werden die Stellgrößen aufgrund der Signale für die Sollposition und der Meßsignale gebildet.

8. Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der Nachschaltautomat in Verbindung mit der Regelungsvorrichtung in der Lage ist, gleichzeitig die Antriebs- bzw. Bremskraft und die Lenkung des Fahrzeugs bei freier Wahl der Gesamtdynamik so zu beeinflussen, daß ein völlig automatisiertes Fahren ermöglicht wird. Dabei wird durch eine Dämpfung der Drehbewegungen eine wesentliche Erhöhung des Fahrkomforts gegenüber der ausschließlichen Nutzung des Positionsregelungssystems erzielt. Dasselbe gilt für die spezielle Regelungsvorrichtung, welche den Nachschaltautomaten bereits beinhaltet.

Durch die sehr hohe Bahngüte wird ein schnelles und präzises Bahnfahren des geregelten Fahrzeugs ermöglicht. Die einmal entsprechend der Kenndaten des Fahrzeugs vorgewählte Gesamtdynamik gilt dann für den gesamten Geschwindigkeitsbereich bei Geradeausfahrt sowie bei Kurvenfahrt. In Notsituationen jedoch kann das dynamische Verhalten kurzfristig härter eingestellt werden, um ein schnelles Ausweichen zu ermöglichen.

Weiterhin besitzt das Regelungsverfahren auch in Verbindung mit dem Nachschaltautomaten klar definierte Schnittstellen, die auf eine relativ einfache Weise die Integration in ein übergeordnetes Sicherheits- oder Verkehrsleitsystem erlauben.

9. Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele 9.1 Einsatz als Nachschaltautomat

Der Nachschaltautomat kommt als Zusatzvorrichtung zu der bereits in der Patentschrift DE 38 30 747 A1 beschriebenen Positionsregelungsvorrichtung zum Einsatz. Hierbei wird zunächst, wie in Fig. 2 verdeutlicht, die Signalverbindung zwischen dem Positionsregelungssystem und den Aktuatoren getrennt und an dieser Stelle der Nachschaltautomat eingefügt. In gleicher Weise kann der Nachschaltautomat bei dem in der Patentschrift DE 38 30 747 A1 beschriebenen Halbautomaten in Verbindung mit dem Vorautomaten zum Einsatz kommen, da der Halbautomat in Verbindung mit dem Vorautomat in seiner Wirkungsweise dem Vollautomaten entspricht. Dabei müssen jedoch im Vollautomat oder im Vorautomat die Vorrichtungen RP durch die in Fig. 17 beschriebenen Vorrichtungen RPX* (Blöcke 53 und 113) sowie RPY* (Blöcke 71 und 131) ersetzt werden. Die durch die Vorrichtungen RP generierten Signale rpx* und rpy* werden dann im Vollautomaten bzw. im Vorautomaten anstelle der bisher verwendeten Größen rpx und rpy herangezogen. Weiterhin müssen die Signale rpx* und rpy* auch dem Nachschaltautomaten verfügbar gemacht werden. Mit diesen Änderungen wird der Vollautomat zum modifizierten Vollautomaten und der Vorautomat zum modifizierten Vorautomaten. In Fig. 2 wird der modifizierte Vollautomat bzw. Vor- und Halbautomat durch die Vorrichtung MV (Block 1) gekennzeichnet, während der Nachschaltautomat die Bezeichnung NSA (Block 3) erhält.

Das Signal r, das den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse festlegt, wird vorgegeben und muß der Reglervorrichtung MV (Block 1) und dem Nachschaltautomaten NSA (Block 3) zugeführt werden. Unter Berücksichtigung der Positionssollwerte und der meßtechnisch erfaßten dynamischen Fahrzeugvariablen werden in der Reglervorrichtung MV (Block 1) die modifizierten gewichteten Reglerdifferenzen rpx* und rpy* und andererseits die Vorabstellsignale l* für den Lenkwinkeleinschlag und h* für die Antriebs- bzw. Bremskraft gebildet und dem Nachschaltautomaten NSA (Block 3) zugeführt. Weiterhin wird der Vorrichtung NSA auch das Signal r für den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt, auf den die Sollposition geregelt wird, zugeführt. Unter der Berücksichtigung von einigen gemessenen dynamischen Fahrzeuggrößen, der modifizierten gewichteten Reglerdifferenzen rpx* und rpy* sowie der Vorabstellsignale l* und h* und unter Berücksichtigung des Signals r werden im Nachschaltautomaten NSA (Block 3) die Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft gebildet, die über die Leistungsverstärker (Blöcke 5 und 7) den jeweiligen Aktuatoren (Vorrichtungen 9 und 13) zugeführt werden.

9.2 Einsatz als Gesamtautomat

Der Gesamtautomat kommt im Gegensatz zum Nachschaltautomat anstelle des in der Patentschrift DE 38 30 747 A1 beschriebenen Positionsregelungssystems zum Einsatz. Hierbei ist es unerheblich, ob das zu ersetzende Positionsregelungssystem durch den Vollautomaten oder durch die Kombination aus Halbautomat und Vorautomat realisiert war, da sich diese beiden Realisierungsmöglichkeiten in ihrer Wirkungsweise entsprechen.

In Fig. 3 wird der Gesamtautomat, durch den ein durch den Abstand r festgelegter Antennenpunkt auf die Positionssollwerte w_X und w_Y geregelt wird, durch die Vorrichtung GA (Block 19) gekennzeichnet. Der Gesamtautomat GA entspricht in seiner Wirkungsweise dem modifizierten Positionsregelungssystem MV (Block 1) in Verbindung mit dem Nachschaltautomaten NSA (Block 3).

Dem Gesamtautomaten werden die Soll-Positionskoordinaten für den Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse sowie das Signal r für den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt zugeführt. Unter Berücksichtigung der meßtechnisch erfaßten dynamischen Fahrzeugvariablen werden im Gesamtautomaten GA aus den Sollsignalen w_X, w_Y und dem Signal r die Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft gebildet, die über die Leistungsverstärker (Blöcke 21 und 23) den jeweiligen Aktuatoren (Vorrichtungen 25 und 27) zugeführt werden.

9.3 Wirkung des Verfahrens auf das automatisch geführte Fahrzeug

Beim Einsatz eines reinen Positionsreglers, der den Verlauf des Fahrzeugschwerpunktes bzgl. einer Sollposition regelt, können bei Kurvenfahrt vorübergehend schwingungsartige Bewegungen des Lenkwinkels auftreten. Dies wirkt sich zwar nicht negativ auf das Kurvenverhalten des Fahrzeugs aus, Fahrzeuginsassen würden ein solches dynamisches Verhalten jedoch als unkomfortabel empfinden. Wie durch die Verlagerung des Punktes, dessen Position auf die Sollposition geregelt werden soll, weg vom Fahrzeugschwerpunkt hin zum Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse vor dem Schwerpunkt das dynamische Verhalten des Lenkwinkels bei Kurvenfahrt verbessert wird, wird durch die Diagramme in Fig. 18 veranschaulicht. Dabei ist zu sehen, daß, je weiter der Antennenpunkt vom Fahrzeugschwerpunkt entfernt ist, die Schwingungsbewegungen des Lenkwinkels umso mehr gedämpft werden. Gleichzeitig wird die Frequenz der Schwingungen verringert. So werden die Schwingungsbewegungen bei einer Erhöhung des Abstandes zwischen Antennenpunkt und Fahrzeugschwerpunkt langsamer bei gleichzeitig geringer werdender Amplitude. Bei genügend hohem Abstand verschwinden die Schwingungen praktisch ganz.

Wird der Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Antennenpunkt andererseits jedoch zu hoch gewählt, so ist keine vernünftig funktionierende Fahrzeugregelung mehr möglich. In einem solchen Fall könnte es vorkommen, daß das Fahrzeug enge Kurven abkürzt und dabei sozusagen über die Bordsteinkante fährt. Aus diesem Grund kann die Empfehlung gegeben werden, daß sich der Antennenpunkt beim praktischen Einsatz einer entsprechenden Vorrichtung entweder noch innerhalb der Fahrzeuggeometrie oder ein kurzes Stück vor dem Kühlergrill des Fahrzeugs befindet. In einem solchen Fall ist auch bei Kurvenfahrt der Positionsfehler quer zur Fahrtrichtung noch vernachlässigbar gering, andererseits entsteht jedoch eine deutliche Verbesserung des Fahrkomforts durch Verringerung der Frequenz und Amplitude der Schwingungsbewegungen des Lenkwinkeleinschlages.

9.4 Beschreibung des Nachschaltautomaten

Wie bereits beschrieben, werden im Nachschaltautomaten NSA (Block 3) aus den Vorabstellsignalen l* und h* der Reglervorrichtung MV (Block 1) in Abhängigkeit von den dynamischen Fahrzeugvariablen, dem Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt (6), dessen Position geregelt werden soll, und den Signalen für die gewichteten modifizierten Regeldifferenzen die Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft gebildet. Da die Signale l** und h** im Nachschaltautomaten NSA (Block 3) unabhängig voneinander gebildet werden, kann der Nachschaltautomat zur besseren Übersichtlichkeit dementsprechend in zwei voneinander getrennt verlaufende Zweige aufgespaltet werden. Die Grundstruktur des Signalpfads, daß das Vorabstellsignal zunächst unabhängig von anderen dynamischen Größen umnormiert wird, anschließend mit einem insbesondere vom Abstand r abhängigen Signal beaufschlagt wird und schließlich ein zweites Mal, diesmal ebenso insbesondere vom Abstand r abhängig, neu normiert wird, so daß hieraus das eigentliche Stellsignal entsteht, ist jedoch beiden Zweigen gemeinsam.

Im Zweig zur Generierung des Stellsignals l** für den Lenkwinkeleinschlag wird das Vorabstellsignal l*, welches ein Ausgangssignal der Regelvorrichtung MC (Block 1) verkörpert, zunächst, abhängig von dynamischen Fahrzeugvariablen in der Vorrichtung NL (Block 31) zu einem Signal l_n umnormiert. Durch additive Beaufschlagung (Addierer 35) dieses Signals l_n mit dem Ausgangssignal a, welches in der Vorrichtung A (Block 33) ebenfalls abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und zusätzlich insbesondere vom Abstand r zwischen dem Antennenpunkt (6) und dem Fahrzeugschwerpunkt (4) entsteht, wird das Signal l_n1 gebildet. Dieses Signal l_n1 wird zur Bildung des eigentlichen Stellsignals l** abermals, diesmal ebenfalls abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r mittels der Vorrichtung NI (Block 37) neu normiert. In diesem Zustand ist zu bemerken, daß die beiden Umnormierungen zur Bildung des Signals l_n und zur Bildung des Signals l** nach unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten durchgeführt werden müssen.

Im Zweig zur Generierung des Stellsignals h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft wird das Vorabstellsignal h*, welches ein Ausgangssignal der Regelvorrichtung MV (Block 1) verkörpert, zunächst, abhängig von dynamischen Fahrzeugvariablen in der Vorrichtung NH (Block 39) zu einem Signal h_n umnormiert. Durch additive Beaufschlagung (Addierer 47) dieses Signals h_n mit einem Summensignal sum, welches sich seinerseits ebenfalls additiv (Addierer 45) aus den Signalen b, c und d zusammensetzt, wird das Signal h_n1 gebildet. Dabei werden die Signale b, c und d jeweils in den Vorrichtungen B (Block 41), C (Block 43) und D (Block 49) abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen, den gewichteten modifizierten Regeldifferenzen rpx* und rpy* und zusätzlich insbesondere vom Abstand r zwischen dem Antennenpunkt (6) und dem Fahrzeugschwerpunkt (4) generiert. Das Signal h_n1 wird zur Bildung des eigentlichen Stellsignals h** abermals, diesmal ebenfalls abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r mittels der Vorrichtung NI (Block 51) neu normiert. In diesem Zusammenhang ist auch hier zu bemerken, daß die beiden Umnormierungen zur Bildung des Signals h_n und zur Bildung des Signals h** nach unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten durchgeführt werden müssen.

Die Gesetzmäßigkeit zur Bildung des Stellsignals l** für den Lenkwinkeleinschlag läßt sich formelmäßig bei einer Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (Block 3) wie folgt beschreiben, wobei der Wert c₁₁ eine Konstante repräsentiert (siehe Abschn. 9.7). Dabei werden zunächst den Signalen l_n (Ausgangssignal von Modul NL (31)) und a (Ausgangssignal von Modul A (Block 33)) entsprechende Zwischengrößen berechnet, aus denen schließlich das eigentliche Stellsignal l** für den Lenkwinkeleinschlag ermittelt wird. Die den folgenden Berechnungsvorschriften entsprechenden Vorrichtungen sind in den Fig. 4 und 8 skizziert:

mit

l_n = c₁₁ · v · l*

Die im Modul NI (Block 37) durchgeführte Umnormierung geschieht durch Division mit der von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r abhängigen Größe f_NEN. Die Vorrichtungen NL (Block 31), A (Block 33) und NI (Block 37) sind in den Fig. 8, 11 und 10 skizziert. Die formelmäßigen Berechnungsvorschriften der den Signalen a und f_NEN entsprechenden Zwischengrößen finden sich in Abschnitt 9.6.

Das Stellsignal h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft läßt sich formelmäßig bei einer Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (Block 3) wie folgt beschreiben, wobei der Wert für c₁₁ eine Konstante repräsentiert (siehe Abschnitt 9.7). Dabei werden zunächst den Signalen h_n (Ausgangssignal von Modul NH (Block 39)), b (Ausgangssignal von Modul B (Block 41)), c (Ausgangssignal von Modul C (Block 43)) und d (Ausgangssignal von Modul D (Block 49)) entsprechende Zwischengrößen berechnet, aus denen schließlich das eigentliche Stellsignal h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft ermittelt wird. Die den folgenden Berechnungsvorschriften entsprechenden Vorrichtungen sind in den Fig. 5 und 9 skizziert.

mit

h_n = c₂₈ · v · h*

Die im Modul NI (Block 51) durchgeführte Umnormierung geschieht auch hier durch Division mit der von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r abhängigen Größe f_NEN. Die Vorrichtungen NH (Block 39), B (Block 41), C (Block 43), D (Block 49) und NI (Block 51) sind in den Fig. 9, 12, 13, 14 und 10 skizziert. Die formelmäßigen Berechnungsvorschriften der den Signalen b, c, d und f_NEN entsprechenden Zwischengrößen finden sich im Abschnitt 9.6.

9.5 Beschreibung der Gesamtautomaten

Wie bereits beschrieben, werden im Gesamtautomaten GA (Block 19) in Abhängigkeit von den Positionssollwerten, den dynamischen Fahrzeugvariablen, dem Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6), dessen Position geregelt werden soll, die Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft gebildet. Da die Signale l** und h** im Gesamtautomaten GA (Block 19) unabhängig voneinander gebildet werden, kann der Gesamtautomat zur besseren Übersichtlichkeit dementsprechend in zwei voneinander getrennt verlaufende Zweige aufgespaltet werden. Das Grundprinzip der Signalbildung, daß die entsprechende Stellgröße aus den gewichteten modifizierten Regeldifferenzen rpx** und rpy**, die in den Modulen RPX* und RPY* (Blöcke 53 bzw. 113 und 71 bzw. 131) generiert werden, einerseits und aus einer der Zielsetzung entsprechenden Verknüpfung der dynamischen Fahrzeugvariablen mit dem Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) auf der Fahrzeuglängsachse andererseits gebildet wird, ist jedoch beiden Zweigen gemeinsam. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß das Signal r ebenfalls Eingang in die Module RPX* (Blöcke 53 und 113) und RPY* (Blöcke 71 und 131) sowie in die Module A (Block 81), B (Block 103), C (Block 121) und D (Block 139) findet.

Im Zweig zur Generierung des Stellsignals l** für den Lenkwinkeleinschlag wird das Signal l_n1 aus dem Ausgangssignal a der Vorrichtung A (Block 81) sowie aus weiteren, von den dynamischen Fahrzeugvariablen und dem Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) abhängigen Signalen durch additive Verknüpfung bzw. durch Subtraktion (Addierer bzw. Subtrahierer 93, 89 und 83) gebildet. Dabei wird das Signal a in der Vorrichtung A (Block 81) ebenfalls abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und zusätzlich insbesondere vom Abstand r generiert. In den Vorrichtungen RPX* (Block 53) und RPY* (Block 71) werden hingegen die gewichteten modifizierten Regeldifferenzen rpx* in x-Richtung und rpy* in y-Richtung des ortsfesten kartesischen Koordinatensystems gebildet. Diese Signale rpx* und rpy* hängen ihrerseits von den Positionssollwerten w_X in x-Richtung und w_Y in y-Richtung des ortsfesten Koordinatensystems, von den dynamischen Fahrzeugvariablen und vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) auf der Fahrzeuglängsachse, dessen Position zu regeln ist, ab. Letztlich wird das Signal l_n1 zur Bildung des Stellsignals l** abermals abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r mittels der Vorrichtung NI (Block 95) normiert. Die detaillierte Verschaltung der Signale zur Bildung des Stellsignals l** zeigt Fig. 6.

Im Zweig zur Generierung des Stellsignals h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft wird das Signal h_n1 aus den Ausgangssignalen b, c und d der Vorrichtungen B (Block 103), C (Block 121) und D (Block 139) sowie aus weiteren, von den dynamischen Fahrzeugvariablen und dem Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) abhängigen Signalen durch additive Verknüpfung (Addierer 105, 119 123, 137 und 141) gebildet. Dabei werden die Signale b in der Vorrichtung B (Block 103), c in der Vorrichtung C (Block 121) und d in der Vorrichtung D (Block 139) ebenfalls abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und zusätzlich insbesondere abhängig vom Abstand r generiert. Das Signal c ist außerdem von dem Signal rpx* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in x-Richtung und das Signal d vom Signal rpy* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in y-Richtung abhängig. In den Vorrichtungen RPX* (Block 113) und RPY* (Block 131) werden diese gewichteten modifizierten Regeldifferenzen rpx* in x-Richtung und rpy* in y-Richtung des ortsfesten kartesischen Koordinatensystems gebildet. Diese Signale rpx* und rpy* hängen ihrerseits von den Positionssollwerten w_X in x-Richtung und w_Y in y-Richtung des ortsfesten Koordinatensystems, von den dynamischen Fahrzeugvariablen und vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) auf der Fahrzeuglängsachse, dessen Position zu regeln ist, ab. Letztlich wird das Signal h_n1 zur Bildung des Stellsignals h** abermals abhängig von den dynamischen Fahrzeugvariablen und insbesondere vom Abstand r mittels der Vorrichtung NI (Block 143) normiert. Die detaillierte Verschaltung der Signale zur Bildung des Stellsignals h** zeigt Fig. 7.

Die Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft lassen sich formelmäßig bei einer Realisierung des Gesamtautomaten GA (Block 19) wie folgt beschreiben, wobei die Werte für c_ÿ (i, j=1, 2, 3, . . .) Konstanten repräsentieren. Dabei werden zunächst in RPX* (Blöcke 53 und 113) und RPY* (Blöcke 71 und 131) die modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* und rpy*, die zusätzlich zu ihrer jeweiligen Abhängigkeit von den dynamischen Fahrzeugvariablen von den durch w_X und w_Y gegebenen Positionssollkoordinaten und ebenso vom Abstand r abhängig sind, ermittelt.

Bei der Generierung des Stellsignals l** für den Lenkwinkeleinschlag wird außerdem eine dem Signal a (Ausgangssignal von Modul A (Block 81)) entsprechende Zwischengröße berechnet. Durch Verknüpfung der den Signalen a sowie den modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* und rpy* entsprechenden Größen mit weiteren, ebenfalls von den dynamischen Fahrzeugvariablen abhängigen Größen kann die Größe l_n1 berechnet werden, aus der letztlich das Stellsignal l** (Ausgang Modul NI (Block 95)) gebildet wird. Die der folgenden Berechnungsvorschriften entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 6 skizziert:

Die Berechnungsvorschriften für die den Signalen a, rpy*, rpy* und f_NEN entsprechenden Zwischengrößen sowie nähere Angaben bzgl. der Konstanten c_ÿ (i, j=1, 2, 3, . . .) sind in den Abschnitten 9.6 und 9.7 angegeben. Die Vorrichtungen A (Block 81), RPX* (Block 53), RPY* (Block 71) und NI (Block 95) sind in den Fig. 11, 17 und 10 skizziert.

Bei der Generierung des Stellsignals h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft werden außerdem den Signalen b (Ausgangssignal von Modul B (Block 103)), c (Ausgangssignal von Modul C (Block 121)) und d (Ausgangssignal von Modul D (Block 139)) entsprechende Zwischengrößen berechnet. Durch Verknüpfung der den Signalen b, c und d sowie den modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* und rpy* entsprechenden Größen mit weiteren, ebenfalls von den dynamischen Fahrzeugvariablen abhängigen Größen kann die Größe h_n1 berechnet werden, aus der letztlich das Stellsignal h** (Ausgang Modul NI (Block 143)) gebildet wird. Die der folgenden Berechnungsvorschrift entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 7 skizziert:

Die Berechnungsvorschriften für die den Signalen b, c, d, rpx*, rpy* und f_NEN entsprechenden Zwischengrößen sowie nähere Angaben bzgl. der Konstanten c_ÿ (i, j=1, 2, 3, . . .) sind in den Abschnitten 9.6 und 9.7 angegeben. Die Vorrichtungen B (Block 103), C (Block 121), D (Block 139), RPX* (Block 113) RPY* (Block 131) und NI (Block 143) sind in den Fig. 12, 13, 14, 17 und 10 skizziert.

9.6 Beschreibung der den angeführten Automaten innewohnenden Untermodule sowie Benennung der konstanten Größen

Bei der Beschreibung des Nachschaltautomaten NSA (Block 3) und des Gesamtautomaten GA (Block 19) wurde auf diverse Blöcke verwiesen, die Bestandteile dieser Automaten sind. Diese Module werden im vorliegenden Abschnitt näher erläutert und letztlich zur besseren Verdeutlichung ihrer Funktionsweise formelmäßig beschrieben.

Bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (Block 3) dienen die Module NL (Block 31) und NH (Block 39) der Normierung der Vorabstellsignale, so daß diese Vorabstellsignale im Nachschaltautomaten in einer geeigneten Weise weiterverarbeitet werden können. Dies geschieht im wesentlichen durch die Multiplikation (Multiplikatoren 147 und 151) der Vorabstellsignale mit dem durch die Konstanten c₁₁ und c₂₈ (Verstärker 145 und 149) gewichteten Signal für die Fahrzeuggeschwindigkeit v. Dieser Sachverhalt ist bereits in Abschnitt 9.4 formelmäßig niedergelegt worden. Die in den Modulen NL und NH (Blöcke 31 und 39) normierten und anschließend nach der in Abschnitt 9.4 beschriebenen sowie in den Fig. 4 und 5 skizzierten Methode weiterverarbeiteten Signale müssen letztlich im Modul NI (Blöcke 37 und 51) ein zweites Mal normiert werden, so daß hieraus die eigentlichen Stellsignale l** und h** entstehen, die über Leistungsverstärker (Blöcke 5 und 7) an die Aktuatoren (Glieder 9 und 13) weitergeleitet werden. Dasselbe gilt bei der Verwendung des Gesamtautomaten GA (Block 19) in dem die Signale l_n1 und h_n1 jeweils in einem Modul NI (Blöcke 95 und 143) ebenso normiert werden, so daß auch hier die eigentlichen Stellsignale l** und h** entstehen, die über Leistungsverstärker (Blöcke 21 und 23) an die Aktuatoren (Glieder 25 und 27) weitergeleitet werden. Innerhalb dieses Moduls NI, das in Fig. 10 skizziert ist, werden sowohl beim Einsatz als Nachschaltautomat wie auch als Gesamtautomat die jeweiligen Stellsignale durch ein Signal f_NEN dividiert (Dividierer 167). Dieses Signal f_NEN entsteht durch eine geeignete Verknüpfung der Signale β für den Schwimmwinkel und v für die Fahrzeuggeschwindigkeit, des Signals r für den Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt (4) und Antennenpunkt (6) auf der Fahrzeuglängsachse sowie der Signale trim und trip, deren Entstehung im folgenden noch beschrieben wird. Die im Modul NI, welches durch die Blöcke 37, 51, 95 und 143 realisiert ist, vonstattengehende Umnormierung der Signale l_n1 bzw. h_n1 zu den eigentlichen Stellsignalen l** bzw. h** geschieht durch die Division durch das Signal f_NEN. Diese Division sowie die Entstehung dieses Signals f_NEN ist in der Vorrichtung gemäß Fig. 10 skizziert. Die Entstehung von f_NEN wird nach der folgenden Berechnungsvorschrift durchgeführt:

f_NEN = v · [c₁₈ - c₁₉ · r · (β · trim - trip)]

Nähere Angaben bzgl. der Konstanten c₁₈ und c₁₉ werden in Abschnitt 9.7 angegeben. Die Entstehung der eigentlichen Stellsignale durch Division durch f_NEN ist formelmäßig bereits in den vorangehenden Abschnitten angegeben.

Im Modul A wird zunächst ein Vorabsignal (Ausgang Glied 209) in Abhängigkeit von den dynamischen Fahrzeugvariablen gebildet. Dies geschieht teilweise direkt durch eine geeignete Verknüpfung der dynamischen Fahrzeugvariablen untereinander, teilweise jedoch auch indirekt durch eine Zwischenschaltung der Module TRIP (Block 183) und TRIM (Block 205) auf die noch näher eingegangen wird. Schließlich wird das entstehende Vorabsignal (Ausgang Glied 209) mit dem Signal r für den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) multiplikativ (Multiplizierer 211) gewichtet, so daß das Signal a entsteht. Die der folgenden Berechnungsvorschrift entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 11 skizziert:

a = r · { - [c₁₂ · β · ψ′²v + c₁₃ · β · v - c₁₄ · ψ′] · trip - [c₁₇ · β · ψ′ + c₁₅ · ψ′² · v - c₁₆ · β² · v] · trim}

Nähere Angaben bzgl. der Konstanten c₁₂ bis c₁₇ werden in Abschnitt 9.7 gegeben. Das hier beschriebene Modul A kommt bei der Generierung des eigentlichen Stellsignals l** für den Lenkwinkeleinschlag sowohl bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (siehe Fig. 4, Block 53) wie auch bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA (siehe Fig. 6, Block 81) zur Anwendung.

Im Modul B wird ebenfalls zunächst ein Vorabsignal (Ausgang Subtrahierer 259) in Abhängigkeit von den dynamischen Fahrzeugvariablen gebildet. Dies geschieht auch hier teilweise direkt durch eine geeignete Verknüpfung der dynamischen Fahrzeugvariablen untereinander, teilweise jedoch auch indirekt durch eine Zwischenschaltung der Module TRIP (Block 231) und TRIM (Block 253) auf die noch näher eingegangen wird. Schließlich wird das entstehende Vorabsignal (Ausgang Subtrahierer 259) mit dem Signal r für den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) multiplikativ gewichtet. Das hieraus entstehende gewichtete Vorabsignal (Ausgang Multiplizierer 261) wird zu einem Signal, welches quadratische Anteile des Abstands r enthält, hinzuaddiert (Addierer 263), so daß letztlich das Signal b entsteht. Die der folgenden Berechnungsvorschrift entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 12 skizziert:

b = r² · c₂₇ · ψ′² · v + r · {[c₂₀ · v³ + c₂₁ · ψ′² · v] · trip - [c₂₂ · β · v³ + c₂₃ · β · v + c₂₄ · ψ′] · trim}

Nähere Angaben bzgl. der Konstanten c₂₀ bis c₂₄ und c₂₇ werden in Abschnitt 9.7 gegeben. Das hier beschriebene Modul B kommt bei der Generierung des eigentlichen Stellsignals h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft sowohl bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (siehe Fig. 5, Block 41) wie auch bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA (siehe Fig. 7, Block 103) zur Anwendung.

Im Modul C wird zunächst der Kosinus des Gierwinkels ψ gebildet. Dieses Signal (Ausgang Glied 265) wird zunächst mit dem Signal rpx* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in x-Richtung des ortsfesten Koordinatensystems multipliziert (Multiplizierer 267) und anschließend mit dem Produkt (Ausgang Multiplizierer 269) aus dem Signal r und der Fahrzeuggeschwindigkeit v abermals multiplikativ (Multiplizierer 271) beaufschlagt. Das hieraus entstehende Signal wird letztlich im Verstärker 273 angepaßt, so daß das Signal c entsteht. Die der folgenden Berechnungsvorschrift entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 13 skizziert:

c = c₂₅ · r · v · cos ψ · rpx*

Im Modul D wird zunächst der Sinus des Gierwinkels ψ gebildet. Dieses Signal (Ausgang Glied 275) wird zunächst mit dem Signal rpy* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in y-Richtung des ortsfesten Koordinatensystems multipliziert (Multiplizierer 277) und anschließend mit dem Produkt (Multiplizierer 279) aus dem Signal r und der Fahrzeuggeschwindigkeit v abermals multiplikativ (Multiplizierer 281) beaufschlagt. Das hieraus entstehende Signal wird letztlich im Verstärker 283 angepaßt, so daß das Signal d entsteht. Die der folgenden Berechnungsvorschrift entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 14 skizziert:

d = c₂₆ · r · v · sin ψ · rpy*

Nähere Angaben bzgl. der Konstanten c₂₅ und c₂₆ zur Ermittlung der Signale c und d werden in Abschnitt 9.7 gegeben. Weiterhin wird ebenfalls auf die Module zur Ermittlung der modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* und rpy* noch näher eingegangen. Die hier beschriebenen Module C und D kommen bei der Generierung des eigentlichen Stellsignals h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft sowohl bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA (siehe Fig. 5, Blöcke 43 und 49) wie auch bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA (siehe Fig. 7, Blöcke 121 und 139) zur Anwendung.

In den Modulen TRIP und TRIM werden durch Verknüpfung der Signale β für den Schwimmwinkel und ψ für den Gierwinkel die Signale trip und trim gebildet. Ein wesentlicher gemeinsamer Bestandteil dieser beiden Module ist die Bildung des Sinus (Glieder 289 bzw. 305) und des Kosinus (Glieder 287 bzw. 303) der Differenz (Subtrahierer 285 bzw. 301) aus dem Gierwinkel ψ und dem Schwimmwinkel β. Diese Winkeldifferenz beschreibt den Richtungswinkel in dessen Richtung sich der Fahrzeugschwerpunkt augenblicklich bewegt. Dieser Richtungswinkel besitzt auch die Bezeichnung Kurswinkel. Durch geeignete Verknüpfungen des Sinus und des Kosinus des Kurswinkels mit dem Sinus (Ausgang Glied 291 bzw. 309) und dem Kosinus (Ausgang Glied 293 bzw. 307) des Gierwinkels ψ entstehen letztlich die Signale trip und trim. Die den folgenden Berechnungsvorschriften entsprechenden Vorschriften sind bzgl. des Moduls TRIP in Fig. 15 und bzgl. des Moduls TRIM in Fig. 16 skizziert:

trip = sin ψ · sin (ψ - β) + cos ψ · cos (ψ - β)

trim = cos ψ · sin (ψ - β) - sin ψ · cos (ψ - β)

Die hier beschriebenen Module TRIP und TRIM kommen bei der Generierung der Signale a und b innerhalb der Module A (siehe Fig. 11, Blöcke 183 und 205) und B (siehe Fig. 12, Blöcke 231 und 253) sowohl bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA wie auch bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA zur Anwendung. Außerdem werden die Ausgangsgrößen trip und trim bei der Generierung des Signals f_NEN innerhalb des Moduls NI (siehe Fig. 10, Multiplizierer 159 und Subtrahierer 161) ebenfalls bei der Realisierung des Nachschaltautomaten NSA wie auch bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA weiterverarbeitet.

In den Modulen RPX* und RPY* werden die modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* in x-Richtung und rpy* in y-Richtung des ortsfesten Koordinatensystems gebildet. Eingangsgrößen sind hierbei die den jeweiligen Komponenten der Sollposition bzw. der x- und der y-Koordinate entsprechenden Signale w_X beim Modul RPX* und w_Y beim Modul RPY*. Diese Sollwertsignale werden mit den Signalen X und Y für die Position des Fahrzeugschwerpunktes (4) und mit den übrigen dynamischen Fahrzeugvariablen sowie insbesondere mit dem Signal r für den Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) in einer geeigneten Weise so verknüpft, daß die Signale für die modifizierten gewichteten Regeldifferenzen rpx* und rpy* als Ausgangsgrößen dieser beiden Module entstehen. Dabei spielen neben den eigentlichen Regeldifferenzen auch geschwindigkeitsabhängige Anteile in x- und y-Richtung (Ausgang Multiplizierer 331) und vom Abstand r abhängige Anteile (Ausgänge der Multiplizierer 321 und 337) eine wesentliche Rolle. Die Gewichtung einzelner Signale innerhalb der Module RPX* und RPY* mit den Reglerparametern λ₁, λ₂, α₀₁, α₀₂, α₁₁ und α₁₂ wird mittels der Multiplizierer 317, 325 und 341 vorgenommen. Die den unten angeführten Berechnungsvorschriften entsprechenden Vorrichtungen sind in Fig. 17 skizziert. Da sich die Module RPX* und RPY* nur geringfügig unterscheiden, werden in Fig. 17 beide Module zu einer Skizze zusammengefaßt. Jedesmal wenn Unterschiede bzgl. der beiden Module auftreten, sind die entsprechenden Erläuterungen durch die Bezeichnung "bzw." getrennt, wobei die Vereinbarung getroffen wurde, daß, was vor der Bezeichnung "bzw." steht, als zum Modul RPX* zugehörig betrachtet wird und was nach der Bezeichnung "bzw." steht, als zum Modul RPY* zugehörig betrachtet wird. Diese Vereinbarung gilt z. B. für die Glieder 319, 329 und 333 sowie für diverse Signale. Die Berechnungsvorschriften für die Größen rpx* und rpy* lauten:

rpx* = λ₁ w_X - α₀₁ · [X + r · cos ψ] - α₁₁ · [v · cos (ψ - β) - r · ψ′ · sin ψ]

rpy* = λ₂ w_Y - α₀₂ · [Y + r · sin ψ] - α₁₂ · [v · sin (ψ - β) + r · ψ′ · cos ψ]

Die hier beschriebenen Module RPX* und RPY* kommen bei der Generierung der Stellsignale l** für den Lenkwinkeleinschlag (siehe Fig. 6, Blöcke 53 und 71) und h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft (siehe Fig. 7, Blöcke 113 und 131) bei der Realisierung des Gesamtautomaten GA zur Anwendung. Außerdem werden die Ausgangsgrößen rpx* des Moduls RPX* bei der Generierung des Signals c innerhalb des Moduls C (siehe Fig. 13, Multiplizierer 267) und die Ausgangsgröße rpy* des Moduls RPY* bei der Generierung des Signals d innerhalb des Moduls D (siehe Fig. 14, Multiplizierer 277) weiterverarbeitet. Bei der Realisierung als Nachschaltautomat NSA müssen außerdem bei der vorgeschalteten Positionsreglervorrichtung MV (Block 1) für den Schwerpunkt (4), die in der Offenlegungsschrift DE 38 30 747 A1 beschrieben ist, die dort vorhandenen Module RP, durch welche die Ausgangssignale rpx und rpy bereitgestellt werden, durch die oben beschriebenen Module RPX* bzw. RPY* ersetzt werden, so daß auch dort statt des Signals rpx das jedoch negierte Signal -rpy* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in x-Richtung und statt des Signals rpy das jedoch ebenfalls negierte Signal -rpy* für die modifizierte gewichtete Regeldifferenz in y-Richtung weiterverarbeitet wird. Die Negierungen sind aus Gründen der Kompatibilität deshalb durchzuführen, da die Module RP in der Offenlegungsschrift DE 38 30 747 A1 im Gegensatz zu den Modulen RPX* und RPY* die modifizierten gewichteten Regeldifferenzen in negativer Richtung zur Verfügung stellen.

9.7 Kalibrierung der Vorrichtungen

Sowohl zur Regelung eines Fahrzeugs durch den Gesamtautomaten GA (Block 19) wie auch bei der Erweiterung eines bereits durch eine Reglervorrichtung MV (Block 1) geregelten Fahrzeugs durch den Nachschaltautomaten NSA (Block 3) müssen die Verstärker in den entsprechenden Vorrichtungen in der im folgenden beschriebenen Weise eingestellt werden. Mit zunehmender Abweichung von diesen Einstellungen ist eine Verschlechterung des dann aber immer noch ausreichenden Verhaltens zu erwarten. Die konstanten Parameter c_ÿ (i, j=1, 2, 3, . . .), nach denen die Verstärker zu kalibrieren sind, bestimmen sich aus den abgeleiteten Beiwerten c_i* (i=1, 2, . . ., 5) für die Fahrzeugdynamik, die sich ihrerseits wiederum aus bekannten, fahrzeugtypischen Kenndaten ermitteln lassen. Tabelle 1 gibt einen Überblick über diese fahrzeugspezifischen Kenndaten. Für die hieraus abgeleiteten Beiwerte gilt:

c₁* = c_h + c_v
c₂* = a · c_v - b · c_h
c₃* = a² · c_v + b² · c_h
c₄* = a · c_v
c₅* = c_ws · A

Tabelle 1 Übersicht über fahrzeugtypische, bei der Realisierung der benannten Vorrichtungen relevante Kenndaten

m_G: Gesamtmasse des Fahrzeugs
R: Trägheitsmoment um die Schwerhochachse
a: Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse
b: Abstand zwischen Schwerpunkt und Hinterachse
c_v: Schräglaufsteifigkeit vorne
c_h: Schräglaufsteifigkeit hinten
c_ws: Luftwiderstandsbeiwert
A: angeströmte Fläche

Die Gesamtmasse m_G setzt sich additiv aus der Leermasse m des Fahrzeugs und der Lastmasse m_L der Ladung zusammen. Aus diesen Größen lassen sich die konstanten Parameter c_ÿ (i, j=1, 2, 3, . . .) zur Kalibrierung der Verstärker bestimmen. Hierbei gelten die im folgenden angegebenen Berechnungsvorschriften:

c₁₁ = c_v · R
c₁₂ = m · R
c₁₃ = m · c₂*
c₁₄ = m · c₃*
c₁₅ = m · R
c₁₆ = m · c₂*
c₁₇ = m · c₃*
c₁₈ = c_v · R
c₁₉ = m · c₄*
c₂₀ = m · c₄* · c₅*
c₂₁ = m · R · c_v
c₂₂ = m · c₄* · c₅*
c₂₃ = m · (c_v · c₂* - c₁* · c₄*)
c₂₄ = m · (c₂* · c₄* - c₃* · c_v)
c₂₅ = m² · c₄*
c₂₆ = m² · c₄*
c₂₇ = m² · c₄*
c₂₈ = c_v · R
c₂₉ = c_v · c₅* · R
c₃₀ = m · c_v · R
c₃₁ = m · c_v · R
c₃₂ = m · R
c₃₃ = c₁* · R
c₃₄ = c₂* · R

Die in den Figuren angeführten Verstärker sind jeweils dahingehend gekennzeichnet, mit welchem c_ÿ (i, j=1, 2, . . .) - Paramter sie zu kalibrieren sind. Diese Kalibrierung sollte möglichst nach den durch die oben angeführten Berechnungsvorschriften ermittelten Werten durchgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen

Fig. 1 geometrische Anordnung des Antennenpunktes bzgl. der Fahrzeuggeometrie;

Fig. 2 eine durch den Nachschaltautomat NSA erweiterte Vorrichtung MV zur Fahrzeugregelung;

Fig. 3 eine Vorrichtung GA im Einsatz als Gesamtautomat;

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Bestimmung der eigentlichen Stellgröße l** für den Lenkwinkeleinschlag beim Einsatz als Nachschaltautomat NSA;

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Bestimmung der eigentlichen Stellgröße h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft beim Einsatz als Nachschaltautomat NSA;

Fig. 6 eine Vorrichtung zur Bestimmung der eingentlichen Stellgröße l** für den Lenkwinkeleinschlag beim Einsatz als Gesamtautomat GA;

Fig. 7 eine Vorrichtung zur Bestimmung der eigentlichen Stellgröße h** für die Antriebs- bzw. Bremskraft beim Einsatz als Gesamtautomat GA;

Fig. 8 Vorrichtung NL zur Signalumnormierung;

Fig. 9 Vorrichtung NH zur Signalumnormierung;

Fig. 10 Vorrichtung NI zur Signalumnormierung;

Fig. 11 Vorrichtung A;

Fig. 12 Vorrichtung B;

Fig. 13 Vorrichtung C;

Fig. 14 Vorrichtung D;

Fig. 15 Vorrichtung TRIP;

Fig. 16 Vorrichtung TRIM;

Fig. 17 Vorrichtungen RPX* bzw. RPY<;

Fig. 18 Zeitverlaufsganglinien der eigentlichen Stellgröße l** für den Lenkwinkeleinschlag bei verschiedenen Abständen r zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Antennenpunkt bei gleichartigen Fahrmanövern.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Führung der Längs- und Querbewegungen eines Fahrzeugs längs einer durch einen Sollpositionsverlauf beschriebenen Sollbahn, bei dem insbesondere mittels Sensoren Zustandsgrößen des Fahrzeugs als Istgrößen ermittelt und in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten Stellsignale des Fahrzeugs, wie der Lenkwinkeleinschlag δ und die Antriebs- bzw. Bremskraft H zur Ansteuerung der entsprechenden Stellglieder zur automatischen Führung des Fahrzeugs längs der Sollbahn erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Bewegungsdynamik eines Antennenpunktes auf der Fahrzeuglängsachse vor dem Fahrzeugschwerpunkt bzgl. eines ortsfesten Inertialsystems vorhandenen nichtlinearen Verkopplungen mit den übrigen dynamischen Fahrzeugvariablen nichtlinear entkoppelt werden, was einerseits durch eine weitere Veränderung von bereits für die Positionierung des Fahrzeugschwerpunktes vorhandenen Stellsignalen oder durch eine komplette Neugenerierung der Stellsignale vonstatten gehen kann, wobei in beiden Fällen die sowohl geschwindigkeitsabhängige wie auch vom Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Antennenpunkt abhängige und somit modifizierte und überdies mit Reglerparametern gewichtete Reglerdifferenzen erzeugt werden müssen, welche dann auch für ein eventuell bereits vorliegendes Verfahren zur Bereitstellung der Stellsignale zur Positionierung des Fahrzeugschwerpunktes eine Rolle spielen, so daß dieses Verfahren dahingehend abgeändert werden muß, und wobei die Vorab-Stellsignale, die durch eine geeignete Verknüpfung aus in Abhängigkeit von den modifizierten gewichteten Regeldifferenzen gebildeten Signalen mit Kompensationssignalen, durch die schädliche Verkopplungen in den Bewegungsgrößen kompensiert werden, entstehen, durch weitere Verknüpfungen mit Signalen, welche vom Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Antennenpunkt abhängen, zu den Stellsignalen für den Lenkwinkeleinschlag δ und die Antriebs- bzw. Bremskraft H weiterverarbeitet werden, so daß das automatische Fahrzeug sich so verhält, daß der Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse vor dem Fahrzeugschwerpunkt mit einem vorwählbaren dynamischen Verhalten der Sollposition folgt, und daß die bei Kurvenfahrt schwindungsartigen Drehbewegungen des Fahrzeugs um die Schwerhochachse umso stärker gedämpft werden, je größer der Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt und Antennenpunkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale l** und h** der Regeleinrichtung zur Positionsregelung des imaginären Punktes auf der Fahrzeuglängsachse, welcher den Abstand r zum Fahrzeugschwerpunkt besitzt, durch eine zustandsabhängige Umformung der Signale l_n1 bzw. h_n1 gebildet werden, wobei sich die zu umformenden Signale l_n1 bzw. h_n1 additiv einerseits aus rein zustandsabhängigen, die dabei insbesondere vom Schwimmwinkel β, vom Gierwinkel ψ und von der Fahrzeuggeschwindigkeit n gebildet werden und andererseits aus Signalen, welche sowohl von den Sollwerten und Zustandsgrößen wie auch vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Referenzpunkt abhängen, zusammensetzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale l* und h* der Regeleinrichtung zur Positionsregelung des Fahrzeugschwerpunktes abhängig von anderen Zustandsgrößen insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit v umnormiert werden und die dadurch entstehenden Signale mit weiteren Signalen, welche von den Zustandsgrößen und insbesondere vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Referenzpunkt abhängen, additiv verknüpft werden, und daß die durch diese additive Verknüpfung entstehenden Signale anschließend ein zweites Mal, diesmal abhängig von den Zustandsgrößen, insbesondere vom Schwimmwinkel β, vom Gierwinkel ψ und von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und außerdem vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Referenzpunkt umnormiert werden, wobei die Regelvorrichtung zur Positionsregelung dahingehend abgeändert wurde, daß die modifizierte gewichtete Reglerdifferenz aus den Bewegungen des imaginären Referenzpunktes gewonnen wird, so daß hierdurch die Stellsignale l** für den erforderlichen Lenkwinkeleinschlag und h** für die erforderliche Antriebs- bzw. Bremskraft entstehen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale l** und h** vor Betätigung der zugehörigen Stellglieder einer gemäß den technischen Gegebenheiten des Fahrzeugs abhängigen Signalumformung und -anpassung unterzogen werden, so daß die eigentlichen, den Stellgliedern zuzuführenden Stellsignale δ und H entstehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale δ und H für den Lenkwinkeleinschlag und für die Antriebs- bzw. Bremskraft letztlich automatisch in Abhängigkeit von den Sollgrößen und den Zustandsgrößen sowie in Abhängigkeit vom Abstand r zwischen Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Referenzpunkt so beeinflußt und geführt werden, daß der durch den Abstand r vom Schwerpunkt festgelegte imaginäre Referenzpunkt auf der Fahrzeuglängsachse zumindest mit einem dynamischen Verhalten zweiter Ordnung der Sollposition folgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch entweder zumindest eine Regelanordnung (53, 71, 113, 131) in Verbindung mit zumindest einer Kompensationsanordnung und Verknüpfungsschaltung zur Erzeugung der Stellsignale für den Lenkwinkeleinschlag δ und die Antriebs- bzw. Bremskraft H, die, ausgehend von den Sollgrößen für die Lagekoordinaten (w_X, w_Y) des Antennenpunktes auf der Fahrzeuglängsachse und weiteren dynamischen Größen nach Art eines Gesamtautomaten erzeugbar sind, und daß in der zumindest einen Regelanordnung unter Berücksichtigung der Ist- und Sollgrößen des Fahrzeugs sowie des Abstandes zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt auf der Fahrzeuglängsachse ein zumindest mittelbar davon hergeleitetes, modifiziertes Regeldifferenzsignal und in der zumindest einen Kompensationsanordnung ein dynamisches Kompensationssignal zur nichtlinearen Kompensation der vorkommenden nichtlinearen untereinander entstehenden Verkopplungen zwischen dem Bewegungsverhalten des Antennenpunktes auf der Fahrzeuglängsachse vor dem Fahrzeugschwerpunkt bzgl. ortsfester Positionskoordinaten und der Dynamik der übrigen dynamischen Bewegungsgrößen des Fahrzeugs, wobei Regeldifferenz-Signale und dynamische Kompensationssignale zu Stellsignalen für den Lenkwinkeleinschlag δ bzw. zum Stellsignal für die Antriebs- bzw. Bremskraft H verknüpfbar sind, so daß hieraus eine Vorrichtung (19) in der Form eines Gesamtautomaten zur automatischen Positionierung des Antennenpunktes entsteht, oder durch zumindest eine Anordnung (31, 39) zur Umnormierung von Vorabstellsignalen, welche von einer bereits vorhandenen Anordnung zur Positionsregelung des Schwerpunktes generiert werden, wobei in dieser bereits vorhandenen Anordnung die Elemente zur Ermittlung der gewichteten modifizierten Regeldifferenzen so abzuändern sind, daß der Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Punkt auf der Fahrzeuglängsachse in einer geeigneten Weise bei der Generierung dieser Regeldifferenzen miteinbezogen wird, und zumindest eine Kompensationsanordnung (33, 41, 43, 45, 49) und zumindest eine Verknüpfungsschaltung (Addierer 35 und 47) und außerdem zumindest eine Anordnung zu einer weiteren Signalumnormierung (37, 51) zur Erzeugung der Stellsignale für den Lenkwinkeleinschlag δ und die Antriebs- bzw. Bremskraft H, die, ausgehend von den Vorabstellsignalen und weiteren dynamischen Größen nach Art eines Nachschaltautomaten erzeugbar sind, und daß in den Anordnungen zur Signalumnormierung unter Berücksichtigung der übrigen dynamischen Fahrzeugvariablen ein zumindest mittelbar davon hergeleitetes umnormiertes Vorabstellsignal (Ausgang Blöcke 31 und 39) bzw. eigentliches Stellsignal (Ausgang Blöcke 37 und 51) und in der zumindest einen Kompensationsanordnung ein dynamisches Kompensationssignal zur Kompensation von Verkopplungen erzeugbar sind, wobei in der Verknüpfungsschaltung das am Eingang der Verknüpfungsschaltung (Addierer 35 und 47) anstehende umnormierte Vorabstellsignal und das dynamische Kompensationssignal zu einem weiteren Signal verarbeitet wird, das nach einer abermaligen Umnormierung (37, 51) zum Stellsignal für den Lenkwinkeleinschlag δ bzw. zum Stellsignal für die Antriebs- bzw. Bremskraft H verknüpfbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale l** und h** der Regeleinrichtung GA (Block 19) zur Positionsregelung des Antennenpunktes auf der Fahrzeuglängsachse, welcher den Abstand r zum Fahrzeugschwerpunkt besitzt, durch eine zustandsabhängige Umformung der Signale l_n1 bzw. h_n1 durch die Vorrichtung NI (95 bzw. 143) gebildet werden, wobei sich die zu umformenden Signale l_n1 bzw. h_n1 additiv oder durch Subtraktion (Addierer bzw. Subtrahierer 83, 89, 93, 105, 119, 123, 137, 141) einerseits aus rein zustandsabhängigen Signalen, die dabei insbesondere vom Schwimmwinkel β, vom Gierwinkel ψ und von der Fahrzeuggeschwindigkeit v gebildet werden und andererseits aus Signalen, welche sowohl von den Sollwerten und Zustandsgrößen wie auch vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt abhängen, zusammensetzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale l* und h* der Regeleinrichtung MV (1) zur Positionsregelung des Fahrzeugschwerpunktes innerhalb eines nachgeschalteten Nachschaltautomaten NSA (3) abhängig von anderen Zustandsgrößen insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit v durch die Vorrichtung NL (31) bzw. NH (39) umnormiert werden und die dadurch entstehenden Signale mit weiteren Signalen, welche von den Zustandsgrößen und insbesondere vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem imaginären Referenzpunkt abhängen, additiv verknüpft werden (Addierer 35, 45, 47) und daß die durch diese additive Verknüpfung entstehenden Signale anschließend ein zweites Mal, diesmal abhängig von den Zustandsgrößen, insbesondere vom Schwimmwinkel β, vom Gierwinkel ψ und von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und außerdem vom Abstand r zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und dem Antennenpunkt durch die Vorrichtung NI (37 bzw. 51) umnormiert werden, wobei die Regelvorrichtung MV (1) zur Positionsregelung dahingehend abgeändert wurde, daß die modifizierte gewichtete Regeldifferenz mit Hilfe der Regelvorrichtungen RPX* bzw. RPY* (Fig. 17) aus den Bewegungen des imaginären Referenzpunktes gewonnen wird, so daß hierdurch die Stellsignale l** für den erforderlichen Lenkwinkeleinschlag und h** für die erforderliche Antriebs- bzw. Bremskraft entstehen.

9. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale l** und h** vor Betätigung der zugehörigen Stellglieder (9, 13, 25, 27) durch die Verstärker (5, 7, 21, 23) einer gemäß den technischen Gegebenheiten des Fahrzeugs abhängigen Signalumformung und -anpassung unterzogen werden, so daß die eigentlichen, den Stellgliedern zuzuführenden Stellsignale δ und H entstehen.

10. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale δ und h für den Lenkwinkeleinschlag und für die Antriebs- bzw. Bremskraft durch die Regelvorrichtung MV (1) in Verbindung mit dem Nachschaltautomaten NSA (3) und den Verstärkern (5 und 7) bzw. durch den Gesamtautomaten GA (19) in Verbindung mit den Verstärkern (21 und 23) letztlich automatisch in Abhängigkeit von den Signalen für die Sollgrößen und den Zustandsgrößen sowie in Abhängigkeit vom Signal r für den Abstand zwischen Fahrzeugschwerpunkt (4) und dem Antennenpunkt (6) so beeinflußt und geführt werden, daß der Antennenpunkt zumindest mit einem dynamischen Verhalten zweiter Ordnung der Sollposition folgt.