EP4673355A1 - Lenkwinkelplanungssystem für ein fahrzeug und fahrzeug - Google Patents

Lenkwinkelplanungssystem für ein fahrzeug und fahrzeug

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Publication number
EP4673355A1
EP4673355A1 EP24708995.6A EP24708995A EP4673355A1 EP 4673355 A1 EP4673355 A1 EP 4673355A1 EP 24708995 A EP24708995 A EP 24708995A EP 4673355 A1 EP4673355 A1 EP 4673355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering angle
current
target
actual
derivative
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
EP24708995.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fleps-Dezasse
Julian KING
Lothar Kiltz
Felix Mesmer
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.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4673355A1 publication Critical patent/EP4673355A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the invention relates to a steering angle planning system for a vehicle comprising a sensor device for measuring a respective current actual steering angle value and a storage unit with corresponding target steering angle values.
  • the invention further relates to a vehicle and a method for operating such a steering angle planning system.
  • Trajectory control for a vehicle in the context of automated or assisted driving is subject to high accuracy requirements in terms of tracking accuracy, stability and robustness. These properties must be ensured across the entire working range of the trajectory control.
  • the steering system plays an important role here.
  • the specified guide track (target trajectory) is followed by electronically controlled steering axles by retrieving and implementing the necessary steering angle settings (target steering angle values) from a memory based on the current vehicle position.
  • EP 2977297 B1 discloses a method for determining a current steering angle of a motor vehicle, in which a steering wheel angle specified by a steering device of the motor vehicle is detected by a sensor device of the motor vehicle, and the steering angle set as a result of the specification by means of the steering device is determined using a predetermined steering angle characteristic curve which describes a dependency of the steering angle on the steering wheel angle, is determined by means of a control device of the motor vehicle, wherein a delay function which describes a time delay between the specification of the steering wheel angle and the setting of the steering angle is determined and the steering angle is additionally determined as a function of the delay function by means of the control device.
  • a steering angle planning system for a vehicle comprising a sensor device for measuring a respective current actual steering angle value and a storage unit with corresponding target steering angle values
  • the steering angle planning system is designed to determine the respective first actual derivative of the measured respective current actual steering angle value and the respective first target derivative of the respective current target steering angle value over time and further to determine a second actual derivative of the measured respective current actual steering angle value over time and a second target derivative of the respective current target steering angle value over time and to determine a respective current steering angle section in which the second actual derivative and the second target derivative each exceed a predetermined positive and negative threshold value at least once, wherein the current steering angle section has a maximum predetermined length
  • a correlator is also provided for determining a respective current time delay based on the respective first actual derivatives and the respective first desired derivatives in the respective current steering angle section and, wherein a parameter estimator is provided which is designed to recursively estimate a current temporal delay value based on a respective current time delay as input.
  • the derivatives are to be understood as time derivatives.
  • the angular velocity can preferably be equal to the first time derivative of the steering angle.
  • the second time derivative of the steering angle or the time derivative of the angular velocity can preferably be the angular acceleration.
  • a current time delay is the delay at the current point in time and the current time delay value, for example, corresponds to a delay calculated over a period of time.
  • the steering angle section can, for example, have a starting point, for example when the positive or negative threshold value of the second actual/target derivative is exceeded, and a length with which an online calculation is still possible.
  • the parameter estimator can be a model to be optimized, for example an artificial neural network or a recursive least squares estimator, which has internal parameters to be optimized, for example the nodes in the artificial neural network.
  • the second derivative is used to determine suitable steering angle sections in such a way that it is checked whether the second actual-Ztarget derivative of the target and actual steering angle values in the current steering angle section exceeds both a positive threshold value and a negative threshold value, ie a determination of suitable steering angle sections for calculating the current temporal delay value is carried out by checking the second actual/target derivative against a positive and a negative threshold value.
  • a current time delay can be determined using a correlator, for example by cross-correlation, i.e. that, for example, the first actual derivative/target derivative forms half a sine wave in the current steering angle section.
  • the values of the first actual derivative/target derivative in the current steering angle section can therefore be used to calculate a current time delay.
  • the current time delay is then passed on to the parameter estimator as input for determining the current time delay value.
  • the current temporal delay value can be used for trajectory control.
  • the steering angle planning system enables a temporal calculation of the current temporal delay value online.
  • the use of the current temporal delay value in a Steering angle planning system for, for example, a trajectory control system is possible regardless of the speed of calculation of the current time delay.
  • the current time delay value reflects an improved, real deceleration, since several current time delays are included in the calculations. Outliers, for example when the vehicle drives over a pothole and the derivatives of the actual steering angle value differ greatly due to a different friction value, are averaged out.
  • the steering angle planning system according to the invention can be used to determine the current time delay value of the steering angle follow-up control online with reasonable computing and storage effort, which is a great advantage for trajectory control systems, especially for autonomously/semi-autonomously operated vehicles.
  • the parameter estimator can be designed to recursively estimate the current time delay value based on the current time delay and current vehicle parameters as input, wherein the vehicle parameters include at least the vehicle speed.
  • Additional vehicle parameters such as the type of vehicle and the parameters related to the tires, can be entered.
  • a suitable sensor system for example a tachometer
  • a tachometer or can be pre-set, for example as the vehicle type.
  • the parameter estimator can be designed to estimate the current time delay value based on the current time delay and current vehicle parameters as well as current environmental data as input, recursively, ie based on at least previous results of the parameter estimator, wherein the vehicle parameters include at least the vehicle speed.
  • the environmental data can include at least the road condition or road surface condition and/or a recorded friction coefficient on the road surface.
  • the parameter estimator determines the current time delay value based on the current/previous time delays as well as the environmental data/vehicle data. This dependence on the current conditions means that the current time delay value can be determined more precisely.
  • the parameter estimator determines the current temporal deceleration value depending on the vehicle data such as vehicle speed and environmental data such as the road surface and the target steering angle.
  • the parameter estimator can be designed as a least squares estimator.
  • the least squares estimator is designed as a recursive least squares estimator. This allows a stable and fast determination of the current time delay value.
  • the recursiveness allows online use with currently occurring data with the same complexity in each recursion step.
  • a forgetting factor can be introduced, which forgets the results that are too old during the calculation. In this way, the historical data can become less important for the optimization and the current data can be weighted more heavily.
  • the parameter estimator can be designed as an artificial neural network, for example as a recurrent neural network. Such a network can also improve continuously.
  • the parameter estimator has internal parameters to be optimized for determining the current temporal delay value as output. These can be, for example, the nodes if the parameter estimator is designed as an artificial neural network.
  • the parameter estimator is preferably designed to use the parameters to be optimized internally, for example the nodes, as output for the future estimation of the current time delay value once an accuracy value has been achieved.
  • the parameter estimator starting from a certain quality, is only used as a known function in space in which the input data is entered and on the basis of which, for example with the already optimized nodes, if the parameter estimator is an artificial neural network, the current temporal delay value is determined as output.
  • the correlator is designed to determine the current time delay by means of a cross-correlation of the respective first actual derivatives and the respective first target derivatives in the current steering angle section. This is suitable for the stable determination of a current time delay in relatively short time periods of approximately 5s or approximately 500 data points, since the second target/actual derivative exceeds a predetermined positive and negative threshold value, so that it is ensured that the first actual/target derivatives in the steering angle section under consideration are essentially wave-shaped.
  • the steering angle planning system can be designed to determine a new current time delay value using the parameter estimator only when a newly determined current time delay is present.
  • the parameter estimator is thus only executed when a new current time delay and thus a new current steering angle section is available. This means that the computing capacity of the vehicle is not excessively burdened. This is particularly advantageous for autonomous/semi-autonomous vehicles.
  • a control unit can be provided for correcting the desired steering angle value to be set based on the current temporal deceleration value and/or to adapt a target trajectory taking into account the target steering angle value in conjunction with the current temporal deceleration value. This means that the target trajectory can be better adhered to overall.
  • a vehicle with a steering angle planning system as described above.
  • This can in particular be a semi-autonomous or autonomously operated vehicle.
  • the vehicle can have a receiving unit for receiving target steering angle values to be set at predetermined positions by one or more vehicles driving ahead and/or a trajectory generation system for generating a target trajectory based on at least navigation data and environmental data.
  • This can be a tracking vehicle that follows a leading vehicle or, for example, an autonomously operated vehicle that creates the target trajectories based on navigation data and environmental data recorded by a sensor system.
  • the steering angle planning system according to the invention which only places minimal demands on the computing capacity, does not place additional strain on the computing capacity, particularly in the case of an autonomously driving vehicle which requires a high computing capacity.
  • This can in particular be the steering angle planning system as described above. Furthermore, the advantages of the steering angle planning system can be transferred to the process.
  • FIG 1 a vehicle with a steering angle planning system according to the invention schematically in a first embodiment
  • FIG 2 exemplary actual steering angle values and target steering angle values, as well as their derivations
  • FIG 3 a cross-correlation applied offline to a first actual derivative and a first target derivative
  • FIG 4 comparison of a cross-correlation applied according to the invention
  • FIG 5 a current time delay
  • FIG 6 the process schematically
  • FIG 7 an example of the operation of the steering angle planning system.
  • FIG 1 shows a vehicle 1 according to the invention with a steering angle planning system 2 according to the invention.
  • the sensor device 3 is designed to detect the current actual steering angle values.
  • the sensor device 3 can have angle of rotation sensors and other sensors for detecting the actual steering angle values.
  • the steering angle planning system 2 comprises a storage unit 7 with stored target steering angle values.
  • a trajectory generation system (not shown) can be present for generating a target trajectory based on navigation data and environmental data, here for example the environmental data such as other road users and static objects. Based on the target trajectory, the target steering angle values for the target trajectory to be traveled are generated and stored in the storage unit 7.
  • the vehicle 1 can also be designed as a tracking vehicle. Such a vehicle receives the target steering angle values to be set from a vehicle driving ahead, which has the same target trajectory.
  • the vehicle 1 can have a corresponding receiving unit (not shown), for example for receiving the target steering angle values via radio (V2V connection).
  • the steering angle planning system 2 is designed, for example by means of a processor/computing unit, etc., to determine the first actual temporal derivatives and the second desired temporal derivatives over time.
  • the second temporal actual derivative of the measured respective current actual steering angle value over time and the second temporal target derivative of the respective current target steering angle value over time are determined.
  • the angular velocity can preferably be equal to the first time derivative of the steering angle.
  • the second time derivative of the steering angle or the time derivative of the angular velocity can preferably be the angular acceleration.
  • the steering angle planning system 2 determines a current steering angle section 4 (FIG. 2) in which the second actual derivative and the second target derivative each exceed a predetermined positive and negative threshold value at least once, the current steering angle section 4 (FIG. 2) having a maximum length.
  • the length of the steering angle section 4 (FIG. 2) under consideration is selected such that a calculation of the current time delay is possible, for example, by means of a cross-correlation, i.e. a positive and negative threshold value of the second actual derivative and the second target derivative are exceeded.
  • the steering angle section 4 (FIG. 2) can thus have a starting point, for example when the positive or negative threshold value of the second actual/target derivative is exceeded, and a length in which an online calculation is still possible, ie in which the computing and storage requirements for an online application are still met.
  • a length of approx. 5s or approx. 500 data points is selected, as these meet both conditions.
  • FIG 2 shows recorded actual steering angle values (actual) and set
  • the first temporal actual derivative (actual) of the actual steering angle values over time and the first temporal target derivative (target) of the target steering angle values to be set are shown in the middle diagram.
  • the second temporal actual derivative (actual) of the actual steering angle values over time and the second target derivative (target) of the target steering angle values to be set are shown in the diagram below.
  • the current steering angle section 4 in which the second actual derivative and the second desired derivative each exceed a predetermined positive and negative threshold value at least once, wherein the current steering angle section 4 may have a maximum length, is specified.
  • the steering angle planning system 2 (FIG. 1) has a correlator 5, which is designed to apply a cross-correlation to the first actual derivatives and the first desired derivatives in the steering angle section 4, i.e. in the section in which the first actual derivative and the first desired derivative have a wave-like course.
  • a current time delay for the steering angle section 4 is determined.
  • FIG 3 shows a cross-correlation function applied offline to a first actual derivative function and a first target derivative function of actual steering angle values and target steering angle values over time.
  • the actual steering angle values (act weel angle front) and target steering angle values (tgt weel angle front) are shown in the upper diagram and the first cross-correlation of the first actual derivative and the first target derivative is shown in the lower diagram.
  • FIG 4 shows a cross-correlation according to the invention applied online only to the respective steering angle sections 4.
  • the steering angle sections 4 with the actual steering angle values (act weel angle front) and the target steering angle values (tgt weel angle front) are shown in the upper diagram.
  • the steering angle sections 4 describe those areas in which the second actual derivative and the second target derivative exceed a positive and a negative threshold value. This ensures that the cross-correlation can be applied to the first actual derivative and the first target derivative without any problems (wave-like course of the first actual derivative and target derivative).
  • the cross-correlation is shown in the lower diagram.
  • FIG 5 shows the current time delay in the respective steering angle sections 4 above.
  • the steering angle planning system 2 has a parameter estimator, which is designed in particular as a recursive least squares estimator 6. Such an estimator delivers results quickly and reliably. The recursiveness allows online use with currently available data with the same complexity in each recursion step.
  • the parameter estimator can be designed as an artificial neural network, for example.
  • the Recursive Least Squares Estimator 6 receives the current time delay as input data.
  • the recursive least squares estimator 6 receives the current vehicle data, in particular the vehicle speed and environmental data such as road conditions and the friction coefficient of the tires in the steering angle section 4. Based on the vehicle data and the environmental data and the current time delay, a current time delay value is now determined recursively, ie based on at least some of the previous results of the recursive least squares estimator 6. Such a current time delay value can be determined online with reasonable computing and storage effort.
  • a forgetting factor can be introduced, by which the too old results of the recursive least squares estimator 6 are forgotten.
  • the steering angle planning system 2 only determines a new current time delay value when a newly determined current time delay and a new current steering angle section 4 are present. Since the previous current time delay value is used until then, no real-time calculation with excessive computing capacity is absolutely necessary. This means that the computing capacity of the vehicle is not excessively burdened. This is particularly advantageous for autonomous/semi-autonomous vehicles.
  • the steering angle planning system 2 can prevent inaccuracies and in particular delays in the follow-up control of the target steering angle.
  • the steering angle planning system 2 takes into account that the delays that arise in the steering angle follow-up control are variable in the working range and depend, for example, on the vehicle speed and the environmental parameters. This results in improved overall system performance.
  • a control unit (not shown) can be provided for correcting the target steering angle value to be set based on the current time delay value.
  • the steering angle planning system 2 thus meets the high requirements for tracking accuracy, stability and robustness for a trajectory control for a vehicle in the context of automated or assisted Driving in relation to the steering system is ensured in the entire working range of the trajectory control.
  • FIG 6 shows an overview of the steering angle planning system 2 and its method
  • the actual steering angle values are recorded and the target steering angle values to be set are provided.
  • the first temporal actual derivative and the first temporal target derivative of the actual steering angle values and target steering angle values and the second temporal actual derivative and the second temporal target derivative of the actual steering angle values and target steering angle values are determined over a period of time. If the second actual derivative and the second target derivative exceed a positive and negative threshold value, a current steering angle section 4 of predefined length is formed.
  • the current steering angle section 4 has a length in which an online calculation is still possible.
  • a cross-correlation of the first actual derivatives and the first target derivatives, which lie in the current steering angle section 4, is carried out in order to determine a current time delay.
  • the current time delay together with at least the vehicle speed and the friction coefficient/road condition are entered as parameters into the Recursive Least Squares Estimator 6, which estimates the current time delay value recursively, i.e. based on at least some previous results.
  • FIG 7 shows an example of an online estimation of the current time delay value.
  • the first upper diagram shows the target steering angle values (tgt weel angle front) and the actual steering angle values (act weel angle front).
  • the second diagram below the determined current steering angle sections 4 can be seen.
  • the third diagram below shows the current time delays and the average current time delay value.
  • the fourth diagram shows the vehicle speed.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkwinkelplanungssystem (2) für ein Fahrzeug (1) umfassend eine Sensoreinrichtung (3) zum Messen eines jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes, und eine Speichereinheit (7) mit entsprechenden Soll-Lenkwinkelwerten, wobei das Lenkwinkelplanungssystem (2) zum Bestimmen der jeweiligen ersten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes und der jeweiligen ersten Soll-Ableitung des jeweiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit ausgebildet ist und ferner zum Bestimmen einer zweiten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und einer zweiten Soll-Ableitung des jeweiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit und zum Bestimmen eines jeweils aktuellen Lenkwinkelabschnittes (4), bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt (4) eine maximale vorgegebene Länge aufweist, und wobei ferner ein Korrelator (5) vorgesehen ist, zum Bestimmen einer jeweils aktuellen Zeitverzögerung anhand der jeweiligen ersten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem jeweiligen aktuellen Lenkwinkelabschnitt (4) und, wobei ein Parameterschätzer vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, anhand einer jeweiligen aktuellen Zeitverzögerung als Eingabe rekursiv einen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert zu schätzen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenkwinkelplanungssystems.

Description

Lenkwinkelplanungssystem für ein Fahrzeug und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Lenkwinkelplanungssystem für ein Fahrzeug umfassend eine Sensoreinrichtung zum Messen eines jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes, und eine Speichereinheit mit entsprechenden Soll-Lenkwinkelwerten. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenkwin- kelplanungssystems.
An eine Trajektorien-Regelung für ein Fahrzeug im Kontext des automatisierten oder assistierten Fahrens werden hohe Genauigkeitsanforderungen an Trackinggenauig- keit, Stabilität und Robustheit gestellt Diese Eigenschaften müssen im gesamten Ar- beitsbereich der Trajektorien-Regelung sichergestellt werden. Das Lenksystem als die hauptsächliche Schnittstelle der Trajektorienregelung zur Fahrzeugquerdynamik nimmt dabei eine wichtige Rolle ein. Die vorgegebene Leitspur (Solltrajektorie) wird durch elektronisch angesteuerte Lenkachsen nachgefahren, indem entsprechend der aktuellen Fahrzeugposition die notwendigen Lenkwinkeleinstellungen (Soll-Lenkwin- kelwerte) aus einem Speicher abgerufen und umgesetzt werden.
Dies ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da die Übertragungskette von Sollkrüm- mung zu Istkrümmung vielen veränderlichen bzw. unbekannten Einflüssen unterliegt, wie z.B. dem Fahrbahnkontakt, der Fahrzeugbeladung, dem Reifen, etc. Aufgrund der oben beschriebenen Einflüsse ist es eine große Herausforderung die Lenkwinkel- vorgabe so zu wählen, dass sich die gewünschte Istkrümmung einstellt. Ungenauig- keiten und insbesondere Verzögerungen bei der Folgeregelung des Solllenkwinkels, welcher von der Trajektorienregelung berechnet wird, stellen dabei eine starke Ein- schränkung der Gesamtsystemperformanz dar.
Die EP 2977297 B1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Lenk- winkels eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein mittels einer Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs vorgegebener Lenkradwinkel mittels einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs erfasst wird, und der sich in Folge der Vorgabe mittels der Lenkein- richtung eingestellte Lenkwinkel anhand einer vorbestimmten Lenkwinkelkennlinie, welche eine Abhängigkeit des Lenkwinkels von dem Lenkradwinkel beschreibt, mitels einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, wobei eine Verzö- gerungsfunktion, welche eine zeitliche Verzögerung zwischen der Vorgabe des Lenk- radwinkels und der Einstellung des Lenkwinkels beschreibt, bestimmt wird und der Lenkwinkel zusätzlich in Abhängigkeit von der Verzögerungsfunktion mittels der Steuereinrichtung bestimmt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Lenkwinkelplanungssystem für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug selber als auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenkwinkelplanungssystems anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lenkwinkelplanungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeig- net miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lenkwinkelplanungssystem für ein Fahrzeug um- fassend eine Sensoreinrichtung zum Messen eines jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwin- kelwertes, und eine Speichereinheit mit entsprechenden Soll-Lenkwinkelwerten, wobei das Lenkwinkelplanungssystem zum Bestimmen der jeweiligen ersten Ist-Ab- leitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes und der jeweiligen ersten Soll-Ableitung des jeweiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit ausgebildet ist und ferner zum Bestimmen einer zweiten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktu- ellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und einer zweiten Soll-Ableitung des jeweili- gen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit und zum Bestimmen eines jeweils aktuellen Lenkwinkelabschnittes, bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt eine maxi- male vorgegebene Länge aufweist, und wobei ferner ein Korrelator vorgesehen ist, zum Bestimmen einer jeweils aktuel- len Zeitverzögerung anhand der jeweiligen ersten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem jeweiligen aktuellen Lenkwinkelabschnitt und, wobei ein Parameterschätzer vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, anhand einer jeweiligen aktuellen Zeitverzögerung als Eingabe rekursiv einen gegenwärtigen zeitli- chen Verzögerungswert zu schätzen.
Die Ableitungen sind als zeitliche Ableitungen zu verstehen.
Dabei kann vorzugsweise die Winkelgeschwindigkeit gleich der ersten zeitlichen Ab- leitung des Lenkwinkels sein.
Die zweite Zeitableitung des Lenkwinkels bzw. die zeitliche Ableitung der Winkelge- schwindigkeit kann bevorzugt die Winkelbeschleunigung sein.
Dabei ist eine aktuelle Zeitverzögerung die Verzögerung zum aktuellen Zeitpunkt und der gegenwärtige zeitliche Verzögerungswert beispielsweise entspricht einer über eine Zeitspanne berechneter Verzögerung.
Der Lenkwinkelabschnitt kann beispielsweise einen Startpunkt aufweisen, beispiels- weise ab Überschreiten des positiven oder negativen Schwellenwertes der zweiten Ist-/Soll-Ableitung und eine Länge mit der eine online Berechnung noch möglich ist.
Der Parameterschätzer kann ein zu optimierendes Modell sein, beispielsweise ein künstliches neuronales Netz oder ein Recursive Least Squares Schätzer, welches zu optimierende interne Parameter aufweist, beispielsweise die Knoten bei dem künstli- chen neuronalen Netz.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine einmalige offline Bestimmung des zeitli- chen Verzögerungswertes eines Lenksystems keine hinreichend gute Kenntnis der Verzögerung bietet.
Diese zeitlichen Verzögerungen, insbesondere bei der Folgeregelung des Solllenk- winkels, welcher von der Trajektorienregelung berechnet wird, stellen jedoch eine starke Einschränkung der Gesamtsystemperformanz dar. Erfindungsgemäß wird durch eine Bestimmung der zweiten Ableitungen der Soll- und Ist-Lenkwinkelwerte und eine Bestimmung eines aktuellen Lenkwinkelabschnittes si- chergestellt, dass der Zeithorizont für eine Berechnung eines solchen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes geeignet ist. Dabei wird die zweite Ableitung zur Er- mittlung geeigneter Lenkwinkelabschnitte in der Art herangezogen, indem geprüft wird, ob die zweite Ist-ZSoll-Ableitung des Soll- und Ist-Lenkwinkelwertes im aktuellen Lenkwinkelabschnitt sowohl einen positiven Schwellenwert als auch einen negativen Schwellenwert überschreiten, d.h. es wird eine Bestimmung geeigneter Lenkwinkel- abschnitte für die Berechnung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes durch Prüfen der zweiten Ist-/Soll-Ableitung gegen einen positiven und einen negati- ven Schwellenwert durchgeführt.
Durch die Prüfung gegen einen positiven und negativen Schwellenwert wird sicher- gestellt, dass eine jeweils aktuelle Zeitverzögerung anhand eines Korrelators, bei- spielsweise durch eine Kreuzkorrelation bestimmbar ist, d.h. dass beispielsweise die erste Ist-Ableitung/Soll-Ableitung eine halbe Sinuswelle in dem aktuellen Lenkwinkel- abschnitt ausbilden. Somit können die Werte der ersten Ist-Ableitung/Soll-Ableitung in dem aktuellen Lenkwinkelabschnitt zur Berechnung einer aktuellen Zeitverzöge- rung herangezogen werden.
Somit wird sichergestellt, dass auch ein kurzer Zeitabschnitt, welcher online bei- spielsweise im Fahrzeug berechenbar ist, geeignet ist, um eine Korrelation darauf anzuwenden. Die aktuelle Zeitverzögerung wird dann an den Parameterschätzer als Eingabe zur Bestimmung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes weiter- gegeben.
Somit kann der gegenwärtige zeitliche Verzögerungswert für eine Trajektorienrege- lung herangezogen werden.
Durch das erfindungsgemäße Lenkwinkelplanungssystem ist eine zeitliche Berech- nung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes online möglich. Die Verwen- dung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes in einem Lenkwinkelplanungssystem für beispielsweise ein Trajektorienregelungssystem ist unabhängig von der Schnelligkeit der Berechnung der aktuellen Zeitverzögerung möglich.
Zudem spiegelt der gegenwärtige zeitliche Verzögerungswert eine verbesserte, reale Verzögerung wider, da hier mehrere aktuelle Zeitverzögerungen in die Berechnun- gen miteinbezogen werden. Ausreißer, beispielsweise wenn ein Schlagloch vom Fahrzeug überfahren wird, und die Ableitungen des Ist-Lenkwinkelwertes aufgrund eines anderen Reibwertes sich stark unterscheidet, werden dadurch herausgemittelt.
Durch das erfindungsgemäße Lenkwinkelplanungssystem kann online mit vertretba- ren Rechen- und Speicheraufwand der gegenwärtige zeitliche Verzögerungswert der Lenkwinkelfolgeregelung bestimmt werden, was ein großer Vorteil für Trajektorienre- gelungssysteme, insbesondere für autonom/teilautonom betriebene Fahrzeuge ist
In weiterer Ausbildung kann der Parameterschätzer dazu ausgebildet sein, anhand der aktuellen Zeitverzögerung und aktuellen Fahrzeugparameter als Eingabe rekur- siv, den gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert zu schätzen, wobei die Fahr- zeugparameter zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
Dabei können weitere Fahrzeugparameter, wie Typ des Fahrzeugs und die Parame- ter bezogen auf die Reifen eingegeben werden.
Diese können anhand eines geeigneten Sensorsystems beispielsweise Drehzahl- messer erfasst werden, oder vorab eingestellt sein, beispielsweise wie der Fahrzeug- typ-
In weiterer Ausführungsform kann der Parameterschätzer dazu ausgebildet sein, an- hand der aktuellen Zeitverzögerung und aktuellen Fahrzeugparameter als auch aktu- ellen Umgebungsdaten als Eingabe, rekursiv, d.h., basierend auf zumindest vorange- gangener Ergebnisse des Parameterschätzers, den gegenwärtigen zeitlichen Verzö- gerungswert zu schätzen, wobei die Fahrzeugparameter zumindest die Fahrzeugge- schwindigkeit umfassen. Dabei können die Umgebungsdaten zumindest die Straßenbeschaffenheit bzw. Fahr- bahnbeschaffenheit und/oder einen erfassten Reibwert auf der Straßenoberfläche umfassen.
Dadurch werden relevante Einflussfaktoren miteinbezogen, wie die Fahrzeugge- schwindigkeit, Reifenwerte, der Fahrbahnbeschaffenheit und weitere Umgebungsda- ten / Fahrzeugdaten miteinbezogen. Dadurch ermittelt der Parameterschätzer den gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert anhand der aktuellen/vorangegangenen Zeitverzögerungen als auch der Umgebungsdaten / Fahrzeugdaten. Durch diese Ab- hängigkeit von den aktuellen Gegebenheiten kann der gegenwärtige zeitliche Verzö- gerungswert exakter bestimmt werden.
Dies bedeutet, dass der Parameterschätzer den gegenwärtigen zeitlichen Verzöge- rungswert in Abhängigkeit der Fahrzeugdaten wie Fahrzeuggeschwindigkeit und Um- gebungsdaten wie der Straßenoberfläche und des Soll-Lenkwinkels ermittelt.
In weiterer Ausbildung kann der Parameterschätzer als Kleinste-Quadrate-Schätzer ausgebildet sein. Insbesondere ist der Kleinste-Quadrate-Schätzer als ein Recursive Least Squares Schätzer ausgebildet. Dadurch kann eine stabile und schnelle Ermit- lung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes erzielt werden. Die Rekursivi- tät erlaubt die Online-Nutzung mit aktuell anfallenden Daten bei gleichbleibender Komplexität in jedem Rekursionsschritt. Insbesondere kann ein Vergessensfaktor eingeführt werden, welche die zu alten Ergebnisse bei der Berechnung vergisst. So- mit können die historischen Daten für die Optimierung an Bedeutung verlieren und die aktuellen Daten stärker gewichtet werden.
Alternativ kann der Parameterschätzer als künstliches neuronales Netz ausgebildet sein, beispielsweise als rekurrentes neuronales Netz. Ein solches kann sich ebenfalls stetig verbessern.
Ferner weist der Parameterschätzer in einer weiteren Ausbildung zu optimierende in- terne Parameter zur Bestimmung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes als Ausgabe auf. Dies können beispielsweise die Knoten sein, wenn der Parameter- schätzer als künstliches neuronales Netz ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise der Parameterschätzer dazu ausgebildet, ab einem erzielten Genauigkeitswert der intern zu optimierenden Parameter, also beispielsweise der Knoten, diese für die zukünftige Schätzung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes als Ausgabe heranzu- ziehen.
Dies bedeutet, dass der Parameterschätzer ab einer Güte lediglich nur noch als be- kannte Funktion im Raum genutzt wird, in der die Eingangsdaten eingegeben werden und anhand dessen beispielsweise mit den bereits optimierten Knoten, falls der Para- meterschätzer ein künstliches neuronales Netz ist, der gegenwärtige zeitliche Verzö- gerungswert als Ausgabe bestimmt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Korrelator dazu ausgebildet, die aktuelle Zeit- verzögerung mittels einer Kreuzkorrelation der jeweiligen ersten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem aktuellen Lenkwinkelabschnit zu ermit- teln. Dieser eignet sich zur stabilen Bestimmung einer aktuellen Zeitverzögerung bei relativen kurzen Zeitspannen, von ca. 5s bzw. ca. 500 Datenpunkten, da die zweite Soll-/Ist-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert über- schreiten, so dass sichergestellt ist, dass die ersten Ist-/Soll-Ableitungen im betrach- teten Lenkwinkelabschnitt im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet sind.
Ferner kann das Lenkwinkelplanungssystem in einer weiteren Ausbildung dazu aus- gebildet sein, einen neuen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert anhand des Parameterschätzers nur jeweils dann zu bestimmen, wenn eine neu bestimmte aktu- elle Zeitverzögerung vorliegt. Der Parameterschätzer wird quasi dadurch nur bei Ver- fügbarkeit einer neuen aktuellen Zeitverzögerung und damit einem neu vorhandenen aktuellen Lenkwinkelabschnitt ausgeführt. Dadurch wird die Rechenkapazität des Fahrzeugs nicht übermäßig belastet. Dies ist insbesondere bei autonom/teilautonom fahrenden Fahrzeugen von Vorteil.
In weiterer Ausführungsform kann eine Steuerungseinheit vorgesehen sein, zur Kor- rektur des einzustellenden Soll-Lenkwinkelwertes anhand des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes und/oder zur Anpassung einer Solltrajektorie unter Berücksichtigung des Soll-Lenkwinkelwertes in Verbindung mit dem gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert. Dadurch kann insgesamt die Solltrajektorie besser ein- gehalten werden.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einem wie oben beschriebe- nen Lenkwinkelplanungssystem. Dabei kann es sich insbesondere um ein teilauto- nom oder autonom betriebenes Fahrzeug handeln.
In einer weiteren Ausbildung kann das Fahrzeug eine Empfangseinheit aufweisen zum Empfangen von einzustellenden Soll-Lenkwinkelwerten an vorgegebenen Positi- onen durch ein oder mehrere vorausfahrende Fahrzeuge und/oder ein Trajektoriege- nerierungssystem aufweisen, zum Generieren einer Solltrajektorie anhand zumindest von Navigationsdaten und Umgebungsdaten.
Dabei kann es sich um ein nachgeführtes Fahrzeug handeln, welches einem voraus- fahrenden Führungsfahrzeug folgt oder beispielsweise um ein autonom betriebenes Fahrzeug, welches die Solltrajektorien anhand von Navigationsdaten und von einem Sensorsystem aufgenommenen Umgebungsdaten erstellt.
Durch das erfindungsgemäße Lenkwinkelplanungssystem, welches die Rechenkapa- zitäten nur im geringen Maß beansprucht, werden dabei insbesondere bei einem au- tonom fahrenden Fahrzeug, welches eine hohe Rechen kapazität benötigt, diese nicht zusätzlich belastet.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkwinkel- planungssystems für ein Fahrzeug umfassend der Schritte:
- Messen eines jeweiligen aktuellen I st-Len kwinkelwertes,
- Bereitstellen von korrespondierenden Soll -Lenkwinkelwerten,
- Bestimmen der jeweiligen ersten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen ak- tuellen Ist-Lenkwinkelwertes und der jeweiligen ersten Soll-Ableitung des je- weiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit, - Bestimmen einer zweiten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und einer zweiten Soll-Ableitung des jewei- ligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit,
- Bestimmen eines jeweils aktuellen Lenkwinkelabschnittes, bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt eine maximale vorgegebene Länge aufweist,
- Bestimmen einer jeweils aktuellen Zeitverzögerung anhand der jeweiligen ers- ten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem aktuel- len Lenkwinkelabschnitt anhand eines Korrelators,
- Eingeben einer jeweiligen aktuellen Zeitverzögerung in einen Parameterschät- zer zum rekursiven Schätzen eines gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungs- wertes.
Dabei kann es sich hierbei insbesondere um das wie oben beschriebene Lenkwinkel- planungssystem handeln. Ferner können die Vorteile des Lenkwinkelplanungssys- tems auf das Verfahren übertragen werden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Vari- ationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen.
Die Figuren zeigen schematisch:
FIG 1 : ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenkwinkelplanungssystem schematisch in einer ersten Ausgestaltung,
FIG 2: beispielhafte Ist- Lenkwinkelwerte und Soll-Lenkwinkelwerte, sowie deren Ab- leitungen, FIG 3: eine Kreuzkorrelation offline angewandt auf eine erste Ist-Ableitung und eine erste Soll-Ableitung,
FIG 4: im Vergleich eine erfindungsgemäß angewandte Kreuzkorrelation,
FIG 5: eine aktuelle Zeitverzögerung,
FIG 6: das Verfahren schematisch,
FIG 7: ein Beispiel zum Betrieb des Lenkwinkelplanungssystems.
FIG 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Lenk- winkelplanungssystem 2.
Dieses weist eine Sensoreinrichtung 3 auf. Die Sensoreinrichtung 3 ist dazu ausge- bildet, die aktuellen Ist-Lenkwinkelwerte zu erfassen. Dazu kann die Sensoreinrich- tung 3 Drehwinkelsensoren und andere Sensoren zur Erfassung der Ist-Lenkwinkel- werte aufweisen.
Ferner umfasst das Lenkwinkelplanungssystem 2 eine Speichereinheit 7 mit gespei- cherten Soll-Lenkwinkelwerten.
Ist das Fahrzeug 1 als autonom betriebenes Fahrzeug ausgebildet, so kann ein Trajektoriegenerierungssystem (nicht gezeigt) zum Generieren einer Solltrajektorie anhand von Navigationsdaten und Umgebungsdaten, hier beispielsweise die Umfeld- daten wie andere Verkehrsteilnehmer und statische Objekte, vorhanden sein. An- hand der Solltrajektorie werden die Soll-Lenkwinkelwerte für die zu befahrende Soll- trajektorie generiert und in der Speichereinheit 7 gespeichert.
Auch kann das Fahrzeug 1 als nachgeführtes Fahrzeug ausgebildet sein. Ein sol- ches empfängt von einem vorausfahrenden Fahrzeug, welches dieselbe Solltrajekto- rie hat, die einzustellenden Soll-Lenkwinkelwerte. Dazu kann das Fahrzeug 1 eine entsprechende Empfangseinheit (nicht gezeigt) aufweisen, beispielsweise zum Emp- fang der Soll-Lenkwinkelwerte über Funk (V2V-Verbindung). Ferner ist das Lenkwinkelplanungssystem 2 beispielsweise mittels einem Prozessor / Recheneinheit etc. dazu ausgebildet, die ersten zeitlichen Ist-Ableitungen und die zweiten zeitlichen Soll-Ableitungen über die Zeit zu bestimmen.
Ferner wird die zweite zeitliche Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und die zweite zeitliche Soll-Ableitung des jeweili- gen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit bestimmt.
Dabei kann vorzugsweise die Winkelgeschwindigkeit gleich der ersten zeitlichen Ab- leitung des Lenkwinkels sein.
Die zweite Zeitableitung des Lenkwinkels bzw. die zeitliche Ableitung der Winkelge- schwindigkeit kann bevorzugt die Winkelbeschleunigung sein.
Anschließend bestimmt das Lenkwinkelplanungssystem 2 einen aktuellen Lenkwin- kelabschnitt 4 (FIG 2), bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest ein- mal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt 4 (FIG 2) eine maximale Länge aufweist.
Dabei wird die Länge des betrachteten Lenkwinkelabschnittes 4 (FIG 2) so gewählt, dass eine Berechnung der aktuellen Zeitverzögerung durch beispielsweise eine Kreuzkorrelation möglich ist, d.h. ein positiver und negativer Schwellenwert der zwei- ten Ist-Ableitung und der zweiten Soll-Ableitung überschritten werden.
Der Lenkwinkelabschnitt 4 (FIG 2) kann so beispielsweise einen Startpunkt aufwei- sen, beispielsweise ab Überschreiten des positiven oder negativen Schwellenwertes der zweiten Ist-/Soll-Ableitung und eine Länge in der eine online Berechnung noch möglich ist, d.h. in der der Rechen- und Speicherbedarf für eine Online-Anwendung noch gegeben ist. Vorzugsweise wird dabei eine Länge von ca. 5s bzw. ca. 500 Da- tenpunkten gewählt, da diese die beiden Bedingungen erfüllen. FIG 2 zeigt dabei aufgenommene Ist-Lenkwinkelwerte (actual) und einzustellende
Soll-Lenkwinkelwerte (target) in einem oberen Diagramm über die Zeit
Die erste zeitliche Ist-Ableitung (actual) der Ist-Lenkwinkelwerte über die Zeit und die erste zeitliche Soll-Ableitung (target) der einzustellenden Soll-Lenkwinkelwerte wird in dem mittleren Diagramm dargestellt.
Die zweite zeitliche Ist-Ableitung (actual) der Ist-Lenkwinkelwerte über die Zeit und die zweite Soll-Ableitung (target) der einzustellenden Soll-Lenkwinkelwerte, wird in dem unteren Diagramm dargestellt.
Ferner wird der jeweils aktuelle Lenkwinkelabschnitt 4 bei dem die zweite Ist-Ablei- tung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwin- kelabschnitt 4 eine maximale Länge aufweisen darf, angegeben.
Dadurch wird sichergestellt, dass die erste Ist-Ableitung und erste Soll-Ableitung über den Lenkwinkelabschnitt 4 einen wellenartigen, insbesondere sinusartigen Verlauf annehmen, so dass anschließend eine Kreuzkorrelation möglich ist
Ferner weist das Lenkwinkelplanungssystem 2 (FIG 1) einen Korrelator 5 auf, wel- cher dazu ausgebildet ist, eine Kreuzkorrelation auf die ersten Ist-Ableitungen und die ersten Soll-Ableitungen in dem Lenkwinkelabschnitt 4, also in dem Abschnitt in dem die erste Ist-Ableitung und die erste Soll-Ableitung einen wellenförmigen Verlauf aufweisen, anzuwenden.
Durch Anwenden der Kreuzkorrelation wird eine aktuelle Zeitverzögerung für den Lenkwinkelabschnitt 4 ermittelt.
FIG 3 zeigt eine Kreuzkorrelation (sfunktion) offline angewandt auf eine erste Ist-Ab- leitung(sfunktion) und eine erste Soll-Ableitung(sfunktion) von Ist- Lenkwinkelwerten und Soll-Lenkwinkelwerten über die Zeit. Dabei sind die Ist- Lenkwinkelwerte (act weel angle front) und Soll-Lenkwinkelwerte (tgt weel angle front) im oberen Diagramm dargestellt und die erste Kreuzkorrelation der ersten Ist-Ableitung und der ersten Soll-Ableitung im unteren Diagramm.
FIG 4 zeigt demgegenüber im Vergleich eine erfindungsgemäße angewandte Kreuz- korrelation online angewandt nur auf die jeweiligen Lenkwinkelabschnitte 4.
Dabei sind die Lenkwinkelabschnitte 4 mit den Ist- Lenkwinkelwerten (act weel angle front) und Soll-Lenkwinkelwerten (tgt weel angle front) im oberen Diagramm darge- stellt. Die Lenkwinkelabschnitte 4 beschreiben diejenigen Bereiche, in denen die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen positiven und einen negati- ven Schwellenwert überschreiten. Damit wird sichergestellt, dass die Kreuzkorrela- tion auf die erste Ist-Ableitung und die erste Soll-Ableitung problemlos angewandt werden kann (wellenförmiger Verlauf der ersten Ist-Ableitung und Soll-Ableitung). Die Kreuzkorrelation ist dabei im unteren Diagramm dargestellt.
FIG 5 zeigt die aktuelle Zeitverzögerung in den jeweiligen obigen Lenkwinkelab- schnitten 4.
Ferner weist das Lenkwinkelplanungssystem 2 einen Parameterschätzer auf, welcher insbesondere als Recursive Least Squares Schätzer 6 ausgebildet ist. Ein solcher liefert schnell und zuverlässig Ergebnisse. Die Rekursivität erlaubt die Online-Nut- zung mit aktuell anfallenden Daten bei gleichbleibender Komplexität in jedem Re- kursionsschritt. Alternativ kann beispielsweise der Parameterschätzer als künstliches neuronales Netz ausgebildet sein.
Als Eingangsdaten erhält der Recursive Least Squares Schätzer 6 dabei die jeweils aktuelle Zeitverzögerung.
Ferner erhält der Recursive Least Squares Schätzer 6 die aktuellen Fahrzeugdaten, insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit und Umgebungsdaten wie Straßenbe- schaffenheit und den Reibwert der Reifen in dem Lenkwinkelabschnitt 4. Anhand der Fahrzeugdaten und der Umgebungsdaten und der aktuellen Zeitverzö- gerung wird nun ein gegenwärtiger zeitlicher Verzögerungswert rekursiv, d.h. basie- rend auf zumindest einiger der vorherigen Ergebnisse des Recursive Least Squares Schätzers 6 ermittelt. Ein solcher gegenwärtiger zeitlicher Verzögerungswert kann online mit vertretbaren Rechen- und Speicheraufwand bestimmt werden.
Ferner kann ein Vergessensfaktor eingeführt werden, durch welchen die zu alten Er- gebnisse des Recursive Least Squares Schätzers 6 vergessen werden.
Das Lenkwinkelplanungssystem 2 bestimmt einen neuen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert nur dann, wenn eine neu bestimmte aktuelle Zeitverzögerung und ein neuer aktueller Lenkwinkelabschnitt 4 vorliegen. Da bis dahin der bisherige ge- genwärtige zeitliche Verzögerungswert herangezogen wird, ist keine Echtzeitberech- nung mit übermäßig viel Rechenkapazität zwingend notwendig. Dadurch wird die Re- chenkapazität des Fahrzeugs nicht übermäßig belastet. Dies ist insbesondere bei au- tonom/teilautonom fahrenden Fahrzeugen von Vorteil.
Durch das erfindungsgemäße Lenkwinkelplanungssystem 2 können Ungenauigkei- ten und insbesondere Verzögerungen bei der Folgeregelung des Soll-Lenkwinkels, verhindert werden. Das Lenkwinkelplanungssystem 2 berücksichtigt dabei, dass die Verzögerungen, welche sich bei der Lenkwinkelfolgeregelung ergeben, dabei im Ar- beitsbereich veränderlich und z.B. von der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Umge- bungsparameter abhängig sind. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Gesamtsys- temperformanz.
Ferner kann eine Steuerungseinheit (nicht gezeigt) vorgesehen sein, zur Korrektur des einzustellenden Soll-Lenkwinkelwertes anhand des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes.
Durch das erfindungsgemäße Lenkwinkelplanungssystem 2 werden somit die hohen Anforderungen an Trackinggenauigkeit, Stabilität und Robustheit für eine Trajekto- rien-Regelung für ein Fahrzeug im Kontext des automatisierten oder assistierten Fahrens in Bezug auf das Lenksystem im gesamten Arbeitsbereich der Trajektorien- Regelung sichergestellt.
FIG 6 zeigt einen Überblick über das Lenkwinkelplanungssystem 2 und dessen Ver- fahren,
So werden in einem ersten Schritt die Ist-Lenkwinkelwerte erfasst und die einzustel- lenden Soll-Lenkwinkelwerte bereitgestellt.
In einem zweiten Schritt wird über eine Zeit die erste zeitliche Ist-Ableitung und die erste zeitliche Soll-Ableitung der Ist-Lenkwinkelwerte und Soll-Lenkwinkelwerte und die zweite zeitliche Ist-Ableitung und die zweite zeitliche Soll-Ableitung der Ist- Lenk- winkelwerte und Soll-Lenkwinkelwerte bestimmt. Überschreitet die zweite Ist-Ablei- tung und die zweite Soll-Ableitung einen positiven und negativen Schwellenwert wird dadurch ein aktueller Lenkwinkelabschnitt 4 vordefinierter Länge ausgebildet. Dabei weist der aktuelle Lenkwinkelabschnit 4 eine Länge auf, in der eine online Berech- nung noch möglich ist.
In einem dritten Schritt wird eine Kreuzkorrelation der ersten Ist-Ableitungen und ers- ten Soll-Ableitungen, welche in dem aktuellen Lenkwinkelabschnitt 4 liegen, vorge- nommen, um somit eine aktuelle Zeitverzögerung zu bestimmen.
Anschließend wird die aktuelle Zeitverzögerung mitsamt zumindest der Fahrzeugge- schwindigkeit und des Reibwertes /Straßenbeschaffenheit als Parameter in den Recursive Least Squares Schätzer 6, welcher rekursiv, d.h. basierend auf zumindest einiger vorheriger Ergebnisse, den gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert schätzt.
FIG 7 zeigt ein Beispiel für eine online Schätzung des gegenwärtigen zeitlichen Ver- zögerungswertes.
Dabei sind im ersten oberen Diagramm die Soll- Lenkwinkelwerte (tgt weel angle front) und Ist-Lenkwinkelwerte (act weel angle front) zu sehen. Im zweiten Diagramm darunter sind die ermitelten aktuellen Lenkwinkelabschnite 4 zu erkennen.
Im dritten Diagramm darunter sind die aktuellen Zeitverzögerungen und der durch- schnittliche gegenwärtige zeitliche Verzögerungswert dargestellt.
Im vierten Diagramm wird die Fahrzeuggeschwindigkeit angegeben.
Bezuqszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Lenkwinkelplanungssystem
3 Sensoreinrichtung
4 Lenkwinkelabschnitt
5 Korrelator
6 Recursive Least Squares Schätzer Speichereinheit

Claims

Patentansprüche
1 . Lenkwinkelplanungssystem (2) für ein Fahrzeug (1 ) umfassend eine Sensoreinrichtung (3) zum Messen eines jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkel- wertes, und eine Speichereinheit (7) mit entsprechenden Soll-Lenkwinkelwerten, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkwinkelplanungssystem (2) zum Bestimmen der jeweiligen ersten Ist-Ablei- tung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes und der jeweiligen ersten Soll-Ableitung des jeweiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit ausgebildet ist und ferner zum Bestimmen einer zweiten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktu- ellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und einer zweiten Soll-Ableitung des jeweili- gen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit und zum Bestimmen eines jeweils aktuellen Lenkwinkelabschnittes (4), bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positiven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wobei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt (4) eine ma- ximale vorgegebene Länge aufweist, und wobei ferner ein Korrelator (5) vorgesehen ist, zum Bestimmen einer jeweils ak- tuellen Zeitverzögerung anhand der jeweiligen ersten Ist-Ableitungen und der jeweili- gen ersten Soll-Ableitungen in dem jeweiligen aktuellen Lenkwinkelabschnitt (4) und, wobei ein Parameterschätzer vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, anhand einer jeweiligen aktuellen Zeitverzögerung als Eingabe rekursiv einen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert zu schätzen.
2. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterschätzer dazu ausgebildet ist, anhand der aktuellen Zeitverzögerung und aktuellen Fahrzeugparameter als Eingabe rekursiv, den gegenwärtigen zeitli- chen Verzögerungswert zu schätzen, wobei die Fahrzeugparameter zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
3. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterschätzer dazu ausgebildet ist, anhand der aktuellen Zeitverzöge- rung und aktuellen Fahrzeugparameter als auch aktuellen Umgebungsdaten als Eingabe rekursiv, den gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert zu schätzen, wo- bei die Fahrzeugparameter zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
4. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsdaten zumindest die Straßenbeschaffenheit und/oder einen erfassten Reibwert umfassen.
5. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterschätzer als ein Recursive Least Squares Schätzer (6) ausgebildet ist.
6. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Recursive Least Squares Schätzer (6) einen Vergessensfaktor aufweist, zum Vergessen von Ergebnissen des Recursive Least Squares Schätzers (6) ab einem vorgegebenen Alter.
7. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterschätzer als künstli- ches neuronales Netz ausgebildet ist.
8. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterschätzer zu bestimmende interne Para- meter zur Bestimmung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes als Aus- gabe aufweist, wobei der Parameterschätzer dazu ausgebildet ist, ab einem erzielten Genauigkeitswert der intern zu bestimmenden Parameter diese für die zukünftige Schätzung des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes als Ausgabe heranzu- ziehen.
9. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelator (5) dazu ausgebildet ist, die aktuelle Zeitverzögerung mittels einer Kreuzkorrelation der jeweiligen ersten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem aktuellen Lenkwinkelabschnitt (4) zu ermitteln.
10. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkwinkelplanungssystem (2) dazu ausgebildet ist, einen neuen gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert anhand des Parameter- schätzers nur dann zu bestimmen, wenn eine neu bestimmte aktuelle Zeitverzöge- rung vorliegt.
11. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit vorgesehen ist, zur Korrektur des einzustellenden Soll-Lenkwinkelwertes anhand des gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswertes und/oder zur Anpassung einer Solltrajektorie unter Berücksichti- gung des Soll-Lenkwinkelwertes in Verbindung mit dem gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert.
12. Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkwinkelplanungssystem (2) dazu ausgebildet ist, den gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungswert online zu bestimmen.
13. Fahrzeug (1 ) mit einem Lenkwinkelplanungssystem (2) nach einem der vorherge- henden Ansprüche.
14. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) eine Empfangseinheit aufweist zum Empfangen von einzustellenden Soll-Lenkwinkel- werten an vorgegebenen Positionen durch ein oder mehrere vorausfahrende Fahr- zeuge und/oder ein Trajektoriegenerierungssystem zum Generieren einer Solltrajek- torie anhand zumindest von Navigationsdaten und Umgebungsdaten.
15. Verfahren zum Betreiben eines Lenkwinkelplanungssystems (2) für ein Fahrzeug (1 ) umfassend der Schritte:
- Messen eines jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes,
- Bereitstellen von korrespondierenden Soll-Lenkwinkelwerten, - Bestimmen der jeweiligen ersten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen ak- tuellen Ist-Lenkwinkelwertes und der jeweiligen ersten Soll-Ableitung des je- weiligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit,
- Bestimmen einer zweiten Ist-Ableitung des gemessenen jeweiligen aktuellen Ist-Lenkwinkelwertes über die Zeit und einer zweiten Soll-Ableitung des jewei- ligen aktuellen Soll-Lenkwinkelwertes über die Zeit,
- Bestimmen eines jeweils aktuellen Lenkwinkelabschnittes (4), bei dem die zweite Ist-Ableitung und die zweite Soll-Ableitung einen vorgegebenen positi- ven und negativen Schwellenwert jeweils zumindest einmal überschreiten, wo- bei der aktuelle Lenkwinkelabschnitt (4) eine maximale vorgegebene Länge aufweist,
- Bestimmen einer jeweils aktuellen Zeitverzögerung anhand der jeweiligen ers- ten Ist-Ableitungen und der jeweiligen ersten Soll-Ableitungen in dem aktuel- len Lenkwinkelabschnitt (4) anhand eines Korrelators (5),
- Eingeben einer jeweiligen aktuellen Zeitverzögerung in einen Parameterschät- zer zum rekursiven Schätzen eines gegenwärtigen zeitlichen Verzögerungs- wertes.
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