WO2013013928A1 - Steuerungssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2013013928A1
WO2013013928A1 PCT/EP2012/062599 EP2012062599W WO2013013928A1 WO 2013013928 A1 WO2013013928 A1 WO 2013013928A1 EP 2012062599 W EP2012062599 W EP 2012062599W WO 2013013928 A1 WO2013013928 A1 WO 2013013928A1
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motor vehicle
control
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vehicle
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PCT/EP2012/062599
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Wolfgang Schindler
Thomas Gallner
Thomas Raste
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a control system for a motor vehicle with actuators for wheel drive, steering and suspension.
  • the object underlying the invention is to provide a control system that can be easily and flexibly adapted to a modification and / or extension of a vehicle architecture and / or vehicle functions.
  • the invention is characterized by a control system for a motor vehicle with actuators for wheel drive, steering and suspension.
  • the control system has a request level.
  • the request level are first detection units supplied ⁇ arranged, which are each formed to ER- continuous specifications of a vehicle user for movement of the vehicle believe it. Additionally or alternatively, the request level is assigned second detection units which are each designed to detect time-discrete specifications of the vehicle user for the movement of the motor vehicle.
  • the request level is assigned a first processing unit which is designed to determine a provisional setpoint motion vector for the motor vehicle, depending on the detected continuous and / or time-discrete specifications of the vehicle user.
  • the request level is assigned a second processing unit which is designed to determine a setpoint motion vector for the motor vehicle, depending on the provisional setpoint motion vector and the determined operating variables.
  • the control system further comprises a control plane which is suitable for predetermined directions of movement of the
  • Motor vehicle are each assigned a control unit, wherein the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set for a given system control function. Furthermore, the control units are each designed to determine a force vector depending on the desired motion vector and at least one predetermined parameter set
  • Control system to a control plane, which is associated with at least one third processing unit, which is designed to determine depending on the determined force vectors respective manipulated variables for the actuators.
  • this makes it possible to create a control system with clearly defined interfaces. This can contribute to making changes and enhancements to the control system easy.
  • the defined interfaces make it possible to decouple the control level from the request level and from the control level.
  • a change of an actuator configuration can thus be independent of the request level and the control level.
  • a change in the requirement level and / or in the control level may be independent of a current one
  • Actuator configuration done. This may help to easily change and / or extend vehicle system functionality and / or very simply add more vehicle system functions. Furthermore, this can contribute to reducing a probability of error in the development and / or to reduce development costs.
  • the decoupling of the requirement level of the control plane further has the advantage that a further automation ⁇ mation of driving can be performed up to the autonomous driving independent of the control plane, the Input level and an actual actuator configuration of the motor vehicle. In automated driving, the driver of the motor vehicle is still actively involved in vehicle control depending on a degree of automation, while in autonomous driving the driver is substantially no longer involved in the vehicle control.
  • the respective force vector can in each case represent forces with respect to a center of gravity of the motor vehicle in the longitudinal direction, in the vertical direction and / or in the lateral direction and / or a roll moment and / or a pitching moment and / or a yaw moment.
  • a steering angle and / or a steering torque and / or a wheel torque can be determined.
  • the respective operating variable can be a measured variable or a state variable or another
  • Measured variables and / or state variables derived size include.
  • the respective operating variable may characterize an operating state and / or driving state and / or an ambient state of the motor vehicle.
  • a vehicle user may, for example, an accelerator pedal, a brake pedal, a gearshift operate or hold in a certain position and thus make time-continuous specifications for the movement of the motor vehicle.
  • a discrete-time specification can be made by the vehicle user by a predetermined input, for example a one-time input of the vehicle user, for example by an input for an autonomous driving system "drive from a first location to a second location".
  • the at least one third processing unit is designed to determine the respective manipulated variables for the actuators, depending on a current and / or predictive operating variable.
  • this can be used to effect fast and sufficiently reliable response in critical driving conditions, for example when a friction of a road surface suddenly changes.
  • this can be used to specify the type of provision of the required energy and / or to give consumers a maximum proportion of energy of the energy provided. For example, depending on a state of charge of an energy store of the
  • Motor vehicle are specified, whether the motor vehicle is to be decelerated by means of a Rekuperationsbremsung or a friction braking.
  • the desired motion vector represents a curvature and an acceleration.
  • This allows a very simple and abstractive characterization of the specification of the motor vehicle user and driver assistance ⁇ assistance functions relating to the movement of the motor vehicle.
  • a clear interface can be defined between requirement level and control level.
  • the control plane are each assigned at least one control unit for a lateral, vertical and longitudinal movement ⁇ direction of the motor vehicle. This has the advantage that a number of control units can be reduced. As a result, on the one hand costs can be saved, on the other hand, a tuning of the various control units can be carried out simply because the control units each regulate the movement in different directions of movement.
  • ER- enables a division of all control functions of the control units for the lateral, the vertical and the longitudinal direction of movement of a motor vehicle a multiple ⁇ additive superimposition of the forces determined.
  • the control unit for the lateral movement direction and / or the control unit for the vertical movement direction and / or the control unit for the longitudinal movement direction more than one controller, wherein the controller each have a different dynamics.
  • the movement requirements can differ depending on the operating condition of the vehicle un ⁇ . Partly a very fast adaptation of an actual movement of the motor vehicle to the movement request is required. In part, this adaptation can also be slow.
  • Figure 1 is a schematic representation of awhosbei ⁇ game of a control system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a control plane of the control system.
  • a well-known driver assistance system is an Adaptive Cruise Control System (ACC).
  • ACC Adaptive Cruise Control System
  • the adaptive cruise control allows an adjustment of the Ge ⁇ speed of the motor vehicle to a target and an adjustment of the distance to preceding vehicles are driven electronically in the drive and brake.
  • Today's adaptive cruise control systems have various sensors, for example a camera and / or a radar, by means of which objects in the forward direction of travel of the motor vehicle can be detected.
  • the adaptive cruise control system has a control element which is designed to regulate an actual speed and an actual distance adaptively with engine and braking intervention, depending on a predetermined desired value for the distance and the speed.
  • the regulator element comprises a series regulator before ⁇ preferably.
  • the speed control system is designed to regulate a drive torque so that the motor vehicle from the Vehicle user complies with specified speed as far as possible.
  • the speed control system has a further control element, which is formed, depending on a predetermined setpoint for the speed
  • the further control element preferably has a longitudinal regulator.
  • driver assistance systems include: anti-lock braking system (ABS), traction control (ASR)
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control
  • the respective individual system determines control variables for actuators to which the individual system has access. Coordination of the different actuator requirements of the individual systems is performed by calculation units of the specific actuators. Changing the actuator configuration and changing and / or adding additional driver assistance systems is very difficult due to the tuning of the actuator requirement for the specific actuators.
  • 1 shows a schematic representation of a Steue ⁇ assurance system 10 for a motor vehicle according to the invention.
  • the control system 10 has several levels.
  • the Steue ⁇ assurance system 10 is formed, at least a part of the driver's rerassistenzfunktionen above execute driver assistance systems mentioned.
  • various vehicle functions for example, detection functions, control functions, control functions are not assigned to individual systems, for example a specific vehicle assistance system, but these vehicle functions are assigned to different processing levels.
  • the motor vehicle for which the control system 10 is used, has actuators for a wheel drive, steering and suspension.
  • the actuators can be controlled electronically, for example.
  • Motor vehicles can be very different
  • the motor vehicle may have one or more drive units, for example an internal combustion engine and / or one or more electric motors.
  • the internal combustion engine may be designed as a gasoline engine or as a diesel engine.
  • the motor vehicle may have one or more energy stores and / or the electrical energy may be, for example, by means of one or more
  • the brake system of the motor vehicle may comprise a friction brake, a regenerative brake and / or an engine brake.
  • the control system 10 shown in FIG. 1 has a request level 20.
  • the request level 20 is associated with first detection units which are each formed from ⁇ to detect continuous specifications of a vehicle user for a movement of the vehicle. Additionally or alternatively, the request level 20 are associated with second detection ⁇ units, each designed to detect discrete-time requirements of the vehicle user for movement of the motor vehicle.
  • a vehicle user can, for example, use a gas pedal, a brake pedal, actuate a gearshift or hold in a certain position and thus make time-continuous targets for the movement of the motor vehicle.
  • the devices for specifying a movement request by the vehicle user may also include future operating elements, such as a joystick and / or pads and / or a viewing direction recognition.
  • the time-discrete specifications can preferably be used for automated or autonomous driving of the motor vehicle.
  • a discrete-time specification can be, for example, an input for an automated driving system: "Park vehicle in parking space”.
  • the request level 20 is assigned a first processing unit which is designed to determine a provisional setpoint motion vector for the motor vehicle, depending on the detected continuous and / or time-discrete specifications of the vehicle user.
  • the third detection units each comprise at least one sensor.
  • the various sensors can each be designed to capture motion data of the motor vehicle, for example speed, acceleration and / or yaw rate.
  • the sensors may further be configured to detect in-vehicle quantities, such as pressures and / or temperatures.
  • the sensors can be designed to detect variables relating to the vehicle environment.
  • the motor vehicle may have a camera and / or a radar sensor and / or an ultrasound sensor that can be used to detect a distance between the motor vehicle and an object that is located in
  • Driving direction of the motor vehicle is located.
  • the motor vehicle has at least one third detection unit which is designed to detect a current and predictive state of charge of an energy store and / or to determine a current and / or predictive energy consumption of the motor vehicle, wherein the energy is thermal, electrical and / or or kinematic energy can act.
  • the request level 20 is assigned a second processing unit, which is designed to determine a setpoint motion vector M_V for the motor vehicle, depending on the provisional setpoint motion vector and the determined operating variables.
  • the requirement level 20 summarizes the specifications of the vehicle user and the driver assistance systems for moving the motor vehicle to a uniform size.
  • an actuation of the brake pedal is converted into a negative wheel torque.
  • this is also converted into a negative wheel torque.
  • a requirement of the distance radar is also converted into a negative wheel torque.
  • the wheel torque requirements relate to a longitudinal movement of the motor vehicle. Further movement requirements relating to a lateral movement of the vehicle can be characterized, for example, by means of a yawing moment. The different
  • the desired motion vector M_V is determined, which combines the motion requirements for different directions, for example in the lateral, vertical and longitudinal directions.
  • priorities of individual functions can also be taken into account.
  • a priority may be a
  • Pitch control function is greater than that of a speed controller function, so that, for example, example, the motion request of the Abstandsregeltempomatfunktion enforced over the speed control function.
  • the determined desired motion vector M_V can represent, for example, an acceleration and a curvature.
  • the control system 10 further comprises a control plane 30, which are each assigned a control unit 32, 34, 36 for predetermined directions of movement of the motor vehicle, wherein the
  • Control units 32, 34, 36 are each formed, depending on the target motion vector M_V and at least one predetermined parameter set for a given system control function to determine a force vector F_V.
  • control plane 30 each at least a control unit 32, 34, 36 allocated for a lateral, vertical and longitudinal Be ⁇ movement direction of the motor vehicle.
  • control unit 32 for the lateral movement direction and / or the control unit 36 for the vertical movement direction ⁇ and / or the control unit 34 for the longitudinal movement direction more than a controller 37, 38, 39, wherein the controller 37, 38, 39 may have different dynamics. This makes it possible, for example during a park state of the motor vehicle for a request for a parking assistance function to use a different longitudinal regulator than for a Abstandsregeltempomatfunktion that is active during a driving condition of the motor vehicle.
  • control system 10 a Input level 40, which is assigned at least one third processing unit, which is adapted determined depending on the Strengthens ⁇ tevektor F_V respective manipulated variables for the actuators to av determine.
  • the control level 40 has the task to implement the force vector F_V on the actuators of the drive, transmission, brake, damping, suspension and steering. If the force vector F_V represents, for example, a negative wheel torque, this requirement can be passed on to the electric motor for recuperation or, if stronger interventions are necessary, the friction brake can be used as an actuator. This can be done independently of the state of individual system components, for example a state of charge of an energy store.
  • the force vector F_V can represent a yaw moment, for example.
  • a yaw moment request can be implemented, for example, via a classic single-wheel brake intervention and / or via an acceleration of a further individual wheel and / or via a steering intervention.
  • the at least one third processing unit can be designed, for example, to determine the respective manipulated variables av for the actuators, depending on a current and / or predictive operating variable. For example, depending on a road surface, the respective manipulated variables av for the actuators can be determined. Example, if the road surface ⁇ -split covering on, it is possible to determine the manipulated variables av such that the same time a suitable single wheel ⁇ braking engagement, and a steering intervention in order to achieve a maximum shortened braking distance. Furthermore, for example, the type of provision of the required energy can be specified and / or consumers can each be given a maximum proportion of energy of the energy provided.
  • Energy management is becoming increasingly important in future motor vehicles, for example for Reduction of C02 emissions, saving of watt-hours and kilowatt hours for electric and / or hybrid vehicles.
  • a central energy management ⁇ is needed, which, for example, has a direct access to the energy source and energy reduction.
  • a temporally predicted available energy is compared to a temporally predicted energy consumption.
  • the control system 10 makes it possible to take into account the requirements of the energy management in determining the desired movement vector M_V and in determining the manipulated variables av.

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Abstract

Ein Kraftfahrzeug umfasst Aktuatoren für Radantrieb, Lenkung und Fahrwerk. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem (10) weist eine Anforderungsebene (20) auf, die ausgebildet ist, einen Sollbewegungsvektor (MV) zu ermitteln. Das Steuerungssystem (10) umfasst ferner eine Kontrollebene (30), der für vorgegebene Bewegungsrichtungen des Kraftfahrzeugs jeweils eine Regelungseinheit (32, 34, 36) zugeordnet sind, wobei die Regelungseinheiten (32, 34, 36) jeweils ausgebildet sind, abhängig von dem Sollbewegungsvektor (M V) einen Kräftevektor (F_V) zu ermitteln. Das Steuerungssystem (10) umfasst ferner eine Ansteuerebene, die ausgebildet ist, abhängig von den ermittelten Kräftevektoren (F_V) jeweilige Stellgrößen (av) für die Aktuatoren zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Aktuatoren für Radantrieb, Lenkung und Fahrwerk.
In heutigen Kraftfahrzeugen sind Einrichtungen, die die Vorgaben eines Kraftfahrzeugführers zur Bewegung des Kraftfahrzeugs erfassen, überwiegend direkt mit den Aktuatoren für Antrieb, Bremse, Fahrwerk und Lenkung gekoppelt. Auch weisen heutige Kraftfahrzeuge eine Vielzahl von Steuergeräten für Fahreras¬ sistenzsysteme auf, die ebenfalls direkt gekoppelt sind mit den Aktuatoren. Diese Fahrerassistenzsysteme weisen in vielen Fällen Regelungseinheiten auf, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Diese Verkopplung der Regelungseinheiten erschwert eine Erweiterung und/oder eine Änderung der Fahrerassistenzsystemfunktionen und/oder der Aktuatoren.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Steuerungssystem zu schaffen, das einfach und flexible angepasst werden kann bei einer Änderung und/oder Erweiterung einer Fahrzeugarchitektur und/oder von Fahrzeugfunktionen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Aktuatoren für Radantrieb, Lenkung und Fahrwerk. Das Steuerungssystem weist eine Anforderungsebene auf . Der Anforderungsebene sind erste Erfassungseinheiten zuge¬ ordnet, die jeweils ausgebildet sind, kontinuierliche Vorgaben eines Fahrzeugnutzers für eine Bewegung des Fahrzeugs zu er- fassen. Zusätzlich oder alternativ sind der Anforderungsebene zweite Erfassungseinheiten zugeordnet, die jeweils ausgebildet sind, zeitdiskrete Vorgaben des Fahrzeugnutzers für die Bewegung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Der Anforderungsebene ist eine erste Verarbeitungseinheit zugeordnet, die ausgebildet ist, abhängig von den erfassten kontinuierlichen und/oder zeitdiskreten Vorgaben des Fahrzeugnutzers einen vorläufigen Sollbewegungsvektor für das Kraftfahrzeug zu ermitteln. Des Weiteren sind der Anforderungsebene dritte Erfassungseinheiten zugeordnet, die jeweils ausgebildet sind, zumindest eine ak¬ tuelle und/oder prädiktive Betriebsgröße für das Kraftfahrzeug zu ermitteln. Ferner ist der Anforderungsebene eine zweite Verarbeitungseinheit zugeordnet, die ausgebildet ist, abhängig von dem vorläufigen Sollbewegungsvektor und den ermittelten Betriebsgrößen einen Sollbewegungsvektor für das Kraftfahrzeug zu ermitteln. Das Steuerungssystem umfasst ferner eine Kontrollebene, der für vorgegebene Bewegungsrichtungen des
Kraftfahrzeugs jeweils eine Regelungseinheit zugeordnet sind, wobei die Regelungseinheiten jeweils ausgebildet sind, abhängig von dem Sollbewegungsvektor und zumindest einem vorgegebenen Parametersatz für eine vorgegebene Systemregelungsfunktion einen Kräftevektor zu ermitteln. Des Weiteren weist das
Steuerungssystem eine Ansteuerebene auf, der zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit zugeordnet ist, die ausgebildet ist, abhängig von den ermittelten Kräftevektoren jeweilige Stellgrößen für die Aktuatoren zu ermitteln.
Vorteilhafterweise ermöglicht dies, ein Steuerungssystem zu schaffen mit eindeutig definierten Schnittstellen. Dies kann einen Beitrag leisten dazu, dass Änderungen und Erweiterungen des Steuerungssystems einfach erfolgen können. Die definierten Schnittstellen ermöglichen, die Ansteuerebene von der Anforderungsebene und von der Kontrollebene zu entkoppeln. Eine Änderung einer Aktuatorkonfiguration kann somit unabhängig von der Anforderungsebene und der Kontrollebene erfolgen. Ferner kann eine Änderung in der Anforderungsebene und/oder in der Kontrollebene unabhängig von einer aktuellen
Aktuatorkonfiguration erfolgen. Dies kann einen Beitrag leisten dazu, dass Fahrzeugsystemfunktion einfach geändert und/oder erweitert werden können und/oder sehr einfach weitere Fahrzeugsystemfunktionen hinzugefügt werden können. Ferner kann dies einen Beitrag leisten, eine Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Entwicklung zu reduzieren und/oder Entwicklungskosten zu reduzieren. Das Entkoppeln der Anforderungsebene von der Kontrollebene hat ferner den Vorteil, dass eine weitere Automa¬ tisierung des Fahrens bis hin zum autonomen Fahren unabhängig von der Kontrollebene, der Ansteuerebene und einer aktuellen Aktuatorkonfiguration des Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Beim automatisierten Fahren ist der Fahrer des Kraftfahrzeugs abhängig von einem Grad der Automatisierung noch in die Fahrzeugsteuerung aktiv involviert, während beim autonomen Fahren der Fahrzeugführer im Wesentlichen nicht mehr in die Fahrzeugsteuerung involviert ist.
Der jeweilige Kräftevektor kann jeweils Kräfte bezogen auf einen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs in longitudinaler Richtung, in vertikaler Richtung und/oder in lateraler Richtung repräsentieren und/oder ein Rollmoment und/oder ein Nickmoment und/oder ein Giermoment. Abhängig von dem jeweiligen Kräftevektor können ein Lenkwinkel und/oder ein Lenkmoment und/oder ein Raddrehmoment ermittelt werden. Die jeweilige Betriebsgröße kann eine Messgröße oder eine Zustandsgröße oder eine weitere aus
Messgrößen und/oder Zustandsgrößen abgeleitete Größe umfassen. Die jeweilige Betriebsgröße kann einen Betriebszustand und/oder Fahrzustand und/oder einen Umgebungszustand des Kraftfahrzeugs charakterisieren. Für eine kontinuierliche Vorgabe für die Bewegung des Kraftfahrzeugs kann ein Fahrzeugnutzer beispielsweise ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Gangschaltung betätigen oder in einer bestimmten Stellung halten und damit zeitkontinuierlich Vorgaben für die Bewegung des Kraftfahrzeugs machen. Bei Verwendung eines automatisierten Fahrsystems oder eines autonomen Fahrsystems kann eine zeitdiskrete Vorgabe durch den Fahrzeugnutzer erfolgen durch eine vorgegebene Eingabe, beispielsweise eine einmalige Eingabe des Fahrzeugnutzers, beispielsweise durch eine Eingabe für ein autonomes Fahrsystem „fahre von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort".
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit ausgebildet, abhängig von einer aktuellen und/oder prädiktiven Betriebsgröße die jeweiligen Stellgrößen für die Aktuatoren zu ermitteln. Vorteilhafterweise kann dies genutzt werden, schnelle und ausreichend zuverlässige Reaktion bei kritischen Fahrzuständen zu bewirken, beispielsweise wenn sich eine Reibung eines Fahrbahnbelages plötzlich ändert. Ferner kann dies genutzt werden, die Art der Bereitstellung der benötigten Energie vorzugeben und/oder Verbrauchern jeweils einen maximal zustehenden Energieanteil der bereitgestellten Energie vorzugeben. Beispielsweise kann abhängig von einem Ladezustand eines Energiespeichers des
Kraftfahrzeugs vorgegeben werden, ob das Kraftfahrzeug mittels einer Rekuperationsbremsung oder einer Reibbremsung abgebremst werden soll.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert der Sollbewegungsvektor eine Krümmung und eine Beschleunigung. Dies ermöglicht eine sehr einfache und abstraktive Charakterisierung der Vorgabe des Kraftfahrzeugnutzers und von Fahrerassis¬ tenzfunktionen bezüglich der Bewegung des Kraftfahrzeugs. Ferner kann so eine klare Schnittstelle definiert werden zwischen Anforderungsebene und Kontrollebene. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Kontrollebene jeweils zumindest eine Regelungseinheit für eine laterale, eine vertikale und eine longitudinale Bewegungs¬ richtung des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Anzahl von Regelungseinheiten reduziert werden kann. Dadurch können zum einen Kosten eingespart werden, zum anderen kann ein Abstimmen der verschiedenen Regelungseinheiten einfach erfolgen, da die Regelungseinheiten jeweils die Bewegung in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen regeln. Ferner ist beim Ermitteln von Kräften, die auf ein Rad einwirken, zu berücksichtigen, dass Längs- und Seitenführungskräfte, die auf ein Rad wirken, voneinander abhängen und eine resultierende Gesamtkraft dieser beiden Kräfte eine maximale Reibungskraft des Rades nicht überschreiten kann (Kammscher Kreis) . Vorteilhafterweise er- möglicht eine Aufteilung von sämtlichen Regelungsfunktionen auf die Regelungseinheiten für die laterale, die vertikale und die longitudinale Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs eine ein¬ fache additive Überlagerung der ermittelten Kräfte. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Regelungseinheit für die laterale Bewegungsrichtung und/oder die Regelungseinheit für die vertikale Bewegungsrichtung und/oder die Regelungseinheit für die longitudinale Bewegungsrichtung mehr als einen Regler auf, wobei die Regler jeweils eine un- terschiedliche Dynamik aufweisen. Die Bewegungsanforderungen können sich je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs un¬ terscheiden. Teilweise ist eine sehr schnelle Anpassung einer Istbewegung des Kraftfahrzeugs an die Bewegungsanforderung erforderlich. Teilweise kann diese Anpassung auch langsam erfolgen. Ein Bereitstellen von Reglern unterschiedlicher
Dynamik hat den Vorteil, dass bezüglich Empfindlichkeit und/oder Einschwingverhalten ein jeweils geeigneter Regler für eine Anpassung einer Istbewegung des Kraftfahrzeugs an die Bewegungsanforderung ausgewählt werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei¬ spiels eines Steuerungssystems und
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform einer Kontrollebene des Steuerungssystems.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein bekanntes Fahrerassistenzsystem ist ein Abstandsregel- tempomat (ACC-System, Adaptive Cruise Control System) . Der Abstandsregeltempomat ermöglicht eine Anpassung der Ge¬ schwindigkeit des Kraftfahrzeugs an eine Vorgabe sowie eine Anpassung des Abstandes an vorausfahrende Fahrzeuge, in dem Antrieb und Bremse elektronisch angesteuert werden. Heutige Abstandsregeltempomaten weisen verschiedene Sensoren auf, beispielsweise eine Kamera und/oder ein Radar, mittels derer Objekte in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Ferner weist der Abstandsregeltempomat ein Reglerelement auf, das ausgebildet ist, abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für den Abstand und die Geschwindigkeit eine Ist-Geschwindigkeit und ein Ist-Abstand adaptiv mit Motor und Bremseingriff zu regeln. Das Reglerelement weist vor¬ zugsweise einen Längsregler auf.
Ein weiteres bekanntes Fahrerassistenzsystem ist die Ge¬ schwindigkeitsregelanlage, auch Tempomat oder Tempopilot ge¬ nannt. Die Geschwindigkeitsregelanlage ist ausgebildet, ein Antriebsdrehmoment so zu regeln, dass das Kraftfahrzeug eine vom Fahrzeugnutzer vorgegebene Geschwindigkeit nach Möglichkeit einhält. Die Geschwindigkeitsregelanlage weist ein weiteres Reglerelement auf, das ausgebildet ist, abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für die Geschwindigkeit eine
Istgeschwindigkeit adaptiv mit Antriebseingriffen zu regeln . Das weitere Reglerelement weist vorzugsweise einen Längsregler auf.
Weitere Fahrerassistenzsysteme sind beispielsweise: Antiblo- ckiersystem (ABS) , Antriebsschlupfregelung (ASR)
Autonomer Halt (Nothaltsystem bei gesundheitlichen Problemen des Fahrers) , Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESC) , Mo¬ tor-Schleppmoment-Regelung, Elektronische Differentialsperre (EDS) , Bremsassistent (BAS) , Automatische Notbremsung (ANB) , Berganfahrhilfe, Bergabfahrhilfe (Hill Descent Control) , Ab- standswarner, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent/Spurassistent (Querführungsunterstützung, lane departure warning) , Spurhalteunterstützung (lane keeping support) , Spurwechselassistent (lane change assistance) , Spurwechsel¬ unterstützung (lane change support) , Intelligent Speed Adaption (ISA) und Einparkhilfe . Diese Fahrerassistenzsysteme weisen jeweils eigene Reglereinheiten auf und weisen eine direkte Kopplung auf mit den für diese Fahrerassistenzsysteme bevor¬ zugten Aktuatoren. Diese Fahrerassistenzsysteme sind heute überwiegend als voneinander unabhängige Einzelsysteme ausge- bildet. Das jeweilige Einzelsystem ermittelt Ansteuergrößen für Aktuatoren, auf die das Einzelsystem Zugriff hat. Eine Koordination der verschiedenen Aktuatoranforderungen der Einzelsysteme erfolgt durch Berechnungseinheiten der spezifischen Aktuatoren. Eine Änderung der Aktuatorkonfiguration und das Ändern und/oder Hinzufügen von weiteren Fahrerassistenzsystemen ist aufgrund der Abstimmung der Aktuatoranforderung für die spezifischen Aktuatoren sehr schwierig. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steue¬ rungssystems 10 für ein Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung. Das Steuerungssystem 10 weist mehrere Ebenen auf. Das Steue¬ rungssystem 10 ist ausgebildet, zumindest ein Teil der Fah- rerassistenzfunktionen oben genannten Fahrerassistenzsysteme auszuführen. Hierbei werden verschiedene Fahrzeugfunktionen, zum Beispiel Erfassungsfunktionen, Regelungsfunktionen, Ansteuerfunktionen nicht einzelnen Systemen, zum Beispiel einem spezifischen Fahrzeugassistenzsystem, zugeordnet, sondern diese Fahrzeugfunktionen werden verschiedenen Verarbeitungsebenen zugeordnet .
Das Kraftfahrzeug, für das das Steuerungssystem 10 genutzt wird, weist Aktuatoren für einen Radantrieb, Lenkung und Fahrwerk auf. Die Aktuatoren können beispielsweise elektronisch angesteuert werden. Kraftfahrzeuge können sehr unterschiedliche
Aktuatorkonfigurationen aufweisen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug ein oder mehrere Antriebsaggregate aufweisen, zum Beispiel einen Verbrennungsmotor und/oder einen oder mehrere Elektromotoren. Der Verbrennungsmotor kann als Benzinmotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug kann ein oder mehrere Energiespeicher aufweisen und/oder die elektrische Energie kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer
Brennstoffzellen erzeugt werden. Das Bremssystem des Kraft- fahrzeugs kann eine Reibbremse, eine Nutzbremse und/oder eine Motorbremse umfassen. Das in Figur 1 gezeigte Steuerungssystem 10 weist eine Anforderungsebene 20 auf. Der Anforderungsebene 20 sind erste Erfassungseinheiten zugeordnet, die jeweils aus¬ gebildet sind, kontinuierliche Vorgaben eines Fahrzeugnutzers für eine Bewegung des Fahrzeugs zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ sind der Anforderungsebene 20 zweite Erfassungs¬ einheiten zugeordnet, die jeweils ausgebildet sind, zeitdiskrete Vorgaben des Fahrzeugnutzers für die Bewegung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Ein Fahrzeugnutzer kann beispielsweise ein Gas- pedal, ein Bremspedal, eine Gangschaltung betätigen oder in einer bestimmten Stellung halten und damit zeitkontinuierliche Vorgaben für die Bewegung des Kraftfahrzeugs machen. Die Einrichtungen zur Vorgabe eines Bewegungswunsches durch den Fahrzeugnutzer können auch zukünftige Bedienelemente, wie zum Beispiel einen Joystick und/oder Pads und/oder eine Blickrichtungserkennung, umfassen. Die zeitdiskreten Vorgaben können vorzugsweise für ein automatisiertes oder autonomes Fahren des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Eine zeitdiskrete Vorgabe kann beispielsweise eine Eingabe für ein automatisiertes Fahrsystem sein: „Fahrzeug in Parklücke einparken".
Der Anforderungsebene 20 ist eine erste Verarbeitungseinheit zugeordnet, die ausgebildet ist, abhängig von den erfassten kontinuierlichen und/oder zeitdiskreten Vorgaben des Fahrzeugnutzers einen vorläufigen Sollbewegungsvektor für das Kraftfahrzeug zu ermitteln.
Des Weiteren sind der Anforderungsebene 20 dritte Erfas- sungseinheiten zugeordnet, die jeweils ausgebildet sind, zu¬ mindest eine aktuelle und/oder prädiktive Betriebsgröße für das Kraftfahrzeug zu ermitteln. Die dritte Erfassungseinheiten umfassen beispielsweise jeweils zumindest einen Sensor. Die verschiedenen Sensoren können jeweils ausgebildet sein zum Erfassen von Bewegungsdaten des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Drehrate. Die Sensoren können ferner ausgebildet sein, fahrzeuginterne Größen, wie zum Beispiel Drücke und/oder Temperaturen zu erfassen. Ferner können die Sensoren ausgebildet sein, Größen zum Fahrzeugumfeld zu erfassen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug eine Kamera und/oder einen Radarsensor und/oder einen Ultraschallsensor aufweisen, die genutzt werden können, einen Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Objekt zu erfassen, das sich in
Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs befindet. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug zumindest eine dritte Erfassungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, einen aktuellen und prädiktiven Ladezustand eines Energiespeichers zu erfassen und/oder einen aktuellen und/oder prädiktiven Energieverbrauch des Kraft- fahrzeugs zu ermitteln, wobei es sich bei der Energie um thermische, elektrische und/oder kinematische Energie handeln kann .
Ferner ist der Anforderungsebene 20 eine zweite Bearbeitungs- einheit zugeordnet, die ausgebildet ist, abhängig von dem vorläufigen Sollbewegungsvektor und den ermittelten Betriebsgrößen einen Sollbewegungsvektor M_V für das Kraftfahrzeug zu ermitteln. Die Anforderungsebene 20 fasst die Vorgaben des Fahrzeugnutzers und der Fahrerassistenzsysteme zur Bewegung des Kraftfahrzeugs zu einer einheitlichen Größe zusammen. Bei¬ spielsweise wird ein Betätigen des Bremspedals in ein negatives Raddrehmoment umgerechnet . Bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug wird zum Beispiel im Falle einer Rekuperation beim Loslassen des Gaspedals dies auch in ein negatives Raddrehmoment umgerechnet. Eine Forderung des Abstandsradars wird ebenfalls in ein negatives Raddrehmoment umgerechnet. Die Raddrehmomentenanforderungen beziehen sich auf eine longitudinale Bewegung des Kraftfahrzeugs. Weitere Bewegungsanforderungen bezogen auf eine laterale Bewegung des Fahrzeugs können beispielsweise mittels eines Giermoments charakterisiert werden. Die verschiedenen
Raddrehmomentenanforderungen und Giermomentenanforderungen werden konsolidiert. Hierzu wird der Sollbewegungsvektor M_V ermittelt, der die Bewegungsanforderungen für verschiedene Richtungen, beispielsweise in lateraler, vertikaler und lon- gitudinaler Richtung zusammenfasst . Hierbei können auch Prioritäten einzelner Funktionen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine Priorität eine
Abstandsregeltempomatfunktion größer sein, als die einer Ge- schwindigkeitsregelautomatenfunktion, sodass sich beispiels- weise die Bewegungsanforderung der Abstandsregeltempomatfunktion gegenüber der Geschwindigkeitsregelautomatenfunktion durchsetzt . Der ermittelte Sollbewegungsvektor M_V kann beispielsweise eine Beschleunigung und eine Krümmung repräsentieren.
Das Steuerungssystem 10 umfasst ferner eine Kontrollebene 30, der für vorgegebene Bewegungsrichtungen des Kraftfahrzeugs jeweils eine Regelungseinheit 32, 34, 36 zugeordnet sind, wobei die
Regelungseinheiten 32, 34, 36 jeweils ausgebildet sind, abhängig von dem Sollbewegungsvektor M_V und zumindest einen vorgegebenen Parametersatz für eine vorgegebene Systemregelungsfunktion ein Kräftevektor F_V zu ermitteln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Kontrollebene 30 jeweils zumindest eine Regelungseinheit 32, 34, 36 für eine laterale, eine vertikale und eine longitudinale Be¬ wegungsrichtung des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 32 für die laterale Bewegungsrichtung und/oder die Regelungseinheit 36 für die vertikale Bewe¬ gungsrichtung und/oder die Regelungseinheit 34 für die longitudinale Bewegungsrichtung mehr als einen Regler 37, 38, 39 aufweisen, wobei die Regler 37, 38, 39 eine unterschiedliche Dynamik aufweisen können. Dies ermöglicht beispielsweise während eines Parkzustandes des Kraftfahrzeugs für eine Anforderung einer Parkassistenzfunktion einen anderen Längsregler zu nutzen als für eine Abstandsregeltempomatfunktion, die während eines Fahrzustandes des Kraftfahrzeugs aktiv ist.
Des Weiteren weist das Steuerungssystem 10 eine Ansteuerebene 40 auf, der zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit zugeordnet ist, die ausgebildet ist, abhängig von dem ermittelten Kräf¬ tevektor F_V jeweilige Stellgrößen av für die Aktuatoren zu ermitteln. Die Ansteuerebene 40 hat die Aufgabe, den Kräftevektor F_V auf die Aktuatoren von Antrieb, Getriebe, Bremse, Dämpfung, Federung und Lenkung umzusetzen. Repräsentiert der Kräftevektor F_V beispielsweise ein negatives Raddrehmoment, kann diese Anforderung an den Elektromotor zur Rekuperation weitergegeben werden oder wenn stärkere Eingriffe notwendig sind, kann die Reibbremse als Aktuator mit hinzugezogen werden. Dies kann unabhängig vom Zustand einzelner Systemkomponenten, zum Beispiel eines Ladezustands eines Energiespeichers, erfolgen.
Im Falle, dass das Kraftfahrzeug aus einem instabilen Zustand in einen stabilen fahrdynamischen Zustand zurückgeführt werden soll, kann der Kräftevektor F_V beispielsweise ein Giermoment repräsentieren. Eine Giermomentenanforderung kann beispiels- weise über einen klassischen Einzelradbremseingriff und/oder über eine Beschleunigung eines weiteren Einzelrades und/oder über einen Lenkeingriff umgesetzt werden.
Die zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit kann bei- spielsweise ausgebildet sein, abhängig von einer aktuellen und/oder prädiktiven Betriebsgröße die jeweiligen Stellgrößen av für die Aktuatoren zu ermitteln. Beispielsweise können abhängig von einem Fahrbahnbelag die jeweiligen Stellgrößen av für die Aktuatoren ermittelt werden. Weist beispielsweise der Fahr- bahnbelag μ-split auf, ist es möglich, die Stellgrößen av derart zu ermitteln, dass gleichzeitig ein geeigneter Einzelrad¬ bremseingriff und ein Lenkeingriff erfolgt, um einen maximal verkürzten Bremsweg zu erreichen. Ferner kann so beispielsweise die Art der Bereitstellung der benötigten Energie vorgegeben und/oder Verbrauchern jeweils einen maximal zustehenden Energieanteil der bereitgestellten Energie vorgegeben werden. Ein Energiemanagement wird bei zukünftigen Kraftfahrzeugen immer wichtiger, beispielsweise zur Reduzierung von C02-Emissionen, zu Einsparung von Wattstunden und Kilowattstunden bei Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen. Um hierbei ein Optimum zu erreichen, ist ein zentrales Energie¬ management vonnöten, welches beispielsweise einen direkten Zugriff auf die Energiequelle und Energiesenkung hat. Ein zeitlich prognostizierte verfügbare Energie steht einem zeitlich prognostizierten Energieverbrauch gegenüber. Das Steuerungssystem 10 ermöglicht die Anforderungen des Energiemanagements bei der Ermittlung des Sollbewegungsvektors M_V sowie bei der Ermittlung der Stellgrößen av zu berücksichtigen.

Claims

Patentansprüche
Steuerungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug mit Aktuatoren für Radantrieb, Lenkung und Fahrwerk, aufweisend:
- eine Anforderungsebene (20) der zugeordnet sind:
-- erste Erfassungseinheiten, die jeweils ausgebildet sind kontinuierliche Vorgaben eines Fahrzeugnutzers für eine Bewegung des Fahrzeugs zu erfassen, und/oder
-- zweite Erfassungseinheiten, die jeweils ausgebildet sind, zeitdiskrete Vorgaben des Fahrzeugnutzers für die Bewegung des Kraftfahrzeugs zu erfassen,
-- eine erste Verarbeitungseinheit, die ausgebildet ist, abhängig von den erfassten kontinuierlichen und/oder zeitdiskreten Vorgaben des Fahrzeugnutzers einen vorläufigen Sollbewegungsvektor für das Kraftfahrzeug zu ermitteln,
-- dritte Erfassungseinheiten, die jeweils ausgebildet sind, zumindest eine aktuelle und/oder prädiktive Be¬ triebsgröße für das Kraftfahrzeug zu ermitteln,
-- eine zweite Verarbeitungseinheit, die ausgebildet ist, abhängig von dem vorläufigen Sollbewegungsvektor und den ermittelten Betriebsgrößen einen Sollbewegungsvektor (M_V) für das Kraftfahrzeug zu ermitteln,
- eine Kontrollebene (30), der für vorgegebene Bewe¬ gungsrichtungen des Kraftfahrzeuges jeweils eine Rege¬ lungseinheit (32, 34, 36) zugeordnet sind, wobei die Regelungseinheiten (32, 34, 36) jeweils ausgebildet sind, abhängig von dem Sollbewegungsvektor (M_V) und zumindest einem vorgegebenen Parametersatz für eine vorgegebene Systemregelungsfunktion einen Kräftevektor (F_V) zu ermitteln,
- eine Ansteuerebene (40), der zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit zugeordnet ist, die ausgebildet ist, abhängig von den ermittelten Kräftevektoren (F_V) jeweilige Stellgrößen (av) für die Aktuatoren zu ermitteln.
Steuerungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die zumindest eine dritte Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, abhängig von einer aktuellen und/oder prädiktiven Betriebsgröße die jeweiligen Stellgrößen (av) für die Aktuatoren zu ermitteln .
Steuerungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sollbewegungsvektor (M_V) eine Krümmung und eine Beschleunigung repräsentiert.
Steuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kontrollebene jeweils zumindest eine Regelungseinheit (32, 34, 36) für eine laterale, eine vertikale und eine longitudinale Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
Steuerungssystem (10) nach Anspruch 4, bei dem die Regelungseinheit (32) für die laterale Bewegungsrichtung und/oder die Regelungseinheit (36) für die vertikale Bewegungsrichtung und/oder die Regelungseinheit (34) für die longitudinale Bewegungsrichtung mehr als einen Regler (37, 38, 39) aufweisen, wobei die Regler (37, 38, 39) eine unterschiedliche Dynamik aufweisen.
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