EP4580924A1 - Verfahren zur spurführung eines fahrzeugs, steuergerät, fahrzeug und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zur spurführung eines fahrzeugs, steuergerät, fahrzeug und computerprogramm

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EP4580924A1
EP4580924A1 EP23758512.0A EP23758512A EP4580924A1 EP 4580924 A1 EP4580924 A1 EP 4580924A1 EP 23758512 A EP23758512 A EP 23758512A EP 4580924 A1 EP4580924 A1 EP 4580924A1
Authority
EP
European Patent Office
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vehicle
calibration
value
integration
lateral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23758512.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Feick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Autonomous Mobility Germany GmbH filed Critical Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Publication of EP4580924A1 publication Critical patent/EP4580924A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60W30/10—Path keeping
    • B60W30/12—Lane keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2552/30—Road curve radius

Definitions

  • the invention relates to a method for tracking a vehicle, wherein a manipulated variable is determined by a lateral control as a function of a lateral offset error describing a lateral offset of the vehicle from a predetermined target trajectory, a transverse position of the vehicle being adjusted to the target trajectory depending on the manipulated variable.
  • the invention further relates to a control device, a vehicle and a computer program.
  • Vehicles can be equipped with systems or functions for automatic lane guidance. These make it possible to automatically adjust the lateral position of the vehicle while driving according to a predetermined trajectory.
  • the lateral position of the vehicle i.e. the lateral position of the vehicle in a lane, can be changed, for example, by automated steering movements or adjusted to a target position.
  • Such lane keeping functions usually use environmental data, which is collected using sensors for detecting the vehicle's surroundings, such as cameras, radar, or lidar systems, and/or using a
  • Navigation system for example a GPS, were obtained to guide vehicles along a planned trajectory.
  • the trajectory is designed for a high level of driving comfort and therefore does not contain any strong or rapid changes in the vehicle's transverse position.
  • the guidance of the vehicle along such a trajectory is usually carried out as a control in which at least the lateral deviation of the vehicle from the planned trajectory is continuously determined, with control commands of suitable size and direction being sent to an electric steering assistance system depending on the deviation, for example vehicle.
  • Criteria for assessing the control quality of such systems include, for example, the amplitude and dynamics of the lateral control deviation and the frequency of jerky movements on a steering wheel of the vehicle.
  • the lateral control error is zero for all driving situations, so that the steering interventions due to the lane guidance or the resulting steering wheel movements are solely determined by the course of the planned trajectory.
  • the performance of such tracking depends on the quality and quality of the sensors and actuators used in the vehicle. To a certain extent, the performance of an overall system can generally be increased by using several sensors or several actuators and/or by using suitable software measures. This applies in particular to driver assistance systems, such as those that provide lane keeping support functions.
  • sensor errors of the sensors i.e. any deviation of a sensor signal from its physical counterpart, influence the character of the control and thus also the control quality of the vehicle's tracking, in particular due to the error propagation that occurs.
  • sensor errors of the sensors i.e. any deviation of a sensor signal from its physical counterpart, influence the character of the control and thus also the control quality of the vehicle's tracking, in particular due to the error propagation that occurs.
  • sensor information sometimes different and sometimes overlapping effect chains come into play.
  • An imaging error in the camera detecting the lane markings can, for example, lead to the determined curvature of the road deviating from the real curvature, which represents a so-called ground truth error.
  • the lane guidance generally includes at least one controller and/or at least one pilot control, which adjusts the lateral vehicle position depending on the determined road curvature.
  • Curvature information describing the road curvature often determined in a look-ahead point of the vehicle, can be used to calculate the steering angle required for the respective curvature using an inverted vehicle model and to use this as a target steering angle, for example as part of a pilot control. Switch component to a steering angle controller.
  • the pilot-controlled target steering angle also contains an offset component, which acts like a disturbance to the lateral control.
  • This has the effect that when lane keeping assistance is activated, the vehicle does not follow the trajectory as expected, but rather has a permanent lateral offset from the planned trajectory or at least depending on the design of the lateral control or a trajectory following controller - ie use of controller types with or without stationary accuracy a transient swerve occurs before the vehicle then follows the planned trajectory after a compensation process has subsided.
  • the permanent or transient lateral offset can impair driving comfort, which can have a detrimental effect on the driver's acceptance of the driving assistance system.
  • the degree of imaging errors in the camera usually varies over the operating period of the driver assistance system, since calibration routines of the camera are typically carried out continuously. This means that, depending on the status of the camera calibration, the height of an offset of the curvature pre-control and thus also the degree of impairment of the vehicle lateral guidance vary over time, although the transmission properties of the camera and thus also the offset of the curvature do not change suddenly, but rather band-limited or gradually change.
  • the sensor signals for the yaw rate, the front and rear axle steering angles as well as for lateral acceleration can in particular also be used for other functions within the vehicle, which can also influence a lateral position or the lateral guidance of the vehicle.
  • these sensor signals can also be used to estimate disruptive forces and load moments acting on the vehicle as well as to estimate a slip angle of the vehicle, for example as a result of a road inclination and/or crosswind.
  • the determined variables then also contribute to the vehicle lateral guidance as a target steering angle component in the course of a disturbance variable feed-in, with in particular corresponding offsets of the sensor signals also propagating as errors on the target steering angle and thus the lateral position of the vehicle.
  • the result is an undesirable transient or permanent lateral displacement of the track-guided vehicle.
  • a method for offset compensation of a steering angle in a motor vehicle using a vehicle model is known.
  • a yaw rate is calculated depending on a detected steering angle, a vehicle speed and an assumed steering wheel angle offset. Furthermore, the calculated yaw rate is compared with a measured yaw rate, the difference between which forms an error equation, from which a steering wheel angle offset is then determined, which is fed back into the vehicle model in order to iteratively determine and compensate for the steering wheel angle offset.
  • Such an offset calibration of a yaw rate or a lateral acceleration has a finite accuracy and always lags behind the real offset, which can result in additional, undesirable steering interventions even in the presence of this.
  • the invention is based on the object of improving the accuracy of the tracking of a vehicle and thus the driving comfort and the acceptance of the assistance system by the driver, even under the influence of offset errors.
  • the vehicle transverse position is adjusted using the sum of the manipulated variable and the at least one calibration value.
  • the manipulated variable is adjusted using the sum of the manipulated variable and the at least one calibration value.
  • further components it is possible for further components to be applied to the manipulated variable in addition to the at least one calibration value.
  • the transverse storage error describes the lateral or lateral offset of the vehicle, i.e. an offset in the transverse direction of the vehicle, to the specified target trajectory.
  • the transverse offset error can therefore also be referred to as lateral offset or lateral deviation.
  • the transverse positioning error expresses the current deviation of an actual vehicle position from a desired vehicle target position described by the target trajectory.
  • the determination of the lateral offset of the vehicle relative to the target trajectory can be based on an agreed point along the longitudinal axis of the vehicle.
  • the lateral offset can advantageously be related to the geometric center of the rear axle or the front axle or to any other look-ahead point along the vehicle's longitudinal axis.
  • the transverse storage error can be continuously determined, for example, depending on sensor data from at least one environment sensor of the vehicle.
  • the environment sensor can be, for example, a camera, a lidar sensor, a radar sensor and/or an ultrasonic sensor. Additionally or alternatively, the transverse offset error can also be determined depending on position data from a navigation system.
  • the transverse offset error has a time-dependent value, which is integrated by the calibration function.
  • the lateral controller used for lateral control can be, for example, or include a trajectory sequence controller.
  • the calibration function which can also be referred to as centering calibration or centering function, is present in addition to the trajectory tracking control and thus forms a secondary or higher-level control loop, which also influences the manipulated variable and thus also the lateral position of the vehicle.
  • the dynamics of the calibration function are particularly clear lower than the dynamics of the lateral control, so that the time-integrated lateral offset error only very slowly influences the manipulated variable.
  • an integrator with a comparatively small integration coefficient can be used as a calibration function or as a basic calculation rule for determining the calibration value, which results in an integration of the transverse offset error with low dynamics and thus also an influence of the calibration value with low dynamics.
  • the at least one calibration function can each be designed as an I element or as a PT 1 element.
  • a PT1 element also has an integrating property compared to a pure I element, but as an advantage does not require any of the measures necessary for I elements to limit the integrator state. This advantage must be weighed up against the disadvantage of the non-steady, exact compensation of the offset variables in the respective application by making use of the parametrization degrees of freedom of the PT1 element.
  • the adaptation dynamics of the calibration value is in particular dimensioned such that it is of the order of magnitude of the change dynamics of the offset errors.
  • One measure for this is, for example, the largest expected, temperature-related offset drift of the sensors used for lateral control, converted to the corresponding steering angle level. This has the advantage that no overshooting of the lateral control occurs, which, for example with a higher dynamic of the calibration function, would lead to an intervention of further compensation functions acting on the steering angle, such as compensation for a road side inclination and/or crosswind compensation.
  • offset errors that continuously affect the tracking also partially or completely reduce over time or that these offset errors partially or completely reduce over time be fully compensated.
  • Compensation functions acting on the steering angle are often not continuously active. For example, a lane keeping function usually only becomes effective after activation by the driver. Lead the
  • Compensation functions detect a supposed control error due to the offset errors at the time of their activation, the compensation functions will output manipulated variables in an attempt to reduce the control error. Depending on the dynamics of the compensation functions, this can lead to jerky steering movements.
  • the occurrence of jerky steering movements in order to correct a built-up lateral offset can advantageously be avoided, thereby improving the comfort for an occupant when lane guidance is activated. This also improves the acceptance of the lane guidance or the driver assistance system that effects the lane guidance.
  • the basic idea of the higher-level calibration function can also be interpreted as a fixed value control of low dynamics with a setpoint of zero for the transverse offset error. In terms of its effect, it reduces the sum of all direct and indirect offset influences of the sensors used in the network on the lateral offset of the vehicle during automatic lateral or lane guidance.
  • the time constant of the calibration function is larger, in particular by at least a factor of 2, than the dominant time constant of the lateral control.
  • the time constant of the calibration function can also be greater than the dominant time constant of the lateral control by at least a factor of 5, at least a factor of 10, at least a factor of 100 or at least a factor of 1000.
  • a calibration function implemented, for example, as an I-term can, for example, have an integration coefficient between 0.01 degrees/(m*s) and 0.00005 degrees/(m*s).
  • an integration value of the calibration function is determined by the temporal integration of the transverse offset error, the integration value being deactivated of the tracking and is used as the starting value of the temporal integration of the lateral offset error when the tracking is activated again.
  • the state of the calibration function i.e. the state of an integrator forming the calibration function or a comparable functional unit, is not reset, for example, in the current ignition run of the vehicle, but is maintained even when the driver assistance is repeatedly deactivated and activated or during driver interventions.
  • a reset of the integrator in the event of a detected implausible activity for example in the event of a detected or communicated jump in the output of one or more offset calibrations of the vehicle sensors, or in the event of a request via a diagnostic interface of the vehicle, can also be provided. It is possible for the integration value to be maintained even beyond one ignition run of the vehicle, i.e. over several trips.
  • Fig. 3 is a block diagram of several calibration functions of the exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • the position recognition and trajectory planning unit 14 further provides the curvature precontrol 9 with at least one measured and/or predicted curvature information kappa, which describes the curvature of the target trajectory 5 in a section of the target trajectory 5 lying in front of the vehicle 1 in the direction of travel.
  • the position detection and trajectory planning unit 14 determines the target trajectory 5 and correspondingly also the curvature information kappa depending on surroundings data which are provided by an surroundings detection unit 15 of the vehicle 1.
  • the surroundings detection unit 15 generates the surroundings data depending on surroundings measurement data, which are generated in particular by at least one surroundings sensor (not shown) which detects at least a partial area of the surroundings of the vehicle 1.
  • the target steering angle component delta_vorst of the curvature precontrol 9 is calculated, for example, as
  • the pilot-controlled target steering angle also contains an offset component delta_vorst_kappaoff, which is due to
  • delta_vorst_kappaoff kappa_offs * (I + EG * v A 2) is given.
  • delta_vorst which is faulty with delta_vorst_kappaoff, is that it acts like a disturbance on the lateral control 7 and the vehicle 1 does not follow the target trajectory 5 as expected when a lane keeping assistance is activated, but depending on the version of the trajectory sequence controller 8 - ie use of controller types or without stationary accuracy - has a permanent lateral offset 4 to the planned target trajectory 5 or at least causes a transient departure before the vehicle 1 then follows the planned target trajectory 5 after a compensation process has subsided.
  • the steering angle can be used as an auxiliary or controlled variable within a lane guidance driver assistance system.
  • This steering angle can be influenced or corrected by the steering angle calibration routine 11.
  • a steering angle offset delta_offset determined in this way usually has an uncompensated portion due to the finite accuracy of the steering angle calibration routine 11.
  • a remaining offset error delta_offset_error in the steering angle signal can have several causes.
  • a steering angle calibration routine 11 is usually based on the signal from a yaw rate sensor of the vehicle 1 and/or a wheel speed sensor system of the vehicle 1. Errors in these sensors, such as offset and linearity errors, can therefore propagate towards the determined steering angle offset.
  • the effects of steering angle offsets are comparable to the case of a curvature offset described above; here too, when the lane guidance driver assistance system is activated, the vehicle 1 does not follow the target trajectory 5 as expected, but instead has a permanent or transient lateral one, depending on the version of the trajectory follower controller 8 Offset 4 to the planned target trajectory 5, which can have adverse effects on the comfort and acceptance of the driver assistance system.
  • the trajectory sequence controller 8 will output the uncompensated steering angle offset delta_offset_error in the stationary equilibrium state when driving straight ahead, that is, with a physical steering angle of zero degrees, and neglecting lateral disturbing forces on the vehicle 1.
  • delta_y delta_offset_error / Kp(v) in the time domain.
  • Kp cannot be chosen to be as large as desired during the design, which means that if the steering angle offset delta_offset_error is unequal to zero, a lateral offset 4 of the vehicle 1 to the target trajectory 5 is always formed.
  • An uncompensated offset of a rear axle steering angle during rear axle steering of the vehicle 1 has a comparable effect on the lateral offset 4 of the vehicle 1 as an uncompensated offset of the front axle steering angle.
  • the sensor signals for the yaw rate, the front and rear axle steering angle and also the lateral acceleration are used in particular to estimate disruptive forces and load moments that act on the vehicle 1, for example as a result of a road inclination and/or crosswind acting on the vehicle 1.
  • the determined forces and moments then contribute proportionately to the steering angle setpoint delta_soll in the course of the delta_comp disturbance variable input.
  • these sensors can also be used to estimate a slip angle of the
  • Vehicle 1 can be used, which can also be used as an auxiliary variable in the load estimates.
  • the steering angle or the transverse acceleration ajateral often have an impact on the estimated variables and thus also on the disturbance variable input that is proportional to the respective offset. Consequently, offset errors in the yaw rate g, the steering angle and also the lateral acceleration propagate ajaterally to the interference-compensating portion of the steering angle setpoint delta_soll.
  • the result here is also an undesirable transient or permanent lateral offset of the track-guided vehicle 1 from the planned target trajectory 5.
  • Disturbance compensators 10 for the yaw rate g and the lateral acceleration a ateral also generally have a finite accuracy, analogous to the steering angle compensation 11, and can therefore correspond to the real one Offset lag, which means that the previously described adverse effects on the driving comfort of the vehicle 1 can occur even in the presence of this when using the lane guidance driver assistance system.
  • the calibration function 12 is superimposed on the lateral control 7 and generates the at least one calibration value delta_calib applied to the manipulated variable delta_soll.
  • the calibration value delta_kalib is determined by the at least one calibration function 12 at least partially as a function of a temporal integration of the transverse offset error delta_y.
  • the calibration function 12 determines a calibration value delta_kalib for the target steering angle delta_soll, which is always aimed at reducing the transverse offset error delta_y, particularly with regard to the effective direction.
  • This calibration value delta_kalib is then finally added to the manipulated variable delta_soll from the manipulated variable components of the trajectory sequence controller 8, the curvature precontrol 9, the one or more interference compensators 10 and the output of the steering angle offset calibration 11 and as a calibrated manipulated variable delta_soll_kalib, for example, to a target steering angle interface of the lateral guidance actuator 3 switched on.
  • the calibration function 12 can, for example, be designed as an integrator or as an I-term with a comparatively small integration coefficient ki, so that the calibration function 12 integrates the transverse offset error with a low dynamic.
  • the determination of the calibration value delta_kalib by the calibration function 12 can therefore be carried out when the calibration function 12 is executed as an integrator with the integrating coefficient ki, for example as
  • Delta_kalib Delta_y * ki / s can be expressed.
  • the time constant of the calibration function 12 is in particular greater by at least a factor of 2, at least a factor of 5, at least a factor of 10, at least a factor of 100 or at least a factor of 1000 than the dominant time constant of the lateral control 7 or . of the trajectory sequence controller 8.
  • the integration coefficient ki is, for example, in the order of 0.001 degrees/(m*s), so that the gradient of the calibration value 12 is only 0.0002 degrees/with a transverse offset error delta_y of 0.2 m, assumed as an example for illustration. s is.
  • the calibration function 12 determines an integration value of the calibration function 12 through the temporal integration of the transverse offset error delta_y.
  • This integration value represents the result of the temporal integration of the transverse offset error delta_y at a specific point in time.
  • the integration value is retained when the tracking guidance is deactivated and when the tracking guidance is reactivated used as the starting value of the renewed temporal integration of the lateral offset error delta_y.
  • the state of the calibration function 12, for example designed as an integrator is not reset in the current ignition run, but is maintained even when the driver assistance is repeatedly deactivated and activated, when the journey is ended and/or when driver interventions overwrite the automatic lane guidance.
  • the use of a constant integration coefficient ki in the calibration function 12 can represent a compromise for the entire speed range that can be reached by the vehicle 1, since the influence of offset variables on the transverse offset error delta_y can depend on the driving speed. This can be due, for example, to the commonly used controller parameter control of the trajectory sequence controller 8 depending on the driving speed. This also changes the interference compensation property of the trajectory sequence controller 8 and consequently also the effect of sensor offset variables on the transverse offset error delta_y.
  • the temporal integration of the transverse offset error delta_y takes place with a weighting factor, in particular the integration coefficient ki, which depends on a speed of the vehicle.
  • the integration coefficient ki can therefore be expressed as ki(v) from the current Speed of vehicle 1 can be made dependent. This advantageously results in an individually adaptable calibration dynamic of the calibration function 12 that is ideal for every driving speed range.
  • a low-pass filter function can also be used, for example a PT-1 filter. This can also avoid windup effects. The offset situation can Although this cannot be completely eliminated, the hundredweight accuracy achieved can still be sufficient.
  • delta_vorst_EG_err Contributions from delta_vorst_EG_err have the effect of a disturbance on the lateral control of vehicle 1 and proportionally cause a lateral positioning error delta_y, which leads to an incorrect deflection of delta_kalib.
  • the delta_kalib signal does not only react to sensor offset sizes.
  • EG_err is limited, the effect of EG_err on the vehicle level is only small due to the large integration time constant of the centering calibration.
  • the integration time constant is defined as the reciprocal of the integration factor ki.
  • the calibration function 12 can be suspended at high values for the product kappa * v A 2. So it can be provided be that the temporal integration of the lateral offset error delta_y is stopped by the calibration function 12 when the product of the square of the current vehicle speed v and the curvature value kappa of the target trajectory 5 and / or the curvature value of the roadway exceeds a predetermined threshold value.
  • the temporal integration of the transverse offset error delta_y is stopped by the calibration function 12 if the or a measured and / or predicted curvature value kappa of the or a road traveled by the vehicle 1 exceeds a predetermined threshold value and / or if a curvature value of the Target trajectory 5 exceeds a predetermined threshold value.
  • the curvature temporarily has a larger offset error until the camera calibration has compensated for this error, this can temporarily reduce the calibration activity of the calibration function 12 for higher driving speeds.
  • the adaptation range only shifts by the amount of the curvature offset, so that the calibration activity does not come to a complete standstill.
  • the driving speed v is reduced and the product kappa * v A 2 is reduced, the calibration is carried out again more intensively.
  • Disturbances in the calibration can in particular also be caused by the driver intervening, who can directly influence the transverse positioning error delta_y, for example by steering on a steering wheel of the vehicle 1.
  • the calibration function 12 i.e. the integration of the transverse offset error delta_y
  • the temporal integration of the transverse offset error delta_y can be stopped and/or for the control variable delta_soll to be subjected to the calibration value delta_calibre to be suspended if, due to a steering intervention by a driver of the vehicle 1, a steering torque M is above a predetermined threshold value and/or a current one Lateral offset error delta_y increasing steering torque M is generated.
  • the calibration function 12 can be achieved by only stopping the calibration function 12 when the driver steers in the direction of an increase in the transverse offset error delta_y. This can be done by comparing the sign of the driver's steering torque M and the lateral positioning error delta_y. If, for example, the counting arrow of the driver's steering torque M is defined in such a way that steering to the left in the direction of travel requires a positive torque and a positive lateral positioning error means the positioning of the vehicle in the direction of travel to the right of the planned target trajectory 5, then the stop condition of the calibration function must be the sign of Driver steering torque M and lateral positioning error may be different.
  • the integration coefficient ki is initially made as a basic design for the execution of the lane assistance for steering interventions by the driver below a defined intensity, evaluated for example based on the level of the measured driver steering torque M. Additionally or alternatively, it can be provided that when a driver of the vehicle 1 makes a steering intervention, which generates a steering torque M that reduces the current transverse offset error delta_y, the temporal integration of the transverse offset error delta_y is carried out at least for a predetermined period of time with an increased weighting, in particular with an increased integration coefficient , he follows. This means that the integration coefficient can be specifically increased compared to the basic design if a driver intervention is detected and the driver simultaneously steers in the direction of reducing the transverse offset error delta_y.
  • the driver's steering can be viewed as a confirmation of the calibration process of the calibration function 12, which an increase in the calibration dynamics by increasing the integration coefficient ki justifies.
  • the effect of offset variables on the transverse offset error delta_y is partly dependent on the driving speed v. This applies, for example, to the offset errors that are contained in the output of the interference compensators delta_komp, or the offset error that is part of the curvature precontrol delta_vorst.
  • delta_calib must always change in order to keep the lateral positioning error low, although the offset variables in yaw rate g, lateral acceleration a ateral and pilot control curvature kappa that cause the lateral positioning error are assumed to be constant in the analysis. Due to the high integration time constant of the calibration function 12 and thus the low dynamics of the calibration function 12, the adaptation to the changed driving speed v takes a relatively long time, during which the accuracy of the tracking is reduced.
  • FIG. 3 shows the use of several integrating functions 12_1 to 12_N. Furthermore, an interpolation unit 16, an initialization unit 17, an integration coefficient determination unit 18 and a sequence control unit 19 are shown as part of the control device 2.
  • the integrating functions 12_1 to 12_N are each assigned a different speed interval, with the integrating functions 12_1 to 12_N each temporally integrating the transverse offset error delta_y at a speed of the vehicle 1 that lies within the speed interval assigned to them.
  • the entire vehicle speed range is therefore divided into N > 1 sub-intervals, each of which only covers a limited speed range and each of which has one Calibration function 12 or a dedicated integrator is assigned.
  • only a single calibration function 12 is active at a time, while the remaining calibration functions 12 are stopped or an input signal from zero is switched to their inputs.
  • the weighting of the transverse offset error delta_y can be done with a constant integration coefficient ki or via a factor ki(v) that depends on the driving speed.
  • the integration coefficient ki or ki(v) can be determined for the individual calibration functions 12_1 to 12_N by the integration coefficient determination unit 18.
  • the integration coefficient determination device 18 can receive as input variables, for example, the vehicle speed v, the steering torque M of a driver of the vehicle 1, the current lateral offset error delta_y and the measured or predicted curvature kappa.
  • the centers of the N vehicle speed intervals represent, so to speak, the support points for the output values delta_kalib_v(k).
  • delta_kalib_v(k) In order to obtain a resulting delta_kalib from the individual contributions delta_kalib_v(k), one can additionally or alternatively use the interpolation unit 16 from the calibration values delta_kalib_v(1)
  • the total calibration value delta_kalib_ges determined up to delta_kalib_v(N) is applied to the manipulated variable delta_soll.
  • the total calibration value delta_kalib_ges is determined from two or more of the calibration values delta_kalib_v(1) to delta_kalib_v(N) generated by the integrating functions 12, in particular in such a way that the total calibration value delta_kalib_ges is continuous over time even when changing between two or more of the speed intervals.
  • the interpolation unit 16 can This can be implemented, for example, via linear interpolation, with the interpolation unit receiving the vehicle speed v as an input variable.
  • delta_kalib_ges is linearly combined from delta_kalib_v(k) and delta_kalib_v(k+1). It applies
  • delta_kalib_v(k) An interpolation between the individual integrator states delta_kalib_v(k) is also advantageous because no jump in delta_kalib_ges occurs when changing from one speed range to another.
  • the driver assistance function is primarily operated in a narrow speed range, the case may arise that only one of the calibration functions 12 is charged according to the transverse offset error delta_y, so that only this calibration function 12 correctly reflects the current offset situation. Due to the typical drift of the offset variables for curvature kappa, yaw rate and lateral acceleration a ateral, the states of the remaining integrators increasingly lose their relevance. When entering a neighboring speed range, a larger lateral offset error delta_y could temporarily occur and at the same time reduced driving comfort until the adaptation to the current offset situation is complete. As a remedy, a forgetting factor can advantageously be implemented.
  • an integration value of the calibration function 12_1 to 12_N assigned to the calibration function 12_1 to 12_N is determined by the calibration functions 12_1 to 12_N through the temporal integration of the transverse offset error, the integration values of the one or more integration functions in which the current speed is outside of the respective speed interval is, continuously, in particular at a constant or a vehicle speed-dependent rate, adapted to the integration value of that calibration function 12_1 to 12_N in whose speed interval the current speed of the vehicle 1 lies.
  • all integrator states or integration values of the inactive calibration functions 12_1 to 12_N strive for the state or integration value of the currently active calibration function 12_1 to 12_N with a uniform or predetermined gradient that is individually defined for the respective speed range.
  • This gradient can, for example, depend on the dynamics of change in the offset sizes. In the application, it can advantageously be dimensioned so that it corresponds to 25% of the resulting gradient for delta_kalib_v(k) for a transverse offset error of 0.2 m. If the equalizing gradient is chosen too high, the advantage of using a bank of calibration functions 12_1 to 12_N compared to using a single calibration function 12 disappears.
  • the calibration functions of the currently irrelevant speed ranges can be continued with integration coefficients reduced to, for example, 10% to 20%.
  • the integrator states are prevented from exceeding the integrator state of the currently active speed range through appropriate limitations.
  • the states or the integrating values of the one or more calibration functions 12_1 to 12_N can be saved by the initialization unit 17.
  • the initialization unit 17 can also initialize the
  • the calibration dynamics of the calibration function 12 i.e. the time required until the lateral offset 4 of the vehicle 1 has been adapted to the current offset situation, can be greater than in a driver assistance system without an integral component in the trajectory sequence controller 8.
  • This Circumstances can be at least partially countered by increasing the integrating coefficient or coefficients when using the one or more calibration functions 12 with a trajectory sequence controller s without an integral component.
  • one or more of the interference compensations 10 for crosswind and/or road inclination can be dispensed with. The result of this is that a significant source of offset errors is eliminated and therefore fewer offset effects have to be taken into account by the calibration function 12, which advantageously results in a lower requirement for the calibration dynamics of the at least one calibration function 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurführung eines Fahrzeugs (1), wobei durch eine Querregelung (7) in Abhängigkeit eines einen lateralen Versatz (4) des Fahrzeugs (1) zu einer vorgegebenen Solltrajektorie (5) beschreibenden Querablagefehlers eine Stellgröße ermittelt wird, wobei eine Querposition des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit der Stellgröße auf die Solltrajektorie (5) eingeregelt wird, wobei die Stellgröße zusätzlich mit wenigstens einem Kalibrierwert beaufschlagt wird, wobei der Kalibrierwert durch wenigstens eine Kalibrierfunktion (12) zumindest teilweise in Abhängigkeit einer zeitlichen Integration des Querablagefehlers ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Spurführung eines Fahrzeugs, Steuergerät, Fahrzeug und Com puterprogram m
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurführung eines Fahrzeugs, wobei durch eine Querregelung in Abhängigkeit eines einen lateralen Versatz des Fahrzeugs zu einer vorgegebenen Solltrajektorie beschreibenden Querablagefehlers eine Stellgröße ermittelt wird, wobei eine Querposition des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Stellgröße auf die Solltrajektorie eingeregelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Fahrzeug und ein Computerprogramm.
Fahrzeuge können mit Systemen bzw. Funktionen zur automatischen Spurführung ausgerüstet sein. Diese ermöglichen es, die laterale Position des Fahrzeugs während der Fahrt automatisch gemäß einer vorgegebenen Trajektorie einzustellen. Die laterale Position des Fahrzeugs, also die seitliche Position des Fahrzeugs in einer Fahrspur, kann dabei zum Beispiel durch automatisierte Lenkbewegungen verändert bzw. auf eine Zielposition eingeregelt werden.
Derartige Spurhaltefunktionen nutzen dabei in der Regel Umfelddaten, welche mithilfe von Sensoren zur Umfelderfassung des Fahrzeugs, beispielsweise Kameras, Radar, oder Lidar-Systemen, und/oder mithilfe eines
Navigationssystems, zum Beispiel eines GPS, gewonnen wurden, um Fahrzeuge entlang einer geplanten Trajektorie zu führen. Die Trajektorie ist dabei zum Beispiel auf einen hohen Fahrkomfort hin ausgelegt, enthält also möglichst keine starken bzw. schnellen Änderungen der Fahrzeugquerposition. Die Führung des Fahrzeugs entlang einer solchen Trajektorie wird in der Regel als eine Regelung ausgeführt, bei der mindestens die laterale Abweichung des Fahrzeugs von der geplanten Trajektorie fortlaufend ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der Abweichung Stellbefehle geeigneter Größe und Richtung zum Beispiel an eine elektrische Lenkunterstützung des Fahrzeugs ausgegeben werden. Kriterien für die Beurteilung der Regelgüte derartiger Systeme sind beispielsweise die Amplitude und die Dynamik der lateralen Regelabweichung und die Häufigkeit von ruckbehafteten Bewegungen an einem Lenkrad des Fahrzeugs. Im Idealfall beträgt der laterale Regelfehler für alle Fahrsituationen null, sodass die Lenkeingriffe durch die Spurführung bzw. die dadurch entstehenden Lenkradbewegungen ausschließlich durch den Verlauf der geplanten Trajektorie bedingt sind.
Die Leistungsfähigkeit einer derartigen Spurführung hängt dabei von der Qualität und der Güte der verwendeten Sensoren und Aktoren des Fahrzeugs ab. In einem gewissem Umfang kann grundsätzlich durch den Einsatz von mehreren Sensoren bzw. mehreren Aktoren und/oder durch den Einsatz von geeigneten Softwaremaßnahmen die Leistungsfähigkeit eines Gesamtsystems gesteigert werden. Dies gilt insbesondere auch für Fahrerassistenzsysteme, wie sie Funktionen zur Spurhalteunterstützung darstellen.
Dennoch beeinflussen Sensorfehler der Sensoren, das heißt jede Abweichung eines Sensorsignals von seiner physikalischen Entsprechung, den Charakter der Regelung und damit auch die Regelgüte einer Spurführung des Fahrzeugs, insbesondere aufgrund der auftretenden Fehlerfortpflanzung. Hierfür kommen je nach Sensorinformation teils unterschiedliche, teils sich überschneidende Wirkungsketten zum Tragen.
Ein Abbildungsfehler der die Spurmarkierungen erfassenden Kamera kann beispielsweise dazu führen, dass die ermittelte Krümmung der Fahrbahn von der realen Krümmung abweicht, was einen sogenannten Grundwahrheitsfehler (engl.: ground truth error) darstellt. Die Spurführung umfasst in der Regel wenigstens einen Regler und/oder wenigstens eine Vorsteuerung, welche die laterale Fahrzeugposition in Abhängigkeit der ermittelten Fahrbahnkrümmung anpasst. Eine die Fahrbahnkrümmung beschreibende Krümmungsinformation, oftmals in einem Vorausschaupunkt des Fahrzeugs ermittelt, kann dabei dazu verwendet werden, um über ein invertiertes Fahrzeugmodell den für die jeweilige Krümmung erforderlichen Lenkwinkel zu berechnen und diesen, zum Beispiel im Rahmen einer Vorsteuerung, als eine Soll-Lenkwinkel-Komponente auf einen Lenkwinkelregler zu schalten. Besitzt die Krümmungsinformation im Vergleich zur tatsächlichen Krümmung nun fehlerbedingt einen Offset, so enthält der vorgesteuerte Soll-Lenkwinkel ebenfalls einen Offsetanteil, welcher quasi wie eine Störung auf die Querregelung wirkt. Dies hat den Effekt, dass das Fahrzeug bei Aktivierung einer Spurhalteassistenz nicht wie erwartet der Trajektorie folgt, sondern je nach Ausführung der Querregelung bzw. eines Trajektorienfolgereglers - d.h. Verwendung von Reglertypen mit oder ohne stationäre Genauigkeit - einen permanenten lateralen Versatz zur geplanten Trajektorie aufweist oder zumindest ein transientes Ausscheren bedingt, bevor das Fahrzeug dann nach Abklingen eines Ausgleichsvorgangs der geplanten Trajektorie folgt. Der permanente oder transiente laterale Versatz kann dabei den Fahrkomfort beeinträchtigen, was sich nachteilig auf die Akzeptanz des Fahrassistenzsystems durch den Fahrer auswirken kann.
Der Grad der Abbildungsfehler der Kamera variiert in der Regel über die Betriebsdauer des Fahrerassistenzsystems, da typischerweise fortlaufend Kalibrierroutinen der Kamera ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass je nach Status der Kamerakalibrierung die Höhe eines Offsets der Krümmungs-Vorsteuerung und somit auch der Grad der Beeinträchtigung der Fahrzeugquerführung zeitvariant sind, wenngleich sich die Übertragungseigenschaften der Kamera und damit auch der Offset der Krümmung nicht sprunghaft, sondern bandbegrenzt bzw. schleichend ändern.
Der Lenkwinkel stellt meist eine signifikante Hilfs- bzw. Regelgröße innerhalb eines spurgeführten Assistenzsystems dar, sodass oftmals auch Routinen zur Kalibrierung eines Lenkwinkeloffsets eingesetzt werden. Der dabei ermittelte Lenkwinkeloffset besitzt aufgrund der endlichen Genauigkeit der Kalibrierroutinen immer einen nicht kompensierten Anteil. Dieser verbleibende Offsetfehler in einem Lenkwinkelsignal kann mehrere Ursachen haben. Typische Kalibrierroutinen stützen sich zum Beispiel auf das Signal eines Gierratensensors oder einer Raddrehzahlsensorik. Fehler in diesen Sensoren, wie beispielsweise ein Offset und/oder ein Linearitätsfehler, oder im Falle von Raddrehzahlsensoren Drehzahldifferenzen aufgrund unterschiedlicher Drücke auf den Reifen an einer Achse, pflanzen sich dann zum ermittelten Lenkwinkeloffset fort. Die Auswirkungen von Lenkwinkeloffsets sind dabei vergleichbar mit dem vorangehend beschriebenen Fall eines Krümmungs-Offsets: Das Fahrzeug folgt auch hier bei Aktivierung einer Spurhalteassistenz nicht wie erwartet der vorgegebenen Trajektorie, sondern weist je nach Ausführung der Querregelung bzw. des Trajektorienfolgereglers einen permanenten oder transienten lateralen Versatz zur geplanten Trajektorie mit den nachteiligen Auswirkungen auf den Komfort und die Akzeptanz des Fahrerassistenzsystems auf.
Dies gilt gleichermaßen für einen nicht kompensierten Offset eines Vorderachslenkwinkels und eines Hinterachslenkwinkels.
Die Sensorsignale für die Gierrate, den Vorder- und den Hinterachslenkwinkel sowie für eine Querbeschleunigung können dabei insbesondere auch für weitere Funktionen innerhalb des Fahrzeugs verwendet werden, welche ebenfalls Einfluss auf eine laterale Position bzw. die Querführung des Fahrzeugs nehmen können. Beispielsweise können diese Sensorsignale auch zur Schätzung von auf das Fahrzeugs wirkenden Störkräften und Lastmomenten sowie zur Schätzung eines Schwimmwinkels des Fahrzeugs verwendet werden, beispielsweise infolge einer Fahrbahnneigung und/oder durch Seitenwind. Die ermittelten Größen tragen in einem solchen Fall dann im Zuge einer Störgrößenaufschaltung ebenfalls als eine Soll-Lenkwinkel-Komponente zur Fahrzeugquerführung bei, wobei sich insbesondere entsprechende Offsets der Sensorsignale ebenfalls als Fehler auf den Soll-Lenkwinkel und somit die laterale Position des Fahrzeugs fortpflanzen. Die Folge ist auch hier ein unerwünschter transienter oder permanenter lateraler Versatz des spurgeführten Fahrzeugs.
Aus DE 10 2008 026 233 B4 ist ein Verfahren zur Offsetkompensation eines Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug mittels eines Fahrzeugmodells bekannt. Dabei wird in Abhängigkeit eines erfassten Lenkwinkels, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem angenommenen Lenkradwinkel-Offset eine Gierrate berechnet. Ferner wird die errechnete Gierrate mit einer gemessenen Gierrate verglichen, wobei deren Differenz eine Fehlergleichung bildet, aus der dann ein Lenkradwinkel-Offset bestimmt wird, der in das Fahrzeugmodell zurückgeführt wird, um iterativ den Lenkradwinkel-Offset zu bestimmen und zu kompensieren. Eine derartige Offsetkalibrierung einer Gierrate bzw. einer Querbeschleunigung besitzt eine endliche Genauigkeit und eilt dem realen Offset stets nach, wodurch sich auch in Anwesenheit dieser zusätzliche, unerwünschte Lenkeingriffe ergeben können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit einer Spurführung eines Fahrzeugs und damit den Fahrkomfort und die Akzeptanz der Assistenzsystems durch den Fahrer auch unter dem Einfluss von Offsetfehlern zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stellgröße zusätzlich mit wenigstens einem Kalibrierwert beaufschlagt wird, wobei der Kalibrierwert durch wenigstens eine Kalibrierfunktion zumindest teilweise in Abhängigkeit einer zeitlichen Integration des Querablagefehlers ermittelt wird.
Das Einregeln der Fahrzeugquerposition erfolgt also mithilfe der Summe aus der Stellgröße und dem wenigstens einen Kalibrierwert. Je nach Ausgestaltung der Querregelung und/oder der Spurführung ist es möglich, dass zusätzlich zu dem wenigstens einen Kalibrierwert noch weitere Komponenten auf die Stellgröße beaufschlagt werden.
Die Stellgröße, welche mit dem Kalibrierwert beaufschlagt wird, beeinflusst die Querposition des Fahrzeugs. Bei der Stellgröße kann es sich zum Beispiel um einen Soll-Lenkwinkel handeln. Dieser kann zum Beispiel an einer Lenkwinkel-Schnittstelle zu einer elektromotorischen Servolenkung (engl. Electric Power Steering, EPS) vorgegeben werden. Alternativ ist auch eine Vorgabe der Stellgröße an einer Lenkmoment bzw. einen Lenkwinkel bewirkenden Momenten-Schnittstelle eines EPS möglich.
Der Kalibrierwert wird durch die Kalibrierfunkton insbesondere abhängig von dem Vorzeichen und der Amplitude des integrierten Querablagefehlers derart ermittelt, dass der Kalibrierwert bei Beaufschlagung auf die Stellgröße stets auf eine Reduzierung des aktuellen Querablagefehlers gerichtet ist. Durch die Beaufschlagung des Kalibrierwerts auf die Stellgröße wird also erreicht, dass der Soll-Lenkwinkel um den zeitlich integrierten Querablagefehler korrigiert bzw. kompensiert wird.
Der Querablagefehler beschreibt den lateralen bzw. seitlichen Versatz des Fahrzeugs, also einen Versatz in Fahrzeugsquerrichtung, zu der vorgegebenen Solltrajektorie. Der Querablagefehler kann daher auch als lateraler Versatz oder als laterale Abweichung bezeichnet werden. Der Querablagefehler drückt somit in anderen Worten die momentane Abweichung einer Fahrzeug-Istposition zu einer gewünschten, durch die Solltrajektorie beschriebenen Fahrzeugs-Sollposition aus. Die Bestimmung des lateralen Versatzes des Fahrzeugs relativ zur Solltrajektorie kann dabei auf einen vereinbarten Punkt entlang der Fahrzeuglängsachse bezogen sein. So kann der laterale Versatz vorteilhaft auf die geometrische Mitte der Hinterachse oder der Vorderachse oder auch auf einen beliebigen weiteren Vorausschaupunkt entlang der Fahrzeuglängsachse bezogen sein.
Der Querablagefehler kann dabei zum Beispiel in Abhängigkeit von Sensordaten wenigstens eines Umfeldsensors des Fahrzeugs fortlaufend ermittelt werden. Bei dem Umfeldsensor kann es sich zum Beispiel um eine Kamera, einen Lidarsensor, einen Radarsensor und/oder einen Ultraschallsensor handeln. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Querablagefehler auch in Abhängigkeit von Positionsdaten eines Navigationssystems ermittelt werden. Der Querablagefehler weist dabei einen zeitabhängigen Wert auf, welcher durch die Kalibrierfunktion integriert wird.
Der für die Querregelung eingesetzte Querregler kann zum Beispiel ein Trajektorienfolgeregler sein oder einen solchen umfassen. Die Kalibierfunktion, welche auch als Zentrier-Kalibrierung oder Zentrierfunktion bezeichnet werden kann, ist dabei zusätzlich zu der Trajektorienfolgeregelung vorhanden und bildet somit einen nebengeordneten oder übergeordneten Regelkreis, welcher ebenfalls Einfluss auf die Stellgröße und somit ebenfalls auf die laterale Position des Fahrzeugs nimmt. Dabei ist insbesondere die Dynamik der Kalibrierfunktion deutlich geringer als die Dynamik der Querregelung, sodass der zeitlich aufintegrierte Querablagefehler nur sehr langsam Einfluss auf die Stellgröße nimmt.
Als Kalibrierfunktion bzw. als grundlegende Rechenvorschrift zur Ermittlung des Kalibierwertes kann zum Beispiel ein Integrator mit einem vergleichsweise kleinen Integrationsbeiwert verwendet werden, wodurch eine Integration des Querablagefehlers mit geringer Dynamik und somit auch ein Einfluss des Kalibrierwerts mit geringer Dynamik bewirkt wird.
Erfindungsgemäß kann die wenigstens eine Kalibrierfunktion jeweils als ein I-Glied oder als ein PT 1 -Glied ausgeführt sein. Ein PT1 -Glied besitzt im Vergleich zu einem reinen I-Glied ebenfalls eine integrierende Eigenschaft, erfordert aber als Vorteil keine der bei I-Gliedern notwendigen Maßnahmen zur Begrenzung des Integrator-Zustands. Dieser Vorteil ist gegenüber dem Nachteil der nicht stationär exakten Kompensation der Offsetgrößen im jeweiligen Anwendungsfall unter Ausnutzung der Parametrierfreiheitsgrade des PT1 -Elements abzuwägen.
Die Adaptionsdynamik des Kalibierwertes ist insbesondere so bemessen, dass sie in der Größenordnung derÄnderungsdynamik der Offsetfehler liegt. Ein Maß hierfür ist beispielsweise die größte zu erwartende, temperaturbedingte Offsetdrift der für die Querregelung verwendeten Sensoren, umgerechnet auf die korrespondierende Lenkwinkelebene. Dies hat den Vorteil, dass kein Überschwingen der Querregelung entsteht, welches, beispielsweise bei einer höheren Dynamik der Kalibrierfunktion, zu einem Eingriff von weiteren auf den Lenkwinkel wirkenden Kompensationsfunktionen, wie einer Kompensation einer Straßenseitenneigung und/der einer Seitenwindkompensation, führen würde.
Durch die Verwendung der wenigstens einen Kalibrierfunktion bzw. durch das Beaufschlagen der Stellgröße durch den wenigstens einen Kalibrierwert wird vorteilhaft erreicht, dass sich fortlaufend auf die Spurführung auswirkende Offsetfehler auch über die Zeit hinweg teilweise oder vollständig abbauen bzw. diese Offsetfehler über die Zeit hinweg teilweise oder vollständig kompensiert werden. Auf den Lenkwinkel einwirkende Kompensationsfunktionen sind oftmals nicht ununterbrochen aktiv. Beispielsweise wird eine Spurhaltefunktion in der Regel erst nach einer Aktivierung durch den Fahrer wirksam. Leiten die
Kompensationsfunktionen zum Zeitpunkt ihrer Aktivierung aufgrund der Offsetfehler einen vermeintlichen Regelfehler ab, werden die Kompensationsfunktionen Stellgrößen ausgeben in dem Versuch, den Regelfehler zu reduzieren. Dies kann je nach der Dynamik der Kompensationsfunktionen zu ruckartigen Lenkbewegungen führen. Durch Kompensation der Offsetfehler im Vorfeld kann somit vorteilhaft das Auftreten von ruckhaften Lenkbewegungen zu Korrektur eines aufgebauten lateralen Versatzes vermieden werden, wodurch der Komfort für einen Insassen bei aktivierter Spurführung verbessert wird. Dies verbessert auch die Akzeptanz für die Spurführung bzw. für das die Spurführung bewirkende Fahrerassistenzsystem.
Zusammenfassend kann die übergeordnete Kalibrierfunktion in ihrem Grundgedanken auch als eine Festwertregelung niedriger Dynamik mit Sollwert null für den Querablagefehler interpretiert werden. Von ihrer Wirkung her reduziert sie die Summe aller direkten und indirekten Offset-Einflüsse der im Verbund verwendeten Sensoren auf den lateralen Versatz des Fahrzeugs während einer automatischen Quer- bzw. Spurführung.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Zeitkonstante der Kalibrierfunktion, insbesondere wenigstens um einen Faktor 2, größer ist als die dominante Zeitkonstante der Querregelung. Bevorzugt kann die Zeitkonstante der Kalibrierfunktion auch wenigstens um einen Faktor 5, wenigstens um einen Faktor 10, wenigstens um einen Faktor von 100 oder wenigstens um einen Faktor von 1000 größer sein als die dominante Zeitkonstante der Querregelung. Grundsätzlich sind auch noch größere Unterschiede zwischen den Zeitkonstanten denkbar. Eine beispielsweise als I-Glied realisierte Kalibrierfunktion kann zum Beispiel einen Integrationsbeiwert zwischen einschließlich 0,01 Grad/(m*s) und 0,00005 Grad/(m*s) aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ein Integrationswert der Kalibrierfunktion ermittelt wird, wobei der Integrationswert bei einer Deaktivierung der Spurführung beibehalten und bei einer erneuten Aktivierung der Spurführung als Startwert der zeitlichen Integration des Querablagefehlers verwendet wird.
Der Integrationswert beschreibt dabei den Gesamtwert, welcher sich durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers bis zu einem dem Integrationswert zugeordneten Zeitpunkt gebildet hat. Der Integrationswert stellt also für einen bestimmten Zeitpunkt das Ergebnis der zeitlichen Integration des Querablagefehlers bis zu diesem Zeitpunkt dar. Wenn mehrere Kalibrierfunktionen eingesetzt werden, wird insbesondere für jede der Kalibrierfunktionen separat ein der jeweiligen Kalibrierfunktion zugeordneter Integrationswert gebildet. Der wenigstens eine Integrationswert kann dabei zum Beispiel in einer Speichereinrichtung einer das Verfahren ausführenden Recheneinrichtung wie einem Steuergerät abrufbar hinterlegt werden.
Der Zustand der Kalibrierfunktion, also der Zustand eines die Kalibrierfunktion bildenden Integrators oder einer vergleichbaren Funktionseinheit, wird also zum Beispiel im aktuellen Zündungslauf des Fahrzeugs nicht zurückgesetzt, sondern auch bei wiederholtem Deaktivieren und Aktivieren der Fahrerassistenz oder bei Fahrereingriffen aufrechterhalten. Ein Zurücksetzen des Integrators bei einer erkannten unplausiblen Aktivität, beispielsweise bei einem erkannten oder kommunizierten Sprung des Ausgangs einer oder mehrerer Offsetkalibrierungen der Fahrzeug-Sensoren, oder bei einer Anforderung über eine Diagnose-Schnittstelle des Fahrzeugs kann jedoch zusätzlich ebenfalls vorgesehen sein. Es ist möglich, dass der Integrationswert auch über einen Zündungslauf des Fahrzeugs hinaus, das heißt über mehrere Fahrten hinweg, beibehalten wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Querregelung eine Vorsteuerung umfasst, wobei die Vorsteuerung in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder prädizierten Krümmungswerts einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn eine Vorsteuergröße ermittelt, wobei die Stellgröße die Vorsteuergröße als eine Komponente enthält. Ein gemessener Krümmungswert und/oder ein prädizierter Krümmungswert können dabei insbesondere aus den Sensordaten von einem oder mehreren der Umfeldsensoren des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Vorsteuerung kann insbesondere mithilfe des gemessenen Krümmungswerts und/oder des prädizierten Krümmungswerts über ein invertiertes Fahrzeugmodell den für die jeweilige Krümmung erforderlichen Lenkwinkel berechnen und diesen als Vorsteuergröße zum Beispiel auf die Stellgröße eines Trajektorienfolgereglers der Querregelung schalten. Das Fahrzeugmodell ändert sein Übertragungsverhalten in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Hieran ist ersichtlich, dass ein Fehler im gemessenen Krümmungswert einen von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Einfluss auf die Querführung des Fahrzeugs erhält.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorsteuerung in Abhängigkeit eines einen Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs beschreibenden Fahrzeugmodells erfolgt, wobei der Eigenlenkgradient während des Betriebs des Fahrzeugs in Abhängigkeit wenigstens eines Fahrzeugparameters, insbesondere einer Fahrzeugmasse und/oder einer Reifensteifigkeit, angepasst wird.
Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs hängt der Querablagefehler infolge eines Fehlers der Vorsteuerung nicht nur von einem Offsetfehler der Krümmung ab, sondern auch von der Ungenauigkeit der hinterlegten Fahrzeugparameter, insbesondere von Unsicherheiten eines in dem Fahrzeugmodell verwendeten Eigenlenkgradienten. Ein Fehler bzw. eine Abweichung im Eigenlenkgradienten hat die Wirkung einer Störung auf die Querregelung des Fahrzeugs und ruft daher anteilig auch einen zusätzlichen Querablagefehler hervor, der zu einem fehlerhaften Auslenken des von der Kalibrierfunktion erzeugten Kalibrierwerts führt. Der Kalibrierwert reagiert damit in einem solchen Fall nicht nur auf Sensor-Offsetgrößen. Solange die Fehler bzw. Abweichungen in dem Eigenlenkgradienten begrenzt sind, ist ihre Auswirkung, bedingt durch die geringe Dynamik der Kalibrierfunktion, jedoch nur gering.
Um auch den Einfluss größerer Fehler und/oder Abweichungen im
Eigenlenkgradienten zu vermeiden, kann dieser, insbesondere fortlaufend, in Abhängigkeit wenigstens eines Fahrzeugparameters angepasst werden. Die Anpassung kann dabei zum Beispiel in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrzeugmasse, einer aktuellen Reifensteifigkeit eines oder mehrerer Reifen des Fahrzeugs und/oder weiterer Parameter des Fahrzeugs erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers mit einem Gewichtungsfaktor, insbesondere einem Integrierbeiwert, erfolgt, welcher von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt und/oder mit steigendem Betrag des Querablagefehlers zunimmt.
Während beispielsweise die Verwendung eines konstanten Integrationsbeiwerts einen einfach zu realisierenden Kompromiss für den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs darstellen kann, hat das Verwenden eines geschwindigkeitsabhängigen Integrierbeiwerts oder eines vergleichbaren Gewichtungsfaktor der Integration den Vorteil, dass eine bessere Kompensation von geschwindigkeitsabhängigen Offsets möglich ist. Der Einfluss von Offsetgrößen auf den Querablagefehler kann beispielsweise aufgrund der üblicherweise verwendeten Einstellung der Regelparameter der Querregelung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entstehen. Dadurch ändert sich auch die Störkompensationseigenschaft der Querregelung und damit auch die Wirkung von Sensor-Offsetgrößen auf den Querablagefehler. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, kann die zeitliche Integration durch die Verwendung eines geschwindigkeitsabhängigen Gewichtungsfaktors, wie eines geschwindigkeitsabhängigen Integrationsbeiwerts, ebenfalls von der Fahrgeschwindigkeit abhängig gemacht werden. Vorteilhaft kann somit eine für jeden Fahrgeschwindigkeitsbereich ideale, individuell angepasste Kalibrier-Dynamik erreicht werden.
Zusätzlich oder alternativ dazu ist es möglich, dass der Gewichtungsfaktor auch vom Betrag des Querablagefehlers, also von dem Wert eines zu integrierenden und/oder eines vorangehend integrierten Querablagefehlers, abhängig gemacht wird, wobei für größere Werte des Querablagefehlers eine stärkere Gewichtung erfolgt. Dazu kann zum Beispiel für den jeweils aktuellen Querablagefehler in Abhängigkeit einer nichtlinearen Zuordnungsvorschrift und/oder eines oder mehrerer Schwellwerte für den Querablagefehler ein zugeordneter Gewichtungsfaktor bzw. Integrationsbeiwert ermittelt und bei der zeitlichen Integration des Querablagefehlers herangezogen werden. Durch eine progressive Gewichtung des Betrages des Querablagefehlers, also durch das Ansteigen des Gewichtungsfaktors bzw. Integrierbeiwerts mit zunehmendem Betrag des Querablagefehlers, kann die Kalibriergeschwindigkeit wirksam erhöht werden.
Dazu kann zum Beispiel der Integrationsbeiwert und damit die Adaptionsrate der Kalibrierfunktion zwischen zwei oder auch mehreren Werten umgeschaltet werden, wobei der Integrationsbeiwert für größere Absolutwerte des Querablagefehlers höher gewählt wird. Mit Vorteil führt bereits eine Verdopplung des Integrierbeiwerts bzw. der Integrationskonstante für einen Betrag des Querablagefehlers von mehr als 0,2 m zu einem wirksamen schnelleren initialen Anpassen and die vorliegenden Offset-Situation bei einem Start der Fahrerassistenzfunktion.
Auch in dem Fall, dass das Fahrzeug eine zusätzliche Sensor-Offset-Kalibrierfunktion aufweist, welche eine erkannte Offset-Drift wenigstes eines Sensors des Fahrzeugs nach Ablauf einer Bestätigungszeit bzw. einer Entprellzeit mit einer sprungförmigen Korrektur des jeweiligen Offsets behebt, kann eine Erhöhung der Adaptionsrate der Zentrier-Kalibrierung in Abhängigkeit vom Betrag des Querablagefehlers für eine schnelleres Angleichen an die neue Offset-Situation sorgen. Dies wird umso mehr bedeutsam, je länger die Entprellzeit der Sensor-Offset-Kalibierfunktionen ist, da während dieser Dauer durch die Kalibrierfunktion aufgrund der zeitlichen Integration des Querablagefehlers zunehmend bereits eine Kompensation erfolgt, die nach einem erfolgten Signalupdate der Sensor-Offset-Kalibierfunktionen wieder zurück integriert werden muss. Vorteilhaft kann dabei durch das Verwenden einer größeren Gewichtung bzw. eines größeren Integrationswert die Geschwindigkeit des Ausgleichvorgangs erhöht werden. Da sprungförmige Korrekturen einer Sensor-Offset-Kalibierfunktion des Fahrzeugs unmittelbar zu einem lateralen Ruck des spurgeführten Fahrzeugs, der von der Sprunghöhe abhängt, führen, kann für ein Fahrzeug, welches eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung umfasst vorgesehen sein, dass alle Sensor-Offset-Kalibierfunktionen im Fahrzeug eine Änderung des jeweiligen Offsets nicht sprunghaft, sondern nur bandbegrenzt vornehmen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers durch die Kalibrierfunktion angehalten wird, wenn:
- der oder ein durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ermittelte Integrationswert der Kalibrierfunktion einem vorgegebenen Grenzwert entspricht,
- der oder ein gemessener und/oder prädizierter Krümmungswerts der oder einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt,
- ein Krümmungswert der Solltrajektorie einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt,
- das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, und/oder
- das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Solltrajektorie einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Der Beitrag des Kalibrierwerts zu der Stellgröße kann auf einen Grenzwert beschränkt werden, indem die zeitliche Integration des Querablagefehlers in der Kalibrierfunktion zumindest zeitweise angehalten wird, bzw. indem ein Gesamtwert der Integration auf den Grenzwert beschränkt wird. Der Grenzwert stellt dabei eine maximale Amplitude dar und kann sich zum Beispiel nach einer Summe der maximalen Einflüsse aller Offsetgrößen auf den Lenkwinkel-Sollwert und den Lenkwinkel-Istwert richten. Durch dieses Vorgehen kann vorteilhaft auf das Vorsehen von Maßnahmen zur Vermeidung von Integrator-Windup Effekten in der Kalibrierfunktion verzichtet werden.
Alternativ zu einer Limitierung des Integratorwerts auf einen Grenzwert kann die Kalibrierfunktion auch eine Tiefpassfilterfunktion umfassen, beispielsweise einen PT-1 Filter. Auch hierdurch können Windup-Effekte vermieden werden. Ein Sensor-Offset kann dabei zwar nicht vollständig kompensiert werden, die erreichte Zentriergenauigkeit durch die Kalibrierfunktion kann aber dennoch ausreichend sein.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers durch die Kalibrierfunktion angehalten wird, wenn der oder ein gemessener und/oder prädizierter Krümmungswerts der oder einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt und/oder wenn ein Krümmungswert der Solltrajektorie einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs hängt der Querablagefehler infolge eines möglichen Fehlers der Vorsteuerung nicht nur von einem Offsetfehler der Krümmung ab, sondern auch von der Ungenauigkeit der hinterlegten Fahrzeugparameter, insbesondere von Unsicherheiten eines Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs. Eine fehlerhafte Krümmungsvorsteuerung des Fahrzeugs kann die Wirkung einer Störung auf die Querregelung des Fahrzeugs haben und dadurch anteilig einen zusätzlichen Querablagefehler hervorrufen. Dieser zusätzliche Querablagefehler kann zu einem fehlerhaften Eingriff der Kalibrierfunktion führen, welcher durch ein Aussetzen der Kalibrierfunktion oder zumindest der zeitlichen Integration des Querablagefehlers durch die Kalibrierfunktion vorteilhaft vermieden bzw. reduziert werden kann.
Die Wirkung eines Fehlers in der Krümmungsvorsteuerung auf den Fährbetrieb bzw. die laterale Position des Fahrzeugs kann insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. Zum Berücksichtigen dieser Geschwindigkeitsabhängigkeit kann daher vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers durch die Kalibrierfunktion angehalten wird, wenn das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, und/oder wenn das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Solltrajektorie einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird erfindungsgemäß die zeitliche Integration des Querablagefehlers angehalten und/oder die Beaufschlagung der Stellgröße mit dem Kalibrierwert ausgesetzt, wenn durch einen Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs ein Lenkmoment oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und/oder ein den aktuellen Querablagefehler vergrößerndes Lenkmoment erzeugt wird.
Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass Querablagefehler, welche durch einen bewussten Fahreingriff entstehen, keinen Eingang in den von der Kalibrierfunktion ermittelten Kalibrierwert finden, da diese Querablagefehler nicht auf einen zu kompensierenden Offset eines Sensors oder dergleichen zurückgehen. Ein Einfluss eines von einem Fahrer bewusst herbeigeführten lateralen Versatzes von der Solltrajektorie, welcher keinen Ursprung in der Spurführungsfunktion hat, auf den Kalibrierwert wird somit vorteilhaft vermieden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei einem Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs, welcher ein den aktuellen Querablagefehler reduzierendes Lenkmoment erzeugt, die zeitliche Integration des Querablagefehlers zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne mit einer erhöhten Gewichtung, insbesondere mit einem erhöhten Integrierbeiwert, erfolgt.
Wenn der Fahrer von sich aus einen Lenkeingriff vornimmt, der ein Lenkmoment erzeugt, das in dieselbe Richtung wie der von der Kalibrierfunktion erzeugte Kalibrierwert wirkt, so kann dies als eine Bestätigung der Adaptionsrichtung der Kalibrierfunktion aufgefasst werden. Das Verwenden einer erhöhten Gewichtung bzw. eines erhöhten Integrierwerts in diesem Fall ermöglicht vorteilhaft eine verbesserte Kalibrierdynamik durch die Kalibrierfunktion. Aus Fahrersicht äußert sich dies so, dass dieser den Kurs des Fahrzeugs lateral mehr zu Spurmitte hin verschieben kann und der Kurs dort künftig verbleibt, selbst wenn er das korrigierende Lenkmoment zurücknimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mehrere Integrierfunktionen verwendet werden, wobei den Integrierfunktionen jeweils ein unterschiedliches Geschwindigkeitsintervall zugewiesen ist, wobei die Integrierfunktionen jeweils bei einer innerhalb des ihnen jeweils zugewiesenen Geschwindigkeitsintervalls liegenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs den Querablagefehler zeitlich integrieren, wobei der Kalibrierwert der Integrationsfunktion, deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst, oder ein in Abhängigkeit dieses Kalibrierwerts ermittelter Gesamtkalibrierwert auf die Stellgröße aufgeschaltet wird.
Wie vorangehend beschrieben wurde, ist die Wirkung von Offsetgrößen auf den Querablagefehler teilweise von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig. Dies gilt beispielsweise für die Offsetfehler, die in einer Ausgangsgröße einer Sensor-Störungskompensation enthalten sind, oder für den Offsetfehler, der Bestandteil einer Krümmungsvorsteuerung ist. Um den Querablagefehler so gering wie möglich zu halten, kann dazu auch der auf die Stellgröße geschaltete Kalibrierwert geschwindigkeitsabhängig ermittelt werden. Insbesondere aufgrund der hohen Integrationszeitkonstanten und der damit einhergehenden, geringen Dynamik kann die Anpassung des Kalibrierwerts einer einzelnen Kalibrierfunktion an die geänderte Fahrgeschwindigkeit eine relativ lange Zeit in Anspruch nehmen, während derer die Genauigkeit der Spurführung reduziert sein kann.
Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft, anstelle einer einzelnen Kalibrierfunktion für den gesamten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Mehrzahl von Kalibrierfunktionen zu verwenden. Jede der Kalibrierfunktionen kann dabei einen eigenen Kalibrierwert ermitteln und insbesondere auch getrennt von den weiteren Kalibrierwerten speichern. Durch die getrennte Speicherbarkeit der Kalibrierwerte, beispielsweise durch deren Hinterlegung in einem nichtflüchtigen Speicher, wird erreicht, dass diese im Weiterbetrieb dann fortlaufend durch die zeitliche Integration erweiterbar sind bzw. dass alle Zustände der Mehrzahl von Kalibrierfunktionen bei einem Zündungs-Neustart des Fahrzeugs getrennt initialisiert werden können.
Der gesamte Bereich der möglichen Fahrzeuggeschwindigkeit kann dabei insbesondere in mehrere Teilintervalle untergliedert werden, die jeweils nur einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich abdecken und denen jeweils eine dedizierte Kalibrierfunktion zugeordnet ist. Der Stellgröße wird dabei jeweils der Kalibrierwert der Kalibrierfunktion beaufschlagt, welcher dem Geschwindigkeitsintervall zugeordnet ist, in dem die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt. Somit ist immer nur eine einzelne Kalibrierfunktion aktiv, während die restlichen Kalibrierfunktionen, insbesondere auch die zeitliche Integration des Querablagefehlers durch die weiteren Kalibrierfunktionen, angehalten werden bzw. auf deren Eingänge ein Eingangssignal vom null geschaltet wird. Die jeweils aktive Kalibrierfunktion kann hingegen mit dem aktuellen Querablagefehler versorgt werden. Dabei kann eine Gewichtung des Querablagefehlers mit einem konstanten Gewichtungsfaktor bzw. Integrierbeiwert oder über einen von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Gewichtungsfaktor bzw. Integrierbeiwert erfolgen. Anschließend wird der Kalibrierwert der Integrationsfunktion, deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst, oder ein in Abhängigkeit dieses Kalibrierwerts ermittelter Gesamtkalibrierwert auf die Stellgröße aufgeschaltet. Der Vorteil der Verwendung einer Mehrzahl von Kalibrierfunktionen bzw. einer Bank von Kalibrierfunktionen gegenüber der Verwendung einer einzelnen Kalibrierfunktion zeigt sich vor allem beim Beschleunigen oder beim Abbremsen und damit bei einem häufigen Wechsel der Geschwindigkeitsbereiche des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß kann der Gesamtkalibrierwert aus zwei oder mehr der durch die Integrierfunktionen erzeugte Kalibrierwerten derart ermittelt werden, dass der Gesamtkalibrierwert auch beim Wechsel zwischen zwei oder mehr der Geschwindigkeitsintervalle zeitlich stetig ist. Auf diese Weise werden ruckhafte Änderungen der auf die Stellgröße geschalteten Kalibrierwerts und somit ruckartige Eingriffe bei einem Wechsel der Kalibrierfunktionen durch eine Veränderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs vermieden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann durch die Kalibrierfunktionen jeweils durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ein der Kalibrierfunktion zugeordneter Integrationswert der Kalibrierfunktion ermittelt werden, wobei die Integrationswerte der einen oder mehreren Integrationsfunktionen, bei denen die aktuelle Geschwindigkeit außerhalb des jeweiligen Geschwindigkeitsintervalls liegt, fortlaufend, insbesondere mit einer konstanten oder einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Rate, an den Integrationswert der Kalibrierfunktion, in deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt, angepasst werden.
Um zu vermeiden, dass bei einer Verwendung der Funktion zur automatischen Spurführung vorwiegend in einem engen Geschwindigkeitsbereich nur wenige oder nur eine einzige Kalibrierfunktion mit dem Querablagefehler entsprechend aufgeladen werden und entsprechend nur diese letztendlich die aktuelle Offset-Situation korrekt abbilden, können auch die bei der aktuellen Geschwindigkeit nicht verwendeten, inaktiven Kalibrierfunktionen weiterhin den aktuellen Querablagefehler zeitlich aufintegrieren. Die Integrationswerte, also die Integratorzustände der Kalibrierfunktionen, welche jeweils einem zu dem aktuellen Geschwindigkeitsbereich benachbarten Bereich zugewiesen sind, werden dabei maximal auf den Wert des Integrationswert, der dem aktuellen Geschwindigkeitsbereich zugewiesenen Kalibrierfunktion beschränkt. Zudem können in vorteilhafter Weise die Gewichtungsfaktoren bzw. die Integrierbeiwerte der gerade nicht aktuellen Geschwindigkeitsbereichen zugewiesenen Kalibrierfunktionen gegenüber dem aktiven Fall reduziert werden, da bei unveränderten Integrierbeiwerten der Vorteil der Unterteilung in mehrere Integratorzustände schwinden würde. Das Maß der Reduzierung der benachbarten Integrierbeiwerte hängt von den zu erwartenden maximalen Sensordriftgrößen ab und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 10% bis 20%. Dadurch kann vermieden werden, dass durch die typische Drift der Offsetgrößen für Krümmung, Gierrate und Querbeschleunigung die Zustände der inaktiven Kalibrierfunktionen zunehmend an Aktualität verlieren und dass es dadurch beim Eintreten in einen benachbarten Geschwindigkeitsbereich temporär zu einem größeren Querablagefehler und einem reduzierten Fahrkomfort kommt, bis die Anpassung an die aktuelle Offset-Situation abgeschlossen ist.
Das fortlaufende Anpassen der Integrationswerte der einen oder mehreren Integrationsfunktionen, bei denen die aktuelle Geschwindigkeit außerhalb des jeweiligen Geschwindigkeitsintervalls liegt, insbesondere mit einer konstanten oder einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Rate, an den Integrationswert der Kalibrierfunktion, in deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt, kann als das Implementieren eines Vergessenheitsfaktors angesehen werden. Dabei nähern sich die Zustände der inaktiven Kalibrierfunktionen an den Zustand der aktuell aktiven Kalibrierfunktion zum Beispiel mit einem einheitlichen oder für den jeweiligen Geschwindigkeitsbereich individuell festgelegten, vorgegebenen Gradienten an.
Für ein erfindungsgemäßes Steuergerät zum Erzeugen einer Stellgröße für wenigstens einen Querführungsaktor eines Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist. Das Steuergerät kann dabei ebenfalls zur Durchführung der Querregelung, zur Ermittlung der Solltrajektorie und/oder zur Durchführung einer Krümmungs-Vorsteuerung eingerichtet sein. Alternativ kann das Steuergerät nur einen Teil dieser Funktionen umsetzen. Das Steuergerät kann mit wenigstens einem Sensor des Fahrzeugs, insbesondere wenigstens einem das Fahrzeugumfeld zumindest teilweise erfassenden Umgebungssensor und/oder wenigstens einem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfassenden Geschwindigkeitssensor, und/oder einem Navigationssystem des Fahrzeugs verbunden sein.
Für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist vorgesehen, dass es wenigstens einen Querführungsaktor sowie ein erfindungsgemäßes Steuergerät umfasst, wobei das Steuergerät zur Ansteuerung des wenigstens einen Querführungsaktors mit der Stellgröße eingerichtet ist. Bei dem Querführungsaktor kann es sich zum Beispiel um einen Lenkaktor, beispielsweise einen elektromotorischen Servoantrieb einer Vorderachslenkung und/oder einer Hinterachslenkung, handeln. Für ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist vorgesehen, dass es Instruktionen umfasst, welche eine Steuereinrichtung dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Bei der Steuereinrichtung kann es sich insbesondere um ein mit wenigstens einem Querführungsaktor eines Fahrzeugs verbindbares Steuergerät handeln.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten auch für das erfindungsgemäße Steuergerät, das erfindungsgemäße Fahrzeug sowie das erfindungsgemäße Computerprogramm und jeweils umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spurführung eines Fahrzeugs, und
Fig. 3 ein Blockdiagramm mehrerer Kalibrierfunktionen des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 gezeigt. Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Weiterhin kann das Fahrzeug 1 auch ein Fahrzeuggespann sein, welches beispielsweise ein Zugfahrzeug sowie einen oder mehrere Anhänger aufweist. Alternativ kann das Verfahren auch bei weiteren Typen von Fahrzeugen 1 eingesetzt werden. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2, welche zur Durchführung eines Verfahrens zur Spurführung des Fahrzeugs 1 eingerichtet ist. Weiterhin umfasst das Fahrzeug 1 wenigstens einen Querführungsaktor 3, über welchen die Querposition des Fahrzeugs 1 einstellbar ist.
Der Querführungsaktor 3 ist zum Beispiel als ein Lenkaktor ausgeführt, mittels welchem ein Vorderachslenkwinkel des Fahrzeugs 1 automatisch eingestellt werden kann. Der Lenkaktor kann zum Beispiel als ein elektromotorischer Servomotor ausgeführt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann es sich bei dem oder einem weiteren Querführugsaktor 3 auch um einen Lenkaktor zum automatischen Einstellen eines Hinterachslenkwinkels handeln.
Die Steuereinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, durch eine Querregelung in Abhängigkeit eines einen lateralen Versatz 4 des Fahrzeugs 1 zu einer vorgegebenen Solltrajektorie 5 (gestrichelt dargestellt) beschreibenden Querablagefehlers eine Stellgröße zu ermitteln und eine Querposition des Fahrzeugs 1 in Abhängigkeit der Stellgröße auf die Solltrajektorie 5 einzuregeln. Dazu steuert die Steuereinrichtung 2 den Querführungsaktor 3 mit der Stellgröße an. Der laterale Versatz 4 beschreibt dabei zum Beispiel die Abweichung zwischen der auf die Fahrzeugmitte des Fahrzeugs 1 bezogenen Solltrajektorie 5 und der tatsächlichen Bewegungsrichtung 6 der Fahrzeugmitte in Fahrzeugquerrichtung.
Die Abweichung zur Solltrajektorie kann dabei, wie in Fig.1 dargestellt ist, in einem definierten Abstand zur vorderen Berandung des Fahrzeugs 1 (Vorausschaulänge), aber auch an weiteren Bezugspunkten, bestimmt werden. Weitere mögliche Bezugspunkte liegen beispielsweise auf der Höhe der Hinterachse oder der Vorderachse des Fahrzeugs 1 . Die Bezugspunkte liegen bevorzugt auf der Fahrzeuglängsachse, denkbar sind jedoch auch andere im Betrachtungszeitraum örtlich feste Bezugspunkte des Fahrzeugs 1 .
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des von der Steuereinrichtung 2 durchgeführten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur automatisierten Spurführung des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die automatische Spurführung umfasst dabei eine Querregelung 7, welche die Querposition des Fahrzeugs 1 zum Einhalten der Solltrajektorie 4 regelt. Die Querregelung 7 erzeugt dabei eine Stellgröße delta_soll für den Querführungsaktor 3, welcher zum Beispiel unmittelbar oder über einen zwischengeschalteten Lenkwinkelregler (nicht dargestellt) angesteuert werden kann.
Die Querregelung 7 umfasst eine zur Erzeugung der Stellgröße delta_soll einen Trajektorienfolgeregler 8, eine Krümmungsvorsteuerung 9, einen oder mehrere Störungskompensatoren 10, beispielsweise zur Kompensation von Seitenwind, Straßenneigung und/oder weiteren Effekten, sowie eine Lenkwinkel-Offsetkalibrierung 11. Mittels des Trajektorienfolgereglers 8 wird eine Stellgrößenkomponente delta_regler ermittelt.
Die Krümmungsvorsteuerung 9 ermittelt in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder prädizierten Krümmungswerts einer von dem Fahrzeug 1 befahrenen Fahrbahn eine Vorsteuergröße delta_vorst, wobei die Stellgröße delta_soll die Vorsteuergröße delta_vorst als eine Stellgrößenkomponente enthält. Entsprechend wird die einen oder mehreren Störungskompensatoren 10 eine oder mehrere Stellgrößenkomponenten delta_komp und über die Lenkwinkel-Offsetkalibrierung 11 eine Stellgrößenkomponente delta_offset erzeugt.
Weiterhin vorgesehen ist wenigstens eine Kalibrierfunktion 12, welche einen Kalibrierwert delta_kalib ermittelt. Der Kalibrierwert delta_kalib wird dabei der von der Querregelung 7 erzeugten Stellgröße delta_soll beaufschlagt. Durch eine Signalverarbeitung 13 werden dem wenigstens einen Störungskompensator 10 als Eingangsgrößen eine Gierrate g sowie eine Lateralbeschleunigung a_lateral des Fahrzeugs 1 mitgeteilt. Dazu kann die Signalverarbeitung 13 mithilfe von unterschiedlichen Sensoren des Fahrzeugs 1 erfasste Messwerte, welche eine Gierrate und/oder eine Lateralbeschleunigung beschreiben, auswerten.
Der Kalibrierfunktion 12 sowie dem Trajektorienfolgeregler 8 wird durch eine Positionserkennungs- und Trajektorienplanungseinheit 14 ein Querablagefehler delta_y zugeführt. Der Querablagefehler delta_y beschreibt dabei den in Fig. 1 gezeigten lateralen Versatz 4 zwischen der Solltrajektorie 5 und der tatsächlichen Bewegungsrichtung 6 bzw. der tatsächlichen Position des Fahrzeugs 1 .
Die Positionserkennungs- und Trajektorienplanungseinheit 14 stellt der Krümmungsvorsteuerung 9 weiterhin wenigstens eine gemessene und/oder prädizierte Krümmungsinformation kappa, welche die Krümmung der Solltrajektorie 5 in einem in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 1 liegenden Abschnitt der Solltrajektorie 5 beschreibt, zur Verfügung. Die Positionserkennungs- und Trajektorienplanungseinheit 14 ermittelt die Solltrajektorie 5 und entsprechend auch die Krümmungsinformation kappa in Abhängigkeit von Umfelddaten, welche von einer Umfelderfassungseinheit 15 des Fahrzeugs 1 bereitgestellt werden. Die Umfelderfassungseinheit 15 erzeugt die Umfelddaten in Abhängigkeit von Umfeldmessdaten, welche insbesondere durch wenigstens einen zumindest einen Teilbereich des Umfelds des Fahrzeugs 1 erfassenden Umfeldsensor (nicht dargestellt) erzeugt werden.
Die Funktionalität der Blöcke 8 bis 15 kann ganz oder teilweise in der Steuereinrichtung 7 implementiert sein. Die Ausgangsgrößen der Blöcke 8 bis 11 stellen alles Komponenten der Stellgröße delta_soll dar. Weiterhin wird die Stellgröße delta_soll mit dem wenigstens einen Kalibrierwert delta_kalib der Kalibrierfunktion 12 beaufschlagt.
Die einzelnen Komponenten der Stellgröße delta_soll sowie der wenigstens einen Kalibrierwert delta_kalib haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Spurführung des Fahrzeugs 1 , welche nachfolgend beschrieben werden.
Die Soll-Lenkwinkel-Komponente delta_vorst der Krümmungsvorsteuerung 9 berechnet sich zum Beispiel als
(1 ) delta_vorst = kappa * (I + EG * vA2), wobei der Parameter I dem Radstand und EG dem Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs 1 entspricht. Der Eigenlenkgradient hängt über
(2) EG = m*(ch*lh-cv*lv)/(ch*cv*(lh+lv)) von dem Abstand des Schwerpunkts von einer Vorderachse Iv bzw. einer Hinterachse Ih des Fahrzeugs 1 , von der Fahrzeugmasse m des Fahrzeugs 1 und den Schräglaufsteifigkeiten der Reifen vorne cv und hinten ch ab.
Besitzt die Krümmungsinformation kappa im Vergleich zur tatsächlichen Krümmung nun fehlerbedingt einen Offset kappa_offs, so enthält der vorgesteuerte Soll-Lenkwinkel ebenfalls einen Offsetanteil delta_vorst_kappaoff, der durch
(3) delta_vorst_kappaoff = kappa_offs * (I + EG * vA2) gegeben ist. Die Folge des mit delta_vorst_kappaoff fehlerbehafteten Vorsteuerwerts delta_vorst ist, dass dieser quasi wie eine Störung auf die Querregelung 7 wirkt und das Fahrzeug 1 bei Aktivierung einer Spurhalteassistenz nicht wie erwartet der Solltrajektorie 5 folgt, sondern je nach Ausführung des Trajektorienfolgereglers 8 - d.h. Verwendung von Reglertypen mit oder ohne stationäre Genauigkeit - einen permanenten lateralen Versatz 4 zur geplanten Solltrajektorie 5 aufweist oder zumindest eine transientes Ausscheren bedingt, bevor das Fahrzeug 1 dann nach Abklingen eines Ausgleichsvorgangs der geplanten Solltrajektorie 5 folgt.
Der Grad der Abbildungsfehler einer als Umfeldsensor eingesetzten Kamera, welche Umfeldmessdaten an die Positionserkennungs- und Trajektorienplaungseinheit 14 liefert, variiert in der Regel über die Betriebsdauer des Fahrerassistenzsystems, da typischerweise fortlaufend Kalibrierroutinen der Kamera ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass je nach Status der Kalibrierung die Höhe des Offsets der Krümmungs-Vorsteuerung 9 und damit der Grad der Beeinträchtigung der Fahrzeugquerführung zeitvariant ist, wenngleich die Übertragungseigenschaften der Kamera und sich damit auch der Offset der Krümmung zumeist nicht sprungartig, sondern bandbegrenzt ändern.
Es ist möglich, dass der Lenkwinkel als eine Hilfs- bzw. Regelgröße innerhalb eines Spurführungs- Fahrerassistenzsystems verwendet wird. Dieser Lenkwinkel kann durch die Lenkwinkel-Kalibrierroutine 11 beeinflusst bzw. korrigiert werden. Ein dabei ermittelter Lenkwinkeloffset delta_offset besitzt aufgrund der endlichen Genauigkeit der Lenkwinkel-Kalibrierroutine 11 in der Regel einen nicht kompensierten Anteil.
Ein verbleibender Offsetfehler delta_offset_error im Lenkwinkelsignal kann dabei mehrere Ursachen haben. Typischerweise stützt sich eine Lenkwinkel-Kalibrierroutine 11 meist auf das Signal eines Gierratensensors des Fahrzeugs 1 und/oder einer Raddrehzahlsensorik des Fahrzeugs 1 . Fehler in diesen Sensoren, wie beispielsweise Offset- und Linearitätsfehler, können sich somit zu dem ermittelten Lenkwinkeloffset hin fortpflanzen. Die Auswirkungen von Lenkwinkeloffsets sind dabei vergleichbar mit dem oben beschriebenen Fall eines Krümmungs-Offsets, das Fahrzeug 1 folgt auch hier bei einer Aktivierung des Spurführungs-Fahrerassistenzsystems nicht wie erwartet der Solltrajektorie 5, sondern weist je nach Ausführung des Trajektorienfolgereglers 8 einen permanenten oder transienten lateralen Versatz 4 zur geplanten Solltrajektorie 5 auf, welcher mit nachteiligen Auswirkungen auf den Komfort und die Akzeptanz des Fahrerassistenzsystems einhergehen kann.
Wird als Trajektorienfolgeregler 8 beispielsweise ein PD-Regler verwendet mit der Übertragungsfunktion
(4) Gr(s) = Kp(v) + s* Kd(v)/(1 + s*T), mit und den geschwindigkeitsabhängigen Reglerfaktoren Kp(v) und Kd(v), so ergibt sich mit dem den lateralen Versatz 4 beschreibenden Querablagefehler delta_y als Eingangsgröße und delta_regler als Ausgangsgröße des Trajektorienfolgereglers 8 (5) delta_regler(s) = Gr(s) * delta_y(s).
Folglich wird der Trajektorienfolgeregler 8 im stationären Gleichgewichtszustand bei Geradeausfahrt, das heißt bei einem physikalischen Lenkwinkel von null Grad, und Vernachlässigung von lateralen Störkräften auf das Fahrzeug 1 den unkompensierten Lenkwinkeloffset delta_offset_error ausgeben. Der hierfür notwendige laterale Versatz 4 ergibt sich über
(6) Delta_y(0) * Gr(0) = Delta_offset_error(0) zu
(7) delta_y = delta_offset_error / Kp(v) im Zeitbereich. Der Reglerfaktor Kp kann beim Entwurf nicht beliebig groß gewählt werden, wodurch sich bei einem unkompensierten Lenkwinkeloffset delta_offset_error ungleich null stets ein lateraler Versatz 4 des Fahrzeugs 1 zu der Solltrajektorie 5 ausbildet. Ein nicht kompensierter Offset eines Hinterachslenkwinkels bei einer Hinterachslenkung des Fahrzeugs 1 hat dabei eine vergleichbare Auswirkung auf den lateralen Versatz 4 des Fahrzeugs 1 wie ein unkompensierter Offset des Vorderachslenkwinkels.
Die Sensorsignale für die Gierrate, den Vorder- und Hinterachslenkwinkel und auch der Querbeschleunigung werden insbesondere auch zur Schätzung von Störkräften und Lastmomenten verwendet, die auf das Fahrzeug 1 wirken, beispielsweise infolge einer Fahrbahnneigung und/oder von auf das Fahrzeugs 1 einwirkendem Seitenwind. Die ermittelten Kräfte und Momente tragen dann im Zuge der vorgenommenen Störgrößenaufschaltung delta_komp anteilig zum Lenkwinkelsollwert delta_soll bei.
Weiterhin können diese Sensoren auch zur Schätzung eines Schwimmwinkels des
Fahrzeugs 1 verwendet werden, welcher als Hilfsgröße ebenfalls in den Lastschätzungen verwendet werden kann. Offsetfehler in der Gierrate g, dem Lenkwinkel oder der Querbeschleunigung ajateral besitzen häufig in einem stationären Fall einen zum jeweiligen Offset proportionalen Durchgriff auf die geschätzten Größen und damit auch auf die Störgrößenaufschaltung. Folglich pflanzen sich Offsetfehler in der Gierrate g, dem Lenkwinkel und auch der Querbeschleunigung ajateral auf den störungskompensierenden Anteil des Lenkwinkel-Sollwerts delta_soll fort. Die Folge ist auch hier ein unerwünschter transienter oder permanenter lateraler Versatz des spurgeführten Fahrzeugs 1 von der geplanten Solltrajektorie 5. Auch Störungskompensatoren 10 für die Gierrate g und die Querbeschleunigung a ateral besitzen in der Regel analog zur Lenkwinkelkompensation 11 eine endliche Genauigkeit und können daher dem realen Offset nacheilen, wodurch sich auch in Anwesenheit dieser die vorangehend beschriebenen, nachteiligen Auswirkungen auf den Fahrkomfort des Fahrzeugs 1 bei Verwendung des Spurführungs-Fahrerassistenzsystems zeigen können.
Diese Effekte werden durch die wenigstens eine Kalibrierfunktion 12 adressiert und zumindest teilweise kompensiert, wodurch sich ein verbesserter Fahrkomfort des Fahrzeugs 1 ergibt. Die Kalibrierfunktion 12 ist dabei der Querregelung 7 überlagert und erzeugt den wenigstens einen, der Stellgröße delta_soll beaufschlagten Kalibrierwert delta_kalib. Der Kalibrierwert delta_kalib wird durch die wenigstens eine Kalibrierfunktion 12 zumindest teilweise in Abhängigkeit einer zeitlichen Integration des Querablagefehlers delta_y ermittelt.
Abhängig von Vorzeichen und Amplitude des Querablagefehlers delta_kalib wird durch die Kalibrierfunktion 12 also ein Kalibrierwert delta_kalib für den Soll-Lenkwinkel delta_soll ermittelt, der insbesondere bezüglich der Wirkrichtung stets auf die Reduzierung des Querablagefehlers delta_y hin gerichtet ist. Dieser Kalibrierwert delta_kalib wird dann schließlich mit der Stellgröße delta_soll aus den Stellgrößenkomponenten des Trajektorienfolgereglers 8, der Krümmungs-Vorsteuerung 9, den ein oder mehreren Störungskompensatoren 10 und dem Ausgang der Lenkwinkeloffsetkalibrierung 11 addiert und als kalibrierte Stellgröße delta_soll_kalib beispielsweise auf eine Soll-Lenkwinkelschnittstelle des Querführungsaktors 3 aufgeschaltet. Alternativ ist auch ein Aufschalten der kalibrierten Stellgröße auf eine Momentenschnittstelle des Querführungsaktors 3 möglich.
Die Kalibrierfunktion 12 kann zum Beispiel als ein Integrator bzw. als ein I-Glied mit einem vergleichsweise kleinen Integrationsbeiwert ki, ausgeführt sein, sodass die Kalibrierfunktion 12 den Querablagefehler mit einer geringen Dynamik integriert. Alternativ ist auch eine Realisierung der Kalibrierfunktion als ein PT1 -Glied oder als eine andersartige Funktion mit einem zumindest teilweise integrierenden Verhalten möglich.
Die Ermittlung des Kalibrierwerts delta_kalib durch die Kalibrierfunktion 12 kann daher bei Ausführung der Kalibrierfunktion 12 als Integrator mit dem Integrierbeiwert ki zum Beispiel als
(8) Delta_kalib = Delta_y * ki / s ausgedrückt werden.
Die Zeitkonstante der Kalibrierfunktion 12 ist dabei insbesondere um wenigstens einen Faktor von 2, wenigstens um einen Faktor 5, wenigstens um einen Faktor 10, wenigstens um einen Faktor von 100 oder wenigstens um einen Faktor von 1000 größer ist als die dominante Zeitkonstante der Querregelung 7 bzw. des Trajektorienfolgereglers 8. Der Integrationsbeiwert ki liegt dafür beispielsweise in der Größenordnung von 0,001 Grad/(m*s), so dass der Gradient des Kalibierwertes 12 bei einem zur Veranschaulichung beispielhaft angenommenen Querablagefehler delta_y von 0,2 m nur 0,0002 Grad/s beträgt.
Die Adaptionsdynamik des Kalibierwertes 12 ist bevorzugt so bemessen, dass sie in der Größenordnung der Änderungsdynamik der vorangehend beschriebenen Offsetfehler liegt. Ein Maß hierfür ist beispielsweise die größte zu erwartende, temperaturbedingte Offsetdrift der für die Querregelung 7 verwendeten Sensoren, beispielsweise umgerechnet auf die korrespondierende Lenkwinkelebene. Würde die Dynamik wesentlich größer gewählt werden, so würde ein typisches Überschwingen im Signal für delta_kalib entstehen, da die Kalibrierung dann teilweise mit dem Einschwingverhalten der Kompensationsfunktionen 10 für Straßenseitenneigung oder Seitenwind konkurrierten würde. Dies könnte sich jedoch wieder einschränkend auf den Komfortzugewinn durch die Kalibrierfunktion 12 auswirken.
Die Kalibrierfunktion 12 ermittelt durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y einen Integrationswert der Kalibrierfunktion 12. Dieser Integrationswert stellt das Ergebnis der zeitlichen Integration des Querablagefehlers delta_y zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. Der Integrationswert wird bei einer Deaktivierung der Spurführung beibehalten und bei einer erneuten Aktivierung der Spurführung als Startwert der erneuten zeitlichen Integration des Querablagefehlers delta_y verwendet. Der Zustand der beispielsweise als Integrator ausgeführten Kalibrierfunktion 12 wird im aktuellen Zündungslauf also nicht zurückgesetzt, sondern auch bei wiederholtem Deaktivieren und Aktivieren der Fahrerassistenz, bei Fahrtbeendigung und/oder bei die automatische Spurführung überschreibenden Fahrereingriffen aufrechterhalten.
Die Verwendung eines konstanten Integrationsbeiwerts ki in der Kalibrierfunktion 12 kann einen Kompromiss für den gesamten, vom Fahrzeug 1 erreichbaren Geschwindigkeitsbereich darstellen, da der Einfluss von Offsetgrößen auf den Querablagefehler delta_y von der Fahrgeschwindigkeit abhängig sein kann. Dies kann beispielsweise an der üblich verwendeten Reglerparametersteuerung des Trajektorienfolgereglers 8 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit liegen. Dadurch ändert sich auch die Störkompensationseigenschaft des Trajektorienfolgereglers 8 und folglich auch die Wirkung von Sensor-Offsetgrößen auf den Querablagefehler delta_y.
Um diesen Umstand Rechnung zu tragen und das Potenzial der Kalibrierfunktion zu erweitern, kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y mit einem Gewichtungsfaktor, insbesondere dem Integrierbeiwert ki, erfolgt, welcher von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt. Der Integrationsbeiwert ki kann also als ki(v) von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 abhängig gemacht werden. Dies bewirkt vorteilhaft eine für jeden Fahrgeschwindigkeitsbereich ideale, individuell anpassbare Kalibrier-Dynamik des Kalibrierfunktion 12.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Gewichtungsfaktor bzw. der Integrierbeiwert ki mit steigendem Betrag des Querablagefehlers delta_y zunimmt. Die Kalibriergeschwindigkeit der Kalibrierfunktion 12 kann dabei wirksam durch eine zusätzliche nichtlineare bzw. progressive Gewichtung des Betrages des Querablagefehlers delta_y erhöht werden.
Beispielsweise wird hierzu der Integrationsbeiwert ki und damit die Adaptionsrate zwischen zwei oder mehreren Werten umgeschaltet, wobei der Integrationsbeiwert ki für größere Absolutwerte des Querablagefehlers delta_y höher gewählt wird. Zum Beispiel kann eine Verdopplung der Integrationskonstante ki für einen Betrag des Querablagefehlers delta_y von beispielsweise größer als 0,2 m zu einem schnelleren initialen Anpassen an eine vorliegenden Offset-Situation bei einem Start der Fahrerassistenzfunktion führen.
Auch dann, wenn die Sensorkompensatoren 10 und/oder weitere Sensor-Offset-Kalibierfunktionen im Fahrzeug 1 eine erkannte Offset-Drift eines Sensors nach Ablauf einer Entprellzeit schließlich mit sprungförmiger Korrektur des jeweiligen Offsets beheben, kann eine Definition der Adaptionsrate der Kalibrierfunktion 12 in Abhängigkeit vom Betrag des Querablagefehlers delta_y für eine schnelleres Angleichen an die neue Offset-Situation sorgen. Dies ist besonders vorteilhaft für vergleichsweise lange Entprellzeiten der Sensorkompensatoren 10 bzw. weiterer Sensor-Offset-Kalibierfunktionen, da während einer solchen Entprellzeit die Kalibrierfunktion 12 zunehmend bereits eine Kompensation vornimmt, die nach einem erfolgten Signalupdate der Sensorkompensatoren bzw. Sensor-Offset-Kalibierfunktionen wieder zurück integriert werden muss.
Da sprungförmige Korrekturen eines Sensor-Offsets unmittelbar zu einem lateralen
Ruck des Fahrzeugs 1 , der von der Sprunghöhe abhängt, führen, kann als eine vorteilhafte Erweiterung vorgesehen sein, dass alle Sensor-Offset-Kalibierfunktionen im Fahrzeug 1 eine Änderung des jeweiligen Sensor-Offsets nicht sprunghaft, sondern nur bandbegrenzt vornehmen. Geschehen die Offsetkompensationen für die Fahrzeugsensoren beispielsweise höchstens mit einem definierten maximalen Gradienten, dem der Ausgang der Zentrier-Kalibrierung delta_kalib stets mit kleinem Schleppfehler in der Größenordnung von 0,03 Grad folgen kann, dann kann auf die nichtlineare bzw. progressive Gewichtung des Betrages des Querablagefehlers delta_y in der Kalibrierungsfunktion 12 als Maßnahme zur Erhöhung der Dynamik auch verzichtet werden.
Der Beitrag von delta_kalib zur Gesamt-Stellgröße delta_soll_kalib wird in vorteilhafter Weise weiterhin in der maximalen Amplitude begrenzt durch eine Limitierung des Integratorzustands in der Kalibrierfunktion 12. Dazu kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y durch die Kalibrierfunktion 12 angehalten wird, wenn der oder ein durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y ermittelte Integrationswert der Kalibrierfunktion 12 einem vorgegebenen Grenzwert entspricht.
Der Grenzwert bzw die maximale Amplitude des Integrators bzw. der Kalibrierfunktion 12 richtet sich dabei beispielsweise nach der Summe der maximalen Einflüsse aller Offsetgrößen auf den Lenkwinkel-Sollwert delta_soll und den Lenkwinkel-Istwert. Weisen delta_komp, delta_vorst und delta_offset beispielsweise einen maximalen Offsetfehler von jeweils 0,05 Grad auf, dann ist delta_kalib auf ein Intervall von +/- 0,15 Grad zu beschränken. Die Winkelangaben beziehen sich dabei auf den Lenkwinkel des Fahrzeugs, beispielsweise einen Lenkwinkel an den Vorderrädern des Fahrzeugs. Bei diesem Vorgehen können vorteilhaft auch die sonst notwendigen Maßnahmen zur Vermeidung von Integrator-Windup Effekten in der Kalibrierfunktion 12 entfallen.
Alternativ zu einer Limitierung des Integratorzustands kann auch eine Tiefpassfilterfunktion verwendet werden, beispielsweise ein PT-1 Filter. Auch hierdurch können Windup-Effekte vermieden werden. Die Offsetsituation kann dabei zwar nicht vollständig eliminiert werden, die erreichte Zentnergenauigkeit kann dennoch ausreichend sein.
Bei Kurvenfahrt hängt der Querablagefehler infolge eines Fehlers der Vorsteuerung nicht nur von einem Offsetfehler der Krümmung ab, sondern auch von der Ungenauigkeit der hinterlegten Fahrzeugparameter, insbesondere von Unsicherheiten des Eigenlenkgradienten EG. Der Anteil der fehlerhaften Vorsteuerung infolge von Fehlern des Eigenlenkgradienten EG ergibt sich durch Anwendung des totalen Differentials auf Gleichung (1 ) und Auswertung für EG bzw. dessen Fehler EG_err als
(8) delta_vorst_EG_err = (d delta_vorst/d EG) * EG_err
= (d(kappa * (I + EG * vA2)) / d EG ) * EG_err
= kappa * vA2 * EG_err
Beiträge von delta_vorst_EG_err haben die Wirkung einer Störung auf die Querregelung des Fahrzeugs 1 und rufen anteilig einen Querablagefehler delta_y hervor, der zu einem fehlerhaften Auslenken von delta_kalib führt. Das Signal delta_kalib reagiert damit nicht nur auf Sensor-Offsetgrößen. Solange EG_err begrenzt ist, ist bedingt durch die große Integrationszeitkonstante der Zentrier-Kalibrierung die Auswirkung von EG_err auf die Fahrzeugebene jedoch nur gering. Die Integrationszeitkonstante ist dabei definiert als der Kehrwert des Integrierbeiwertes ki.
Dies gilt auch deshalb, da ein fehlerhaftes Auslenken von delta_kalib in Kurven auf den Geradeaus-Passagen der Fahrbahn wieder korrigiert wird. Bei größerer Variation von EG_err kann als Abhilfe der Wert für EG im Fahrzeug an die aktuellen Begebenheiten wie Fahrzeugmasse m oder Reifensteifigkeiten durch einen Adaptionsalgorithmus fortlaufend angepasst werden, wodurch EG_err sinkt und damit auch der Beitrag von delta_vorst_EG_err.
Weiterhin kann bei größerer Variation von EG_err die Kalibrierfunktion 12 bei hohen Werten für das Produkt kappa * vA2 ausgesetzt werden. Es kann also vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y durch die Kalibrierfunktion 12 angehalten wird, wenn das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v und dem Krümmungswert kappa der Solltrajektorie 5 und/oder dem Krümmungswert der Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Hierzu wird vorteilhafterweise die Krümmung kappa zunächst tiefpassgefiltert, beispielsweise mittels PT-1 -Algorithmus, und dann der Absolutwert einem von der Fahrgeschwindigkeit v abhängigen Schwellwertvergleich unterzogen. Liegt die gefilterte Krümmung oberhalb dieser Schwelle, wird die Kalibrierfunktion 12 temporär angehalten.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y durch die Kalibrierfunktion 12 angehalten wird, wenn der oder ein gemessener und/oder prädizierter Krümmungswert kappa der oder einer von dem Fahrzeug 1 befahrenen Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt und/oder wenn ein Krümmungswert der Solltrajektorie 5 einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Besitzt die Krümmung ihrerseits vorübergehend einen größeren Offsetfehler, bis die Kalibrierung der Kamera diesen Fehler kompensiert hat, so kann dies die Kalibriertätigkeit der Kalibrierfunktion 12 für höhere Fahrgeschwindigkeiten temporär reduzieren. Der Adaptionsbereich verschiebt sich dabei aber nur um das Maß des Krümmungsoffsets, so dass die Kalibriertätigkeit nicht vollständig zum Erliegen kommt. Außerdem wird bei Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit v und damit Reduzierung des Produktes kappa * vA2 die Kalibrierung wieder verstärkt ausgeführt.
Störungen der Kalibrierung können insbesondere auch durch den eingreifenden Fahrer hervorgerufen werden, welcher beispielsweise durch ein Lenken an einem Lenkrad des Fahrzeugs 1 den Querablagefehler delta_y direkt beeinflussen kann. Zur Abhilfe kann die Kalibrierfunktion 12, das heißt die Integration des Querablagefehlers delta_y, bei einem Fahrereingriff am Lenkrad angehalten werden. Es ist insbesondere möglich, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y angehalten und/oder die Beaufschlagung der Stellgröße delta_soll mit dem Kalibrierwert delta_kalib ausgesetzt wird, wenn durch einen Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs 1 ein Lenkmoment M oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und/oder ein den aktuellen Querablagefehler delta_y vergrößerndes Lenkmoment M erzeugt wird.
Eine höhere Verfügbarkeit und damit auch eine schnellere Konvergenz der Kalibrierfunktion 12 kann jedoch dadurch erreicht werden, dass die Kalibrierfunktion 12 nur dann angehalten wird, wenn der Fahrer in die Richtung einer Vergrößerung des Querablagefehlers delta_y lenkt. Dies kann durch Vorzeichenvergleich des Fahrerlenkmoments M und des Querablagefehler delta_y geschehen. Ist der Zählpfeil des Fahrerlenkmoments M zum Beispiel derart definiert, dass ein Lenken in Fahrtrichtung nach links ein positives Moment bedingt und ein positiver Querablagefehler die Positionierung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung rechts der geplanten Solltrajektorie 5 bedeutet, dann müssen als Stopp-Bedingung der Kalibrierfunktion die Vorzeichen von Fahrerlenkmoment M und Querablagefehler unterschiedlich sein.
Der Integrationsbeiwert ki wird zunächst für die Ausführung der Spurassistenz für Lenkeingriffe des Fahrers unterhalb einer definierten Intensität, bewertet beispielsweise anhand der Höhe des gemessenen Fahrerlenkmoments M, als Grundauslegung vorgenommen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass bei einem Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs 1 , welcher ein den aktuellen Querablagefehler delta_y reduzierendes Lenkmoment M erzeugt, die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne mit einer erhöhten Gewichtung, insbesondere mit einem erhöhten Integrierbeiwert, erfolgt. Dadurch kann der Integrationsbeiwert gegenüber der Grundauslegung gezielt angehoben werden, wenn ein Fahrereingriff erkannt wird und der Fahrer gleichzeitig in Richtung einer Verkleinerung des Querablagefehlers delta_y lenkt. Das Lenken des Fahrers kann dabei als eine Bestätigung des Kalibriervorgangs der Kalibrierfunktion 12 angesehen werden, was eine Anhebung der Kalibrierdynamik durch Anheben des Integrierbeiwertes ki rechtfertigt.
Wie beschrieben ist die Wirkung von Offsetgrößen auf den Querablagefehler delta_y teilweise von der Fahrgeschwindigkeit v abhängig. Dies gilt beispielsweise für die Offsetfehler, die im Ausgang der Störungskompensatoren delta_komp enthalten sind, oder dem Offsetfehler, der Bestandteil der Krümmungsvorsteuerung delta_vorst ist. Bei einer Änderung der Fahrgeschwindigkeit muss sich daher stets auch delta_kalib ändern, um den Querablagefehler gering zu halten, obwohl die für den Querablagefehler ursächlichen Offsetgrößen in Gierrate g, Querbeschleunigung a ateral und Vorsteuer-Krümmung kappa in der Betrachtung als konstant angenommen werden. Aufgrund der hohen Integrationszeitkonstante der Kalibrierfunktion 12 und damit der geringen Dynamik der Kalibrierfunktion 12 nimmt die Anpassung an die geänderte Fahrgeschwindigkeit v eine relativ lange Zeit in Anspruch, während derer die Genauigkeit der Spurführung reduziert ist.
Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft, anstelle eines einzelnen Integrators als Speicher für delta_kalib für den gesamten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Anordnung aus mehreren Integratoren bzw. Speichern zu verwenden, so wie es beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist.
In Fig. 3 ist die Verwendung von mehreren Integrierfunktionen 12_1 bis 12_N dargestellt. Ferner sind eine Interpolationseinheit 16, eine Initialisierungseinheit 17, eine Integrationsbeiwertbestimmungseinheit 18 sowie eine Ablaufsteuereinheit 19 als Teil der Steuereinrichtung 2 abgebildet.
Den Integrierfunktionen 12_1 bis 12_N ist jeweils ein unterschiedliches Geschwindigkeitsintervall zugewiesen, wobei die Integrierfunktionen12_1 bis 12_N jeweils bei einer innerhalb des ihnen jeweils zugewiesenen Geschwindigkeitsintervalls liegenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 den Querablagefehler delta_y zeitlich integrieren. Der gesamte Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit ist also in N > 1 Teilintervalle untergliedert, die jeweils nur einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich abdecken und denen jeweils eine Kalibrierfunktion 12 bzw. ein dedizierter Integrator zugeordnet ist. Somit ist zu einem Zeitpunkt stets nur eine einzelne Kalibrierfunktion 12 aktiv, während die restlichen Kalibrierfunktionen 12 angehalten werden bzw. auf deren Eingänge ein Eingangssignal vom null geschaltet wird. Die jeweils aktive Kalibrierfunktion Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N wird hingegen mit dem gewichteten Querablagefehler delta_y versorgt und jeder Integrator erzeugt ein eigenes delta_kalib_v(k), k = [1...N], Der Kalibrierwert delta_kalib_v(1 ) bis delta_kalib_v(N) der jeweiligen Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N, deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 umfasst, kann als resultierendes delta_kalib direkt auf die Stellgröße delta_soll aufgeschaltet werden. Die Gewichtung des Querablagefehlers delta_y kann dabei jeweils mit einem konstanten Integrierbeiwert ki oder über einen von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Faktor ki(v) erfolgen.
Der Integrierbeiwert ki bzw. ki(v) kann dabei für die einzelnen Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N durch die Integrationsbeiwertbestimmungseinheit 18 ermittelt werden. Dazu kann die Integrationsbeiwertbestimmungseinrichtung 18 als Eingangsgrößen zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit v, das Lenkmoment M eines Fahrers des Fahrzeugs 1 , den aktuellen Querablagefehler delta_y sowie die gemessene oder prädizierte Krümmung kappa erhalten.
Die Zentren der N Fahrgeschwindigkeitsintervalle stellen quasi die Stützstellen für die Ausgabewerte delta_kalib_v(k) dar. Um aus den einzelnen Beiträgen delta_kalib_v(k) nun ein resultierendes delta_kalib zu gewinnen, kann zusätzlich oder alternativ ein durch die Interpolationseinheit 16 aus den Kalibrierwerten delta_kalib_v(1 ) bis delta_kalib_v(N) ermittelter Gesamtkalibrierwert delta_kalib_ges auf die Stellgröße delta_soll aufgeschaltet werden. Der Gesamtkalibrierwert delta_kalib_ges wird dabei aus zwei oder mehr der durch die Integrierfunktionen 12 erzeugten Kalibrierwerten delta_kalib_v(1 ) bis delta_kalib_v(N) insbesondere derart ermittelt, dass der Gesamtkalibrierwert delta_kalib_ges auch bei einem Wechsel zwischen zwei oder mehr der Geschwindigkeitsintervalle zeitlich stetig ist. Durch die Interpolationseinheit 16 kann dies beispielsweise über eine lineare Interpolation umgesetzt werden, wobei die Interpolationseinheit als Eingangsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit v erhält.
Dazu wird zum Beispiel in Abhängigkeit von den beiden Abständen der aktuellen Fahrgeschwindigkeit zu den beiden Zentren benachbarter Geschwindigkeitsbereiche delta_kalib_ges aus delta_kalib_v(k) und delta_kalib_v(k+1 ) linear kombiniert. Es gilt
(9) delta_kalib_ges = delta_kalib_v(k) * a + delta_kalib_v(k+1 ) * (1-a) mit a = (v-v(k)) / (v(k+1 ) - v(k)), v > v(k), v < v(k+1 )
Eine Interpolation zwischen den einzelnen Integratorzuständen delta_kalib_v(k) ist auch aus dem Grunde vorteilhaft, dass bei einem Übergang von einem in einen anderen Geschwindigkeitsbereich kein Sprung von delta_kalib_ges auftritt.
Sprünge im Lenkwinkelsollwert delta_soll_kalib führen zu einem lateralen Ruck des Fahrzeugs 1 und sind aus Gründen des Fahrkomforts zu vermeiden. Der Vorteil der Verwendung einer Bank von Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N bzw. einer Bank von Integratoren gegenüber der Verwendung eines einzelnen Integrators zeigt sich vor allem beim Beschleunigen oder bei Abbremsungen und damit dem häufigen Wechsel der Geschwindigkeitsbereiche.
Wird die Fahrerassistenzfunktion vorwiegend in einem engen Geschwindigkeitsbereich betrieben, so kann der Fall auftreten, dass nur eine der Kalibrierfunktionen 12 dem Querablagefehler delta_y entsprechend aufgeladen wird, sodass nur diese Kalibrierfunktion 12 die aktuelle Offset-Situation korrekt abbildet. Durch die typische Drift der Offsetgrößen für Krümmung kappa, Gierrate gund Querbeschleunigung a ateral verlieren die Zustände der restlichen Integratoren zunehmend an Aktualität. Beim Eintreten in einen benachbarten Geschwindigkeitsbereich könnte es dann temporär zu einem größeren Querablagefehler delta_y und zeitgleich zu einem reduzierten Fahrkomfort kommen, bis die Anpassung an die aktuelle Offset-Situation abgeschlossen ist. Als Abhilfe kann vorteilhaft ein Vergessenheitsfaktor implementiert werden. Dazu kann vorgesehen sein, dass durch die Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N jeweils durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ein der Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N zugeordneter Integrationswert der Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N ermittelt wird, wobei die Integrationswerte der einen oder mehreren Integrationsfunktionen, bei denen die aktuelle Geschwindigkeit außerhalb des jeweiligen Geschwindigkeitsintervalls liegt, fortlaufend, insbesondere mit einer konstanten oder einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Rate, an den Integrationswert derjenigen Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N, in deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 liegt, angepasst werden.
Hierbei streben beispielsweise alle Integratorzustände bzw. Integrationswerte der inaktiven Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N den Zustand bzw. den Integrationswert der aktuell aktiven Kalibrierfunktion 12_1 bis 12_N mit einem einheitlichen oder für den jeweiligen Geschwindigkeitsbereich individuell festgelegten, vorgegebenen Gradienten an. Dieser Gradient kann sich zum Beispiel nach der Änderungsdynamik der Offsetgrößen richten. In der Applikation kann er vorteilhaft so bemessen werden, dass er 25% des sich einstellenden Gradienten für delta_kalib_v(k) für einen Querablagefehler von 0,2 m entspricht. Wird der angleichende Gradient zu hoch gewählt, so schwindet der Vorteil der Verwendung einer Bank von Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N gegenüber der Verwendung einer einzelnen Kalibrierfunktion 12.
Alternativ zu dem ausgeführten Gradientenverfahren können die Kalibrierfunktionen der aktuell nicht relevanten Geschwindigkeitsbereiche mit beispielsweise auf 10% bis 20% reduzierten Integrierbeiwerten weiter ausgeführt werden. Bei diesem Ansatz wird ein Überschreiten der Integratorzustände über den Integratorzustand des aktuell aktiven Geschwindigkeitsbereichs durch entsprechende Limitierungen vermieden. Je nach der Dynamik der Offseteinflüsse kann es vorteilhaft sein, den Zustand einer einzelnen Kalibrierfunktion 12 oder alle Zustände einer Mehrzahl von
Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N in einen nicht flüchtigen Speicher, beispielsweise einen Speicher der Steuereinrichtung 3, zu schreiben, um bei einem
Zündungs-Neustart des Fahrzeugs 1 auf die bereits kalibrierten Zustände der einen oder mehreren Kalibrierfunktionen 12 bzw. 12_1 bis 12_N aufsetzen zu können.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der größte Anteil der Offsetfehler keine oder nur eine geringe zeitliche Drift besitzen.
Das Speichern der Zustände bzw. der Integrierwerte der einen oder mehreren Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N kann durch die Initialisierungseinheit 17 erfolgen. Die Initialisierungseinheit 17 kann weiterhin auch die Initialisierung der
Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N sowie das Durchführen eines Zustandsabgleichs zwischen den Kalibrierfunktionen 12_1 bis 12_N bzw. ihrer aktuellen
Integrationswerte durchführen.
Die Ablaufsteuerungseinheit 19 kann beispielsweise eine Aktivierung und/oder eine Deaktivierung der automatischen Spurführung, das Eintreten einer Bedingung zum Anhalten einer zeitlichen Integration und/oder zur Beaufschlagung der Stellgröße delta_soll mit dem wenigstens einen Kalibrierwert delta_kalib, den Wechsel zwischen den Geschwindigkeitsintervallen und/oder weitere Ereignisse nachvollziehen und entsprechend einen Betrieb der wenigstens einen Kalibrierfunktion 12 bewirken.
Die Kalibrierfunktion 12 kann in ihrer grundsätzlichen Funktion auch als Form eines Integral-Anteils im Trajektorienfolgeregler 8 angesehen werden, weist jedoch bevorzugt die wesentlichen Eigenschaften bzw. die wesentlichen Unterschiede auf, dass der Integrationsbeiwert oder ein anderer, für die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y verwendeter Gewichtungsfaktor entgegen den für eine Querregelung 7 typischen Auslegungskriterien sehr gering ist und/oder dass die Kalibrierfunktion 12 bzw. die zeitliche Integration des Querablagefehlers delta_y bei einem Neustart des Assistenzsystems nicht mit null initialisiert wird, sondern auf den letzten erreichten Zustand aufsetzt bzw. diesen übernimmt. Der Vorteil hiervon ist, dass das Fahrzeug 1 bei einem Aktivieren der Fahrerassistenzfunktion quasi keinen lateralen Einschwingvorgang besitzt, sondern unmittelbar entlang der geplanten Solltrajektorie 5 fahren kann. Auch die vorangehend beschriebenen Erweiterungen der wenigstens einen Kalibrierfunktion 12 stellen weitere Unterschiede zu einem klassischen Integral-Anteil eines Querführungsreglers dar.
Die wenigstens eine Kalibrierfunktion 12 kann als separate Funktion ausgeführt werden oder alternativ auch zusätzlich zu einem bereits bestehenden Integral-Anteil im Trajektorienfolgeregler 8 implementiert werden. Die wenigstens eine Kalibrierfunktion 12 wird dabei insbesondere nur in den Aktivierungsphasen des Fahrerassistenzsysems eine Adaption vornehmen, bis der Integral-Anteil des Trajektorienfolgereglers 8 den Querablagefehler delta_y zu Null reduziert hat oder immer dann, wenn der Integral-Anteil des Trajektorienfolgereglers 8 zurückgesetzt wird und sich neu aufbauen muss. Dies kann beispielsweise für ein gemäß Level 2 autonom fahrendes System dann auftreten, wenn der Fahrer einlenkt.
Generell kann die Kalibrier-Dynamik der Kalibrierfunktion 12, d.h. die erforderliche Zeit, bis eine Anpassung des lateralen Versatzes 4 des Fahrzeugs 1 an die aktuelle Offset-Situation stattgefunden hat, größer sein als bei einem Fahrerassistenzsystem ohne einen Integral-Anteil im Trajektorienfolgeregler 8. Diesem Umstand kann zumindest teilweise durch eine Anhebung des Integrierbeiwertes bzw. der Integrierbeiwerte bei Verwendung der einen oder mehreren Kalibrierfunktionen 12 mit einem Trajektorienfolgeregler s ohne Integral-Anteil begegnet werden. Weiterhin kann bei Verwendung eines Integral-Anteils im Trajektorienfolgeregler 8 auf eine oder mehrere der Störkompensationen 10 für Seitenwind und/oder Fahrbahnneigung verzichtet werden. Dies hat zur Folge, dass auch eine wesentliche Quelle für Offsetfehler wegfällt und somit durch die Kalibrierfunktion 12 weniger Offseteffekte berücksichtigt werden müssen, was vorteilhaft eine geringere Anforderung an die Kalibrier-Dynamik der wenigstens einen Kalibrierfunktion 12 zur Folge hat.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Spurführung eines Fahrzeugs (1 ), wobei durch eine Querregelung (7) in Abhängigkeit eines einen lateralen Versatz (4) des Fahrzeugs (1 ) zu einer vorgegebenen Solltrajektorie (5) beschreibenden Querablagefehlers eine Stellgröße ermittelt wird, wobei eine Querposition des Fahrzeugs (1 ) in Abhängigkeit der Stellgröße auf die Solltrajektorie (5) eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße zusätzlich mit wenigstens einem Kalibrierwert beaufschlagt wird, wobei der Kalibrierwert durch wenigstens eine Kalibrierfunktion (12) zumindest teilweise in Abhängigkeit einer zeitlichen Integration des Querablagefehlers ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante der Kalibrierfunktion (12), insbesondere wenigstens um einen Faktor 2, größer ist als die dominante Zeitkonstante der Querregelung (7).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ein Integrationswert der Kalibrierfunktion (12) ermittelt wird, wobei der Integrationswert bei einer Deaktivierung der Spurführung beibehalten und bei einer erneuten Aktivierung der Spurführung als Startwert der zeitlichen Integration des Querablagefehlers verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querregelung (7) eine Vorsteuerung (9) umfasst, wobei die Vorsteuerung (9) in Abhängigkeit eines gemessenen und/oder prädizierten Krümmungswerts einer von dem Fahrzeug (1 ) befahrenen Fahrbahn eine Vorsteuergröße ermittelt, wobei die Stellgröße die Vorsteuergröße als eine Komponente enthält. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung in Abhängigkeit eines einen Eigenlenkgradienten des Fahrzeugs beschreibenden Fahrzeugmodells erfolgt, wobei der Eigenlenkgradient während des Betriebs des Fahrzeugs in Abhängigkeit wenigstens eines Fahrzeugparameters, insbesondere einer Fahrzeugmasse und/oder einer Reifensteifigkeit, angepasst wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers mit einem Gewichtungsfaktor, insbesondere einem Integrierbeiwert, erfolgt, welcher von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) abhängt und/oder mit steigendem Betrag des Querablagefehlers zunimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers durch die Kalibrierfunktion (12) angehalten wird, wenn:
- der oder ein durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ermittelte Integrationswert der Kalibrierfunktion (12) einem vorgegebenen Grenzwert entspricht,
- der oder ein gemessener und/oder prädizierter Krümmungswerts der oder einer von dem Fahrzeug (1 ) befahrenen Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt,
- ein Krümmungswert der Solltrajektorie (5) einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt,
- das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Fahrbahn einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, und/oder das Produkt aus dem Quadrat der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Krümmungswert der Solltrajektorie (5) einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Integration des Querablagefehlers angehalten und/oder die Beaufschlagung der Stellgröße mit dem Kalibrierwert ausgesetzt wird, wenn durch einen Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs (1 ) ein Lenkmoment oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und/oder ein den aktuellen Querablagefehler vergrößerndes Lenkmoment erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Lenkeingriff eines Fahrers des Fahrzeugs (1 ), welcher ein den aktuellen Querablagefehler reduzierendes Lenkmoment erzeugt, die zeitliche Integration des Querablagefehlers zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne mit einer erhöhten Gewichtung, insbesondere mit einem erhöhten Integrierbeiwert, erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Integrierfunktionen (12) verwendet werden, wobei den Integrierfunktionen (12) jeweils ein unterschiedliches Geschwindigkeitsintervall zugewiesen ist, wobei die Integrierfunktionen (12) jeweils bei einer innerhalb des ihnen jeweils zugewiesenen Geschwindigkeitsintervalls liegenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) den Querablagefehler zeitlich integrieren, wobei der Kalibrierwert der Integrationsfunktion (12), deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) umfasst, oder ein in Abhängigkeit dieses Kalibrierwerts ermittelter Gesamtkalibrierwert auf die Stellgröße aufgeschaltet wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtkalibrierwert aus zwei oder mehr der durch die Integrierfunktionen (12) erzeugte Kalibrierwerten derart ermittelt wird, dass der Gesamtkalibrierwert auch beim Wechsel zwischen zwei oder mehr der Geschwindigkeitsintervalle zeitlich stetig ist. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kalibrierfunktionen (12) jeweils durch die zeitliche Integration des Querablagefehlers ein der Kalibrierfunktion (12) zugeordneter Integrationswert der Kalibrierfunktion (12) ermittelt wird, wobei die Integrationswerte der einen oder mehreren Integrationsfunktionen, bei denen die aktuelle Geschwindigkeit außerhalb des jeweiligen Geschwindigkeitsintervalls liegt, fortlaufend, insbesondere mit einer konstanten oder einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Rate, an den Integrationswert der Kalibrierfunktion (12), in deren Geschwindigkeitsintervall die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) liegt, angepasst werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kalibrierfunktion (12) jeweils als ein I-Glied oder als ein PT1 -Glied ausgeführt ist. Steuergerät zum Erzeugen einer Stellgröße für wenigstens einen Querführungsaktor (3) eines Fahrzeugs (1 ), wobei das Steuergerät (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist. Fahrzeug umfassen wenigstens einen Querführungsaktor (3) sowie ein Steuergerät (2) nach Anspruch 14, wobei das Steuergerät (2) zur Ansteuerung des wenigstens einen Querführungsaktors (3) mit der Stellgröße eingerichtet ist. Computerprogramm, umfassend Instruktionen, welche eine Steuereinrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8392064B2 (en) * 2008-05-27 2013-03-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Systems, methods and devices for adaptive steering control of automotive vehicles
DE102008026233B4 (de) * 2008-05-29 2017-01-12 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Lenkradwinkel-Offsetkompensation
US11024178B2 (en) * 2017-09-25 2021-06-01 Continental Automotive Systems, Inc. System and method for autonomously steering a vehicle
US10671070B2 (en) * 2018-05-23 2020-06-02 Baidu Usa Llc PID embedded LQR for autonomous driving vehicles (ADVS)
DE102020208391B4 (de) * 2020-07-03 2024-08-14 Continental Autonomous Mobility Germany GmbH Verfahren zur teil- oder vollautonomen Führung eines Kraftfahrzeugs

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