WO2022189121A1 - Vorrichtung zur automatisierten querführung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung zur automatisierten querführung eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2022189121A1
WO2022189121A1 PCT/EP2022/054054 EP2022054054W WO2022189121A1 WO 2022189121 A1 WO2022189121 A1 WO 2022189121A1 EP 2022054054 W EP2022054054 W EP 2022054054W WO 2022189121 A1 WO2022189121 A1 WO 2022189121A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
controller
sequence
coordinate system
secondary controller
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/054054
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Herzog
Ulrich Voll
Original Assignee
Man Truck & Bus Se
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 Man Truck & Bus Se filed Critical Man Truck & Bus Se
Publication of WO2022189121A1 publication Critical patent/WO2022189121A1/de

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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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory

Definitions

  • the invention relates to a device for automated lateral guidance of a motor vehicle that can be operated autonomously or semi-autonomously, preferably a commercial vehicle.
  • the planning task includes planning the target trajectory to be driven (sequence of poses over time) while complying with boundary conditions such as freedom from collisions with other vehicles and Obstacles, taking into account the results of perception.
  • the task of the control is to implement the specifications from the planning with sufficient control quality, possibly depending on static and dynamic tolerance specifications, and subordinate to these quality specifications with appropriate control comfort (as smooth and material-friendly as possible).
  • the present invention relates to automated lateral guidance.
  • the lateral behavior is preferably controlled by influencing an existing electrical power steering system, but can also take place via targeted braking interventions on the wheel, as in electronic stability control.
  • Various control algorithms for implementing cross-control are already known from practice, for example so-called Stanley controllers or controllers based on the so-called “Pure Pursuif algorithm”.
  • lateral controllers as well as longitudinal controllers
  • functional safety means that damage to people or to the system environment caused by the failure or incorrect behavior of a system should be avoided (absence of unreasonable risk).
  • ISO 26262 for example, is important here, with (partial) systems being assigned to so-called Automotive Safety Integrity Levels (ASIL).
  • ASIL Automotive Safety Integrity Levels
  • the decomposition should preferably take place in such a way that the highest ASIL only has to be implemented in as few subsystems as possible, and in each case as little as possible, since the implementation of subsystems with a high ASIL entails considerable costs due to the requirements for development, documentation and to the “EE” hardware used (EE hardware, electrical engineering hardware).
  • the object of the invention is in particular to provide such a device for automated transverse guidance that can be implemented both cost-effectively and with a high level of functional safety.
  • the present disclosure relates to a device for automated lateral guidance of an autonomously or semi-autonomously operable motor vehicle.
  • the motor vehicle can thus automatically follow a specified target travel trajectory, with the device for transverse guidance automatically generating steering specifications for this purpose in order to regulate the transverse position of the motor vehicle in accordance with the specification by the target travel trajectory.
  • the motor vehicle can be a commercial vehicle, e.g. B. be a truck or bus.
  • the device for transverse guidance is also referred to below as a transverse controller.
  • target travel trajectory and “sequence of waypoints” are used below. It was already mentioned above that the task of the controller in automated lateral and longitudinal guidance of an autonomously or semi-autonomously operable motor vehicle is to automatically guide the vehicle along a target travel trajectory determined as part of planning.
  • the target driving trajectory contains a local part or a locus that indicates the spatial profile of the target vehicle movement, as well as information or specifications as to the time and speed at which the locus is to be driven through is. The latter specifications are particularly important for longitudinal control, but not for lateral control.
  • the target travel trajectory can be specified, for example, as a time profile of the vehicle as follows: t x(t), y(t).
  • the parameters x and y indicate the vehicle coordinates in a suitable coordinate system.
  • the target travel trajectory can also additionally indicate the orientation of the vehicle and, if applicable, its trailer (in the case of a vehicle combination), so that the target travel trajectory can be viewed as a time sequence of poses in this case.
  • a pose for a team with possibly several followers is given by (x(t), y(t), cp(t), l_1 (t) ... l_ ⁇ ).
  • equivalent descriptions of the pose that can be converted into one another can also be used (for example, the kink angles as an alternative).
  • the setpoint travel trajectory can be specified as a time-discreteized setpoint travel trajectory. If the target travel trajectory is viewed by the planner as the entire time history of the vehicle poses and, in particular, has to be calculated internally, it may be sufficient to transfer the pose to the downstream controller system in different codes, even with the omission of individual variables, if the omitted variables result in shunting. In many cases that are important in practice, it is sufficient to specify x(t) and y(t) if the vehicle cannot or should not be driven through the curves like a rally driver with a drift.
  • the locus of the curve t x(t), y(t), i.e. the purely spatial shape can be specified separately from the driving speed, the former by specifying a sequence of target Waymarks (hereinafter referred to as sequences of waymarks) and optionally by specifying additional information such as permitted error tolerances and direction of travel.
  • sequences of waymarks a sequence of target Waymarks
  • sequence of way points therefore corresponds to the locus or the spatial aspect of the target travel trajectory.
  • the sequence of path markers is also referred to below as a reference path and is preferably derived from a target driving trajectory.
  • the information contained in the target travel trajectory about the progression of the passage speed over time as well as information about the pose, if any, are ignored in the sequence of waymarks.
  • the sequence of waypoints is preferably discretized (discrete tized locus) so that a sequence of spatially spaced points represents the reference path or the sequence of waypoints that represent the reference path specified for the vehicle at the respective point in time.
  • the sequence of waypoints can result from the fact that the local part of the target travel trajectory is evaluated in equidistant time steps in the future (e.g. every 10 ms).
  • the device according to the invention for automated lateral guidance (hereinafter referred to as the device for short) is designed to transform a sequence of landmarks described in a first coordinate system into a coordinate system fixed to the vehicle, where the sequence of landmarks in the coordinate system fixed to the vehicle is interpolated and approximated by an approximation function is.
  • the vehicle-fixed coordinate system is preferably a rectangular affine coordinate system.
  • the origin of the vehicle-fixed coordinate system is, for example, in the center of gravity of the vehicle, in the middle in the area of the front apron or in the middle of one of the vehicle's axles.
  • the x-axis of the vehicle-fixed coordinate system runs parallel to the longitudinal axis of the vehicle 1, the y-axis parallel to the transverse axis of the vehicle 1.
  • the target driving trajectory can be a target driving trajectory provided by a central planning module, which is preferably not part of the lateral controller, for the automated longitudinal and lateral guidance of the motor vehicle, which calculates the trajectory to be driven while complying with boundary conditions such as freedom from collisions with other vehicles and obstacles in the indicates the first coordinate system.
  • a central planning module which is preferably not part of the lateral controller, for the automated longitudinal and lateral guidance of the motor vehicle, which calculates the trajectory to be driven while complying with boundary conditions such as freedom from collisions with other vehicles and obstacles in the indicates the first coordinate system.
  • the sequence of path markers is preferably derived from the target travel trajectory.
  • the sequence of waymarks can be provided to the device by a central planning module.
  • the device can be designed to derive the sequence of waypoints itself from the target driving trajectory, e.g. B. by evaluating the target travel trajectory in equidistant time steps in the future.
  • the sequence of waypoints is interpolated and approximated by a polynomial, for example by a Taylor series.
  • the necessary approximation and interpolation can be achieved, for example, by minimizing the mean square error.
  • the sequence of path markers is interpolated and approximated by a cubic polynomial, for example by a third-order Taylor series.
  • polynomials of a different order for example first order, or other approximation methods known in approximation theory are also possible for approximating the sequence of waypoints.
  • the sequence of landmarks can also be mationsfunktion by another Approxi, z. B. be interpolated and approximated by wavelets, splines, using Fourier series or Bessel functions.
  • Coefficients (K) of the approximation function mean the coefficients of the approximation function.
  • P(x) as an approximation function
  • the goal is a description with as few coefficients as possible.
  • the device also includes a first controller, referred to below as the primary controller, and at least one second controller, referred to below as the secondary controller, which are each designed to carry out a lateral control intervention by activating at least one actuator of the motor vehicle and, for this purpose, from coefficients (K) of the approximation function (P ) a measure of a deviation of a transverse position of the motor vehicle from the interpolated and approximated sequence of waypoints, d. H. to derive a control error in the lateral guidance and/or a measure for a controller intervention. Predetermined tolerance intervals can be taken into account here.
  • the primary controller and the at least one secondary controller preferably derive the measure for the deviation of the lateral position and the controller intervention independently of one another as a function of the approximation coefficients.
  • the approximation of the sequence of waypoints in the vehicle-fixed coordinate system enables compact coding of the sequence of waypoints and thus of the local component of the target travel trajectory in which the control error for lateral control can be read or is read directly from the coefficients of the approximation function.
  • the control error results directly from the current values of the coefficients at any point in time, without the respective current vehicle pose having to be taken into account again.
  • the driving Vehicle pose is recorded, for example, in the form of a vehicle position, a variance of this vehicle position and a vehicle angle.
  • the determination of the control error using the coefficients of the approximation function can only be preceded by comparatively simple calculations, such as a coordinate transformation into the vehicle-fixed coordinate system, which, as is known, corresponds mathematically to a rotation and displacement.
  • Such easy-to-implement mathematical operations are advantageous for an implementation with high security levels, e.g. B. ISO 26262 ASIL C or D.
  • both the primary controller and the at least one secondary controller use the coefficients of the approximation function to determine the control error and/or derive a measure for this, a simplified and at the same time robust (reliable) implementation of multi-controller architectures is also made possible at the same time.
  • the different lateral controllers use the reference path in an approximate form that simultaneously encodes the control error of the lateral guidance, namely in the form of the coefficients of the approximation function, represented in the vehicle's fixed coordinate system. This also simplifies testing and validation of the lateral guidance function.
  • the centralized or decentralized orchestration (coordination) of the different cross controllers is simplified, i. H. when which controller is ultimately responsible for the current transverse control. A particularly advantageous mode of operation and architecture of a quadrature regulator is made possible accordingly.
  • the primary controller can be implemented as a main controller in such a way that the device is designed such that the at least one secondary controller actively intervenes only if the cross-control of the primary controller fails or is unsatisfactory and replaces the primary controller, so that the at least one secondary controller actively intervenes only in exceptional situations .
  • the at least one secondary controller can be implemented as a monitoring controller and/or fall-back controller to the primary controller.
  • the primary controller can be designed for lateral control for greater driving comfort or for a greater range of functions compared to the at least one secondary controller.
  • the secondary controller can be implemented as a subsystem with a lower ASIL.
  • the sequence of landmarks in the vehicle-fixed coordinate system is approximated by an approximation function (A), i. H. approximated, is. It is conceivable here that the sequence of waymarks (the reference path) is only approximated and interpolated in the first coordinate system by the approximation function and then the approximated and interpolated sequence of waymarks is transferred to the vehicle-fixed coordinate system (through a coordinate transformation) or alternatively the sequence of waypoints is first transferred by a coordinate transformation and is then approximated and interpolated by the approximation function.
  • the first coordinate system can be a stationary coordinate system, e.g. B. a Cartesian coordinate system, or possibly also a curvilinear one like the Frenet coordinate system.
  • the device for lateral guidance can comprise a calculation module which, on the input side, receives the desired travel trajectory described in the first coordinate system or the reference path (sequence of waymarks), e.g. B. from a central planning module.
  • the calculation module can approximate and interpolate the reference path, calculate the transformation into the vehicle-fixed coordinate system and output the resulting current values for the approximation coefficient or coefficients to the primary controller and at least one second secondary controller.
  • the device for lateral guidance preferably the calculation module, can also be designed to be integrated into the vehicle-fixed coordinate system transforming and present in an approximated form sequence of landmarks to provide a monitoring module of the device on the input side, which is designed to monitor the function of the primary controller as well as the at least one secondary controller. This can be done, for example, taking into account tolerance intervals and other context information, for example that the vehicle is in a tight construction site situation, or taking into account the current speed or the direction of travel.
  • the device thus centrally determines the current values for the approximation coefficients, which, as explained above, simultaneously encode both the reference path (sequence of landmarks) in the vehicle-fixed coordinate system and the control error of the lateral guidance.
  • each controller determine current values for the approximation coefficients and/or the sequence of path markers in the vehicle-fixed coordinate system by means of coordinate transformation.
  • the primary controller and/or the at least one secondary controller is designed to determine a measure for a control error (R) of the lateral guidance in the vehicle-fixed coordinate system exclusively using coefficients (K) of the approximation function.
  • R control error
  • K coefficients
  • the device comprises a first hardware component, e.g. B. a first control unit in which (m) the primary controller is implemented, and a second hardware component, z. B. a second control unit in which (m) the at least one secondary controller is implemented.
  • the respective controllers can also be implemented on different hardware chips.
  • redundancy and safeguarding can be implemented here not only on the software side, but also on the hardware side in the lateral control.
  • the at least one secondary controller includes a first secondary controller, which is designed to determine a steering specification for controlling a steering system of the motor vehicle in order to regulate the transverse position of the motor vehicle according to the specification by the reference path.
  • This first secondary controller can thus serve as a replacement for the primary controller in the event of failure of the primary controller or if it does not comply with control specifications, thus stepping in as a fallback controller.
  • the at least one secondary controller includes a second secondary controller, which is designed to determine a steering specification for controlling a steering system and/or a braking specification for carrying out a braking intervention in order to carry out driving stabilization.
  • the secondary controller is therefore not primarily used to regulate lateral deviations with regard to the reference path, but rather to stabilize driving, for example to implement an ESP function.
  • the at least one secondary controller includes a third secondary controller, which is designed to determine a braking specification for carrying out a braking intervention, preferably an asymmetrical braking intervention, in order to regulate the transverse position of the motor vehicle by means of the asymmetrical braking intervention in accordance with the specification by the reference path.
  • a braking intervention preferably an asymmetrical braking intervention
  • the third secondary controller is able to use corresponding asymmetrical braking interventions To support lateral guidance, which enables an advantageous lateral guidance especially for commercial vehicles.
  • the device is designed, when a predetermined switching condition is met, to switch over between the primary controller and one or more secondary controllers of the at least one secondary controller for automated lateral control.
  • the switching condition can thus be used to coordinate or specify which rather the controller is currently responsible for the lateral guidance.
  • specified dynamic and static tolerance thresholds can be taken into account as well as, if necessary, context information such as "spatially cramped construction site", driving speed and direction.
  • the device can include a monitoring module, e.g. B. a module for steering input monitoring (arbiter), which forms this function and monitors the fulfillment of the Wegbe condition.
  • a monitoring module e.g. B. a module for steering input monitoring (arbiter), which forms this function and monitors the fulfillment of the Wegbe condition.
  • the monitoring module can also receive the approximation coefficients on the input side and thus the information on the sequence of waymarks in the vehicle-fixed coordinate system and the control errors in order to use this data to monitor the switchover condition.
  • the monitoring module can also receive tolerance values for the transverse control.
  • the device comprises a module for steering specification management (so-called arbiter), which receives steering specifications from the primary controller and the at least one secondary controller on the input side and, depending on the switching condition, either the steering specification of the primary controller or that of the at least one secondary controller for activation the steering outputs.
  • a central steering specification administration can be used to ensure in a particularly reliable manner that only the steering specification of one of the controllers is used to control the steering and/or that no contradictory steering specifications are passed on.
  • the module for managing steering specifications can also receive the approximation coefficients and thus the information on the sequence of waymarks in the vehicle-fixed coordinate system and the control error on the input side, in order to use this data to monitor the switchover condition.
  • the steering input management module can also receive tolerance values for the lateral control.
  • both the primary controller and the at least one secondary controller can be designed to monitor the switching condition and only output their steering input when the switching condition is met.
  • the device can be designed to determine a safety corridor to be maintained by the automated lateral guidance in the vehicle-fixed coordinate system, which is defined by threshold values for the approximation coefficients or at least for a part of the approximation coefficients.
  • a safety corridor to be maintained by the automated lateral guidance in the vehicle-fixed coordinate system, which is defined by threshold values for the approximation coefficients or at least for a part of the approximation coefficients.
  • a safety corridor can be made dependent on context information such as the vehicle speed.
  • the safety corridor can be defined, for example, by threshold values for the absolute term and the polynomial coefficient of the linear term of the polynomial.
  • the device can be designed to provide information defining the safety corridor to the primary controller and the at least one secondary controller on the output side, for example by providing a numerical value that indicates the width of the safety corridor. This information can be calculated by the approximation module, for example.
  • these coefficients directly indicate the control error. For example, if the absolute term and the coefficient of the linear term are zero or have values sufficiently close to zero, it can be concluded that the vehicle has the desired lateral position. If the first two coefficients have values greater than zero, there is a lateral control error.
  • the predetermined switchover condition can be met if the safety corridor to be maintained is not maintained for longer than a predetermined time.
  • the predetermined time can expediently be defined as a tolerance time so that, on the one hand, short-term, non-safety-critical control deviations are tolerated in order to avoid switching back and forth between controllers too quickly, and on the other hand, excessive control deviations are avoided.
  • a counter can be used that is counted down as soon as the actual transverse position of the motor vehicle leaves the safety corridor, which can be determined directly from the coefficients of the approximation function, as explained above.
  • the switching condition would be fulfilled in this example, once the counter has counted down completely and the actual lateral position of the motor vehicle is still outside the safety corridor.
  • the device switches z. B. from the primary controller to the at least one secondary controller.
  • the device is designed to regulate the lateral guidance of the motor vehicle separately from a longitudinal guidance of the motor vehicle.
  • longitudinal and lateral controllers are decoupled, which enables advantageous control, especially for commercial vehicles and journeys at uniform speeds that are not too low or even negative, especially since in the present approach the approximation coefficients of the sequence of markers in the vehicle-fixed coordinate system directly indicate the lateral control error.
  • the target travel trajectory (from which the reference path is then calculated) of the vehicle can be specified as a time sequence of vehicle poses, e.g.
  • the time profile of the vehicle pose e.g. vehicle position and vehicle angle
  • the sequence of path markers (reference path) can be specified as a sequence of spatially equidistant path markers.
  • the invention also relates to a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, with a device for automated transverse guidance, as described in this document.
  • a commercial vehicle is a vehicle which, due to its design and equipment, is designed to transport people, transport goods or to tow trailers.
  • the vehicle can B. be a truck, a semi-trailer truck and / or a bus.
  • FIG. 1 schematically shows an architecture or block diagram to illustrate a device for automated transverse guidance according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an illustration of the target travel trajectory, the reference path and its transformation and approximation in a coordinate system fixed to the vehicle.
  • FIG. 1 schematically shows an architecture or block diagram to illustrate a device 10 for automated transverse guidance according to an embodiment of the invention.
  • the output of data and/or control information or a transmission of information and data between the individual modules shown in FIG. 1 is identified schematically by reference numerals 20-32.
  • the data exchange can take place via communication or signal connections and/or purely at the software level between individual program modules of the device.
  • the device 10 for automated lateral guidance is also briefly referred to as lateral regulator 10 below.
  • the lateral control is decoupled from the in-line control, which is carried out by a separate in-line controller 40 .
  • the decoupling of longitudinal control and lateral control is known per se from the prior art and is particularly advantageous in the case of commercial vehicles driving with low dynamics.
  • the longitudinal controller 40 can be designed in a manner known per se and output braking presets 31 and acceleration presets 32 for longitudinal control.
  • the planning module 5 cyclically (e.g. every 100 ms) specifies a target trajectory (chronological sequence of poses) from which a temporal sequence of waypoints can be easily extracted.
  • the target travel trajectory represents the trajectory to be traveled while complying with boundary conditions such as freedom from collisions with other vehicles and obstacles.
  • the poses are described in a preferably stationary coordinate system, for example the odometry coordinate system.
  • tolerance intervals can be specified for all poses or the path markers derived from them.
  • the transverse controller 10 and longitudinal controller 40 is also connected upstream of a position determination module (also referred to as a localization module) 6, which determines the current vehicle pose (actual pose) and outputs cyclically, e.g. B. every 10 ms, also possibly with tolerance intervals, and preferably as measured in the same coordinate system in which the target poses are specified.
  • the vehicle pose is captured in terms of a vehicle position, a variance of that vehicle position, and a vehicle angle.
  • the vehicle pose can be detected and made available, for example, by a sensor system designed accordingly for this purpose.
  • the position determination module can also access map data, GPS data and other vehicle information.
  • the current vehicle position can also include the current trailer angle(s) relative to the towing vehicle.
  • the data 20 for the target travel trajectory output by the central planning module 5 are output in a stationary or global coordinate system (world coordinate system), e.g. B. in Cartesian data.
  • This coordinate system 3 has the coordinates x_world and y_world (designated only with x, y in FIG. 2).
  • the data 21 on the current vehicle position output by the position determination module 6 is also output in the stationary coordinate system.
  • the data 20 , 21 for the target driving trajectory and the current vehicle position are transmitted to the transverse controller 10 and the longitudinal controller 40 .
  • a target travel trajectory 7 is shown as an example.
  • the time unit dt, with which the individual vehicle poses are specified, can only be 10 ms or 20 ms, for example.
  • the central planning module 5 the target driving trajectory 7 z. B. update every 100 ms or 500 ms.
  • the data 20, 21 for the target travel trajectory and the current vehicle position or pose, which is provided to the transverse controller 10 on the output side, are first processed there by an approximation module 11.
  • the approximation module 11 derives a sequence of waypoints 2 from the set travel trajectory 7 . It was already established above that such a sequence of way points 2 therefore corresponds to the locus curve or the spatial aspect of the target travel trajectory 7 .
  • the information contained in the target driving trajectory 7 about the progression of the passage speed over time and information about the pose, if any, are ignored in the sequence of waymarks 2 .
  • the sequence of path markers 2 is discretized (discretized locus curve), so that a sequence of spatially spaced points represents the reference path or the sequence of path markers that represent the reference path specified for the vehicle at the respective point in time.
  • the individual circle points illustrate the sequence of waypoints 2, ie the reference path.
  • the Target travel trajectory 7 the sequence of waymarks 2.
  • the sequence of waypoints 2 can result from the fact that the local part of the target travel trajectory is evaluated in equidistant time steps in the future (e.g. every 10 ms). In special cases, at speeds close to zero, it can be advantageous to specify a sequence of waypoints 2 or a reference path that arises differently by spatially meaningfully distributed waypoints for the special cases according to predetermined criteria.
  • the approximation module 11 transforms the sequence of landmarks 2 into a vehicle-fixed coordinate system 4 with the coordinates x_Fzg and y_Fzg by means of a coordinate transformation. Mathematically, this means rotating and shifting the coordinates. In other words, the current sequence of landmarks is described in a vehicle-fixed coordinate system 4 with the coordinates x_Fzg and y_Fzg by means of a coordinate transformation.
  • the x-axis of the vehicle-fixed coordinate system runs parallel to the longitudinal axis of the vehicle 1, the y-axis parallel to the transverse axis of the vehicle 1. This is shown in section B of FIG.
  • the zero point of this vehicle-fixed coordinate system 4 can be, for example, in the center of gravity of the vehicle 1, on the center point of a front or rear axle, or in the center at the front of the vehicle.
  • the last variant is shown in Figure 2, Sections B - D.
  • the current vehicle pose, i. H. its current position and orientation/alignment is only required once for the coordinate transformation, but subsequently no longer for determining the control error or, in general, the subsequent elements of the lateral control, which is an advantage over other control approaches.
  • the approximation module 11 then carries out an interpolation and approximation, the discrete sequence of path markers 2 present in the vehicle-fixed coordinate system being interpolated and approximated by an approximation function.
  • the sequence of waypoints is thus interpolated and approximated by a polynomial.
  • the solid black curve 2′ in sections C and D of FIG. 2 illustrates the approximated and interpolated sequence of waymarks 2′ in the vehicle-fixed coordinate system 4.
  • the approximation module 11 calculates the four approximation coefficients K: a0, a1, a2 and a3.
  • the absolute element aO is denoted by dy in FIG. 2 and directly indicates the deviation of the current transverse position, ie the deviation in the Y direction, of the vehicle 1 from the target Y position according to the interpolated and approximated sequence of waymarks 2' ( in the vehicle-fixed coordinate system).
  • the coefficient of the linear element a1 which is denoted by alpha in FIG.
  • the control error can be calculated directly from the values for the coefficients, e.g. B. dy and alpha, can be read. Complicated calculations, e.g. B. taking into account the current vehicle pose, are not necessary to determine the control error.
  • the coefficients a2 and a3 of the quadratic and cubic element can optionally be used to determine the control error, which are denoted by kappa (coefficient a2) and kappa' (coefficient a3) in FIG will.
  • the coefficients a0 to a3 are therefore not approximated by the sequence of path markers, but at the same time serve as a measure of the lateral control error.
  • a particularly compact coding (representation) of the information on the sequence of waypoints and on the control error can be implemented by the respectively current calculation of the four coefficient values a0 to a3.
  • the control error does not have to be calculated by further operations, but can be read almost directly from the values of the approximation coefficients K.
  • the approximation module 11 makes the approximation coefficients a0 to a3 determined in this way available to a primary controller 12, secondary controllers 14, a module for steering monitoring 18 and a module for steering specification management 17 (so-called arbiter) (the latter is not shown in FIG. 2) on the input side.
  • the approximation module 11 can optionally also determine a value for the width of the safety corridor, which is to be maintained by the lateral control. In the vehicle-fixed coordinate system, this z. B. be specified by a numeri's value in the Y-direction, which indicates the width of the safety corridor, corresponding to a tube or band around the reference path or the target travel trajectory.
  • the primary controller 12 and the secondary controller 14 are each designed to carry out a lateral control intervention by activating at least one actuator 50, 60 of the motor vehicle and, for this purpose, from received coefficients K of the approximation function, a measure of a deviation of a transverse position of the motor vehicle from a sequence of landmarks or the target - derive travel trajectory and/or for a controller intervention.
  • the primary controller 12 is presently the main controller for lateral guidance and generates a Lenkvor task 23 for controlling the steering 50, z.
  • the secondary controllers 14 include three secondary controllers here, merely by way of example.
  • the first secondary controller 14a is designed, like the primary controller 12, to also determine a steering specification 24 for controlling the steering 50 of the motor vehicle 1 in order to regulate the transverse position of the motor vehicle 1 according to the specification by the interpolated and approximated sequence of waymarks 2' .
  • Second secondary controller 14b is designed to determine a steering specification 25 for controlling a steering system 50 in order to carry out driving stabilization.
  • the latter can also determine a braking specification for carrying out a braking intervention (not shown in FIG. 2).
  • the second secondary controller is therefore not primarily used to control the transverse position of the motor vehicle 1 according to the default by a sequence of markers 2, 2', but rather to ensure driving stability, corresponding to an ESP function.
  • the second secondary controller 14b can thus provide an ESP function known per se and, for this purpose, additional vehicle status data, e.g. B. for wheel slip etc., received on the input side.
  • the third secondary controller 14c is designed to determine a braking specification 27 for carrying out an asymmetrical braking intervention in order to regulate the transverse position of the motor vehicle by means of the asymmetrical braking intervention in accordance with the specification by the sequence of path markers.
  • the third secondary controller 14c thus does not control the steering 50 but rather the brakes 60 .
  • a steering decision module 15 is provided in the present case, which uses predetermined criteria to indicate which steering specification 26 is ultimately passed on. For example, when recognizing a situation that is critical to safety from the point of view of driving stability, the second secondary controller 14b can be prioritized over the first secondary controller 14a.
  • the at least one secondary controller 14 serves as a backup or protection for the primary controller to z. B. to actively intervene in the event of failure or unsatisfactory lateral control of the primary controller.
  • the primary controller 12 is replaced by one or more of the secondary controllers 14 in certain driving situations.
  • the at least one secondary controller 14 should ideally only intervene actively in exceptional situations.
  • the at least one secondary controller 14 can be implemented as a monitoring controller and/or fall-back controller for the primary controller 12 .
  • the primary controller can be designed for lateral guidance for greater driving comfort or for a higher range of functions compared to the at least one secondary controller 14 .
  • the steering specification 26 of the primary controller 12 and of the at least one secondary controller 14 is fed to a module for steering specification management 17 (also referred to as an arbiter).
  • the steering specification management module 17 is designed to switch over between the primary controller 12 and one or more secondary controllers of the at least one secondary controller 14 for automated lateral guidance when a predetermined switching condition is met.
  • Switching means here that either only the steering specification 23 of the primary controller 12 or only the Steering specification 26 of the secondary controller 14 is output as a steering specification 28 .
  • the switching condition can thus be used to coordinate or specify which of the controllers is currently responsible for the lateral guidance.
  • the steering specification management module 17 thus checks whether the switching condition is present. It has already been stated above that the approximation module 11 can also determine and output a width of a safety corridor which z. B. by threshold values for the approximation coefficients or at least for a part of the approximation coefficients is fixed.
  • the safety corridor can be defined, for example, by threshold values for the absolute term or optionally additionally by the polynomial coefficients of the linear term of the polynomial.
  • the switching condition consider fulfilled.
  • the device switches on z. B. from the primary controller to the at least one secondary controller, d. That is, the steering specification 26 instead of 23 is output as the steering specification 28 of the steering specification management module 17 .
  • the steering input 28 is then fed to an optional higher-level monitoring module 18, which not only receives the steering input 28 from the steering input management module 17, but also directly the steering input 23 from the primary controller and the steering decision module 15 from the secondary controller 14, as well as the approximation coefficients.
  • the higher-level monitoring module 18 can take over additional coordination tasks to coordinate the controllers 12, 14 with one another and/or alternatively or additionally serve to safeguard the module for steering input management 17 or to monitor the switching condition.
  • the higher-level monitoring module 18 then generates a steering specification for controlling the steering system 50.
  • both the primary controller 12 and the at least one secondary controller 14 can be designed to monitor the switching condition and only output their steering specification when the switching condition is met.
  • the approach according to the invention particularly simplifies the coordination.
  • the reason is again that the approximation of the sequence of landmarks in the vehicle-fixed coordinate system at the same time Rule error coded.
  • a safety corridor for lateral control can therefore be maintained in a simplified manner by simply comparing the current values for the approximation coefficients with the threshold values specified for this purpose, which indicate the size of the safety corridor.
  • This can be implemented in terms of programming using monitoring routines that are easy to implement and less error-prone, since only a few elementary mathematical operations have to be programmed for this. Accordingly, the implementation can be carried out cost-effectively with a high level of functional safety.
  • the secondary controllers 14 are implemented on a control device which is separate from the primary controller 12, i. H. also on separate hardware, e.g. B. a chip.
  • the approximation module 11 and the primary controller are implemented at least on a common control unit 13 or on common hardware.
  • the modules 11, 12, 17 and 18 of the quadrature controller 10 are implemented on the same hardware and the components 14, 15 of the secondary controller are implemented on their own hardware.
  • Modules can be understood as functional groups that are implemented in terms of programming using software.
  • the modules 10 shown in FIG. 1 are generally implemented as control software.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Querführung eines autonom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Nutzfahrzeugs. Die Vorrichtung ist ausgebildet, eine in einem ersten, vorzugsweise ortsfesten, Koordinatensystem (3) beschriebene, vorzugsweise aus einer Soll-Fahrtrajektorie (7) abgeleitete, Folge von Wegmarken (2) in ein fahrzeugfestes Koordinatensystem (4) zu transformieren, wobei die Folge von Wegmarken (2) in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem (4) durch eine Approximationsfunktion (A) interpoliert und approximiert ist. Ferner umfasst die Vorrichtung (10) einen Primärregler (12) und mindestens einen Sekundärregler (14), die jeweils ausgebildet sind, einen Querführungseingriff durch Ansteuerung mindestens eines Aktors (50, 60) des Kraftfahrzeugs durchzuführen und hierzu aus Koeffizienten (K) der Approximationsfunktion (A) ein Maß für eine Abweichung einer Querposition des Kraftfahrzeugs von der Soll-Fahrtrajektorie und/oder für einen Reglereingriff abzuleiten.

Description

Vorrichtung zur automatisierten Querführung eines Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Querführung eines autonom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Nutzfahrzeugs.
Aus der Praxis sind bereits Ansätze zur automatisierten Quer- und Längsführung eines auto nom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahrzeugs entlang einer Trajektorie (Soll-Fahrtrajek- torie) oder der Straße bekannt. In vielen Fahrsituationen, beispielsweise während der Fahrt auf der Autobahn mit erheblicher und im Vergleich zum Lenkverhalten langsamer Geschwin digkeitsveränderung, kann man die Längs- und Querregelung entkoppelt betrachten.
Der in der Robotik üblichen Dreiteilung Sense/Plan/Act (Wahrnehmung/Planung/Regelung) folgend, umfasst die Planungsaufgabe die Planung der zu fahrenden Soll-Trajektorie (Folge von Posen in der Zeit) unter Einhaltung von Randbedingungen wie Kollisionsfreiheit mit ande ren Fahrzeugen und Hindernissen, unter Berücksichtigung von Ergebnissen der Wahrneh mung. Die Aufgabe der Regelung dagegen ist die-Umsetzung der Vorgaben aus der Planung mit ausreichender Regelgüte, ggf. abhängig von statischen und dynamischen Toleranzvorga ben, und diesen Gütevorgaben nachgeordnet möglichst mit angemessenem Reglerkomfort (möglichst glatt und materialschonend).
Die vorliegende Erfindung betrifft die automatisierte Querführung Das Lateralverhalten wird dabei vorzugsweise durch Einflussnahme auf eine vorhandene elektrische Lenkhilfe geregelt, kann aber auch über gezielte Bremseingriffe am Rad wie in der elektronischen Stabilitätsre gelung erfolgen. Aus der Praxis sind hierzu bereits verschiedene Regelalgorithmen zur Imple mentierung einer Querregelung bekannt, beispielsweise sog. Stanley-Regler oder Regler ba sierend auf dem sog. „Pure Pursuif-Algorithmus.
Die Entwicklung von Querreglern (wie auch von Längsreglern) zur Trajektorienfolgeregelung erfordert die Berücksichtigung von Anforderungen an die funktionale Sicherheit während der Modellierung von Quer- (und Längsführungs-) konzepten und insbesondere der Regler-Archi tekturen. Funktionale Sicherheit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Schäden an Per sonen oder an der Systemumwelt, die durch den Ausfall oder das fehlerhafte Verhalten eines Systems entstehen, vermieden werden sollen (absence of unreasonable risc). Hier ist bei spielsweise die Norm ISO 26262 von Bedeutung, wobei (Teil-)Systeme zu sog. Automotive Safety Integrity Levels (ASIL) zugeordnet werden. Insbesondere wird die nötige Sicherheit durch eine geschickt gewählte Dekomposition in redundante Subsysteme erreicht. Die De komposition soll vorzugsweise so erfolgen, dass nur in möglichst wenigen, und jeweils mög lichst wenig komplexen Subsystemen jeweils das höchste ASIL umgesetzt werden muss, da die Umsetzung von Subsystemen mit hohem ASIL erheblichen Kostenaufwand bedingt, durch Anforderungen an die Entwicklung, die Dokumentation sowie an die verwendete „EE“-Hard- ware (engl. EE-Hardware, Electrial engineering Hardware).
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur automatisierten Querfüh rung eines autonom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Querregler vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine solche Vorrichtung zur automatisierten Querführung bereitzustellen, die sowohl kosteneffizient als auch mit einer hohen funktionalen Sicherheit implementiert wer den kann.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zur automatisierten Querführung eines auto nom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zur automatisierten Querführung eines autonom oder halbautonom betreib baren Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann somit automatisiert einer vorgegebenen Soll- Fahrtrajektorie folgen, wobei die Vorrichtung zur Querführung hierzu automatisiert Lenkvorga ben erzeugt, um die Querposition des Kraftfahrzeugs gemäß der Vorgabe durch die Soll- Fahrtrajektorie zu regeln. Das Kraftfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder Omnibus, sein. Die Vorrichtung zur Querführung wird nachfolgend auch kurz als Quer regler bezeichnet.
Nachfolgend werden die Begriffe „Soll-Fahrttrajektorie“ und „Folge von Wegmarken“ verwen det. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass es die Aufgabe der Regelung bei der automati sierten Quer- und Längsführung eines autonom oder halbautonom betreibbaren Kraftfahr zeugs ist, das Fahrzeug entlang einer im Rahmen einer Planung bestimmten Soll-Fahrtrajek- torie automatisiert zu führen. Die Soll-Fahrtrajektorie enthält hierbei einen örtlichen Teil bzw. eine Ortskurve, der bzw. die den räumlichen Verlauf der Soll-Fahrzeugbewegung angibt, sowie Informationen bzw. Vorgaben, in welcher Zeit bzw. wie schnell die Ortskurve zu durchfahren ist. Letztere Vorgaben sind insbesondere für die Längsregelung, nicht jedoch für die Querreglung von hervorgehobener Bedeutung. Die Soll-Fahrttrajektorie kann beispielsweise als zeitlicher Verlauf des Fahrzeugs wie folgt angegeben werden: t
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x(t), y(t). Hierbei geben die Parameter x und y die Fahrzeugkoordinaten in einem geeigneten Koordinatensystem an.
Die Soll-Fahrttrajektorie kann auch zusätzlich die Orientierung des Fahrzeugs und ggf. seiner Anhänger (bei einem Fahrzeuggespann) angeben, sodass die Soll-Fahrtrajektorie in diesem Fall als zeitliche Folge von Posen angesehen werden kann. Hierbei ist eine Pose für ein Gespann mit ggf. mehreren Anhängern gegeben durch (x(t), y(t), cp(t), l_1 (t) ... l_^ΐ). Die Winkel f bzw. l_ί, i=1 bis k beschreiben die Orientierung von Fahrzeug und des i-ten Anhängers beispielsweise als jeweilige Winkel gegen die x-Achse eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in der affinen Ebene. Es können aber auch äquivalent ineinander umrechenbare Beschreibungen der Pose verwendet werden (beispielsweise alternativ die Knickwinkel).
Die Soll-Fahrtrajektorie kann als zeitlich diskretisierte Soll-Fahrttrajektorie vorgegeben werden. Wenn die Soll-Fahrtrajektorie als der gesamte Zeitverlauf der Fahrzeugposen vom Planer betrachtet und insbesondere auch intern errechnet werden muss, kann es genügen, dem nachgelagerten Reglersystem die Pose in verschiedene Kodierungen, auch unter Weglassung einzelner Größen, zu übergeben, wenn sich die weggelassenen Größen beim Rangieren abhängig ergeben. In vielen für die Praxis wichtigen Fällen genügt es, x(t) und y(t) anzugeben, wenn das Fahrzeug nicht wie von einem Rallyefahrer mit Drift durch die Kurven getrieben werden kann bzw. soll.
Bei einer Entkoppelung der Regelung in einen Längs- und einen Querregler kann weiterhin der Locus der Kurve t x(t), y(t), also die rein räumliche Gestalt, von der Durchfahrgeschwindigkeit getrennt angeben werden, ersteres etwa durch Angabe einer Folge von Soll-Wegmarken (nachfolgend kurz als Folgen von Wegmarken bezeichnet) und optional durch Angabe von Zusatzinformationen wie erlaubten Fehlertoleranzen und Fahrtrichtung.
Eine solche Folge von Wegmarken (engl way points) entspricht daher der Ortskurve bzw. dem räumlichen Aspekt der Soll-Fahrttrajektorie. Die Folge von Wegmarken wird nachfolgend auch als Referenzpfad bezeichnet und ist vorzugsweise aus einer Soll-Fahrtrajektorie abgeleitet. Die in der Soll-Fahrtrajektorie enthaltenen Informationen über den zeitlichen Verlauf der Durchfahrgeschwindigkeit sowie Informationen über die Pose, falls vorhanden, werden bei der Folge von Wegmarken ignoriert. Die Folge von Wegmarken ist bevorzugt diskretisiert (diskre- tisierte Ortskurve), sodass eine Abfolge von räumlich beabstandeten Punkten den Referenz pfad bzw. die Folge von Wegmarken darstellt, die zum jeweilige Zeitpunkt den für das Fahr zeug vorgegeben Referenzpfad darstellen.
Lediglich beispielhaft kann die Folge von Wegmarken daraus entstehen, dass man den örtli chen Teil der Soll-Fahrttrajektorie in äquidistanten Zeitschritten in der Zukunft auswertet (z. B. alle 10 ms). In Sonderfällen, bei Geschwindigkeiten nahe null, kann es vorteilhaft sein, eine Folge von Wegmarken bzw. einen Referenzpfad vorzugeben, der anders entsteht, indem räumlich sinnvoll verteilte Wegmarken für die Sonderfälle gemäß vorbestimmter Kriterien vor gegeben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatisierten Querführung (nachfolgend kurz als Vorrichtung bezeichnet) ist ausgebildet, eine in einem ersten Koordinatensystem beschrie bene Folge von Wegmarken in ein fahrzeugfestes Koordinatensystem zu transformieren, wo bei die Folge von Wegmarken in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem durch eine Approxi mationsfunktion interpoliert und approximiert ist.
Das fahrzeugfeste Koordinatensystem ist vorzugsweise ein rechtwinkliges affines Koordina tensystem. Der Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems befindet sich beispiels weise im Schwerpunkt des Fahrzeugs, mittig im Bereich der Frontschürze oder mittig an einer Achse des Fahrzeugs. Die x-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems verläuft parallel zu der Längsachse des Fahrzeugs 1 , die y-Achse parallel zu der Querachse des Fahrzeugs 1.
Die Soll-Fahrtrajektorie kann eine von einem zentralen Planungsmodul, das vorzugsweise nicht Teil des Querreglers ist, bereitgestellte Soll-Fahrtrajektorie für die automatisierte Längs und Querführung des Kraftfahrzeugs sein, die die zu fahrende Trajektorie unter Einhaltung von Randbedingungen wie Kollisionsfreiheit mit anderen Fahrzeugen und Hindernissen im ersten Koordinatensystem angibt. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die Folge von Wegmar ken vorzugsweise aus der Soll-Fahrtrajektorie abgeleitet ist. Die Folge von Wegmarken kann der Vorrichtung von einem zentralen Planungsmodul bereitgestellt werden. Alternativ kann die Vorrichtung ausgebildet sein, die Folge von Wegmarken selbst aus der Soll-Fahrtrajektorie abzuleiten, z. B. durch Auswertung der Soll-Fahrttrajektorie in äquidistanten Zeitschritten in der Zukunft. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Folge von Wegmarken durch ein Po lynom, beispielsweise durch eine Taylor-Reihe, interpoliert und approximiert. Die nötige Ap proximation und Interpolation kann beispielsweise mit der Minimierung der quadratischen Ab weichung (mean square error) erreicht werden. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante hier von ist die Folge von Wegmarken durch ein kubisches Polynom interpoliert und approximiert, beispielsweise durch eine Taylor-Reihe dritter Ordnung. Es wird jedoch betont, dass auch Po lynome anderer Ordnung, beispielsweise erster Ordnung, oder auch andere in der Approxima tionstheorie bekannte Approximationsverfahren zur Approximation der Folge von Wegmarken möglich sind. Entsprechend kann die Folge von Wegmarken auch durch eine andere Approxi mationsfunktion, z. B. durch Wavelets, Splines, mittels Fourier-Reihen oder Besselfunktionen interpoliert und approximiert sein.
Unter Koeffizienten (K) der Approximationsfunktion werden die Koeffizienten der Approxima tionsfunktion verstanden. Im Fallen eines kubischen Polynoms P(x) als Approximationsfunk tion sind es die Koeffizienten aO bis a3, d. h. das Absolutglied aO sowie die Koeffizienten a1 , a2 und a3, des linearen, quadratischen und kubischen Gliedes (P(x) = aO + a1*x+a2*xA2+a3*xA3). Ziel ist eine Beschreibung mit möglichst wenigen Koeffizienten.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Regler, nachfolgend als Primärregler bezeichnet, und mindestens einen zweiten Regler, nachfolgend als Sekundärregler bezeichnet, die jeweils ausgebildet sind, einen Querführungseingriff durch Ansteuerung mindestens eines Aktors des Kraftfahrzeugs durchzuführen und hierzu aus Koeffizienten (K) der Approximationsfunktion (P) ein Maß für eine Abweichung einer Querposition des Kraftfahrzeugs von der interpolierten und approximierten Folge von Wegmarken, d. h. einen Regelfehler der Querführung und/oder ein Maß für einen Reglereingriff abzuleiten. Hierbei können vorgegebene Toleranzintervalle be rücksichtigt werden. Vorzugsweise leiten der Primärregler und der mindestens eine Sekundär regler jeweils unabhängig voneinander in Abhängigkeit von den Approximationskoeffizienten das Maß für die Abweichung der Querposition und den Reglereingriff ab.
Die Approximation der Folge von Wegmarken in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem er möglicht eine kompakte Kodierung der Folge von Wegmarken und damit des Ortsanteils der Soll-Fahrtrajektorie, bei der aus den Koeffizienten der Approximationsfunktion direkt der Re gelfehler für die Querregelung ablesbar ist bzw. abgelesen wird. Insbesondere ergibt sich der Regelfehler zu jedem Zeitpunkt unmittelbar aus den aktuellen Werten der Koeffizienten, ohne dass die jeweilige aktuelle Fahrzeugpose nochmals berücksichtigt werden muss. Die Fahr- zeugpose wird beispielsweise in Form einer Fahrzeugposition, einer Varianz dieser Fahrzeug position und eines Fahrzeugwinkels erfasst. Die Fahrzeugpose wird zwar zuvor bei der Trans formation ins fahrzeugfeste Koordinatensystem einmalig benötigt, anschließend aber nicht mehr benötigt (was nachfolgend noch erläutert wird). Der Bestimmung des Regelfehlers an hand der Koeffizienten der Approximationsfunktion können lediglich vergleichsweise einfache Berechnungen vorgelagert sein, wie eine Koordinatentransformation ins fahrzeugfeste Koor dinatensystem, was bekanntermaßen mathematisch einer Drehung und Verschiebung ent spricht. Derartige einfach zu implementierende mathematische Operationen sind vorteilhaft für eine Implementierung mit hohen Sicherheitslevels, z. B. ISO 26262 ASIL C oder D.
Da sowohl der Primärregler als auch der mindestens eine Sekundärregler anhand der Koeffi zienten der Approximationsfunktion den Regelfehler bestimmen und/oder ein Maß hierfür ab leiten, wird ferner gleichzeitig eine vereinfachte und gleichzeitig robuste (zuverlässige) Imple mentierung von Mehr-Regler-Architekturen ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß ermög licht, wie vorstehend ausgeführt wurde, indem die unterschiedlichen Querregler den Referenz pfad in einer approximierten Form verwenden, die gleichzeitig den Regelfehler der Querfüh rung kodiert, nämlich in Form der Koeffizienten der Approximationsfunktion, dargestellt im fahr zeugfesten Koordinatensystem. Dadurch werden ferner das Testen und die Validierung der Querführungsfunktion vereinfacht. Ferner wird auch die zentrale oder dezentrale Orchestrie rung (Koordinierung) der unterschiedlichen Querregler vereinfacht, d. h. wann welcher der Regler letztendlich für die aktuelle Querregelung verantwortlich ist. Entsprechend wird eine besonders vorteilhafte Funktionsweise und Architektur eines Querreglers ermöglicht.
Der Primärregler kann als Hauptregler implementiert sein, derart, dass die Vorrichtung ausge bildet ist, dass der mindestens eine Sekundärregler nur bei Ausfall oder nicht zufriedenstellen der Querregelung des Primärreglers aktiv eingreift und den Primärregler ablöst, so dass der mindestens eine Sekundärregler nur in Ausnahmesituationen aktiv eingreift. Entsprechend kann der mindestens eine Sekundärregler als Überwachungsregler und/oder Fall-Back-Regler zum Primärregler implementiert sein. Der Primärregler kann zur Querführung für einen höhe ren Fahrkomfort oder für einen höheren Funktionsumfang im Vergleich zu dem mindestens einen Sekundärregler ausgelegt sein im Gegenzug kann der Sekundärregler als Subsystem mit einem niedrigeren ASIL umgesetzt sein.
Es wird betont, dass die hier beschriebenen Schritte und Berechnungen (Bestimmung der Folge von Wegmarken, deren Approximation und Interpolation, sowie des Regelfehlers und der Regeleingriffe etc.) ständig in vordefinierten Zeitintervallen, die üblicherweise im Bereich von Millisekunden liegen, wiederholt werden, um eine Querführung in Echtzeit bzw. Quasi- Echtzeit zu ermöglichen.
Vorstehend wurde festgestellt, dass die Folge von Wegmarken in dem fahrzeugfesten Koordi natensystem durch eine Approximationsfunktion (A) approximiert, d. h. angenähert, ist. Hierbei ist es denkbar, dass die Folge von Wegmarken (der Referenzpfad) erst im ersten Koordina tensystem durch die Approximationsfunktion approximiert und interpoliert wird und anschlie ßend die approximierte und interpolierte Folge von Wegmarken ins fahrzeugfeste Koordina tensystem transferiert wird (durch eine Koordinatentransformation) oder dass alternativ die Folge von Wegmarken erst jeweils durch eine Koordinatentransformation transferiert wird und anschließend durch die Approximationsfunktion approximiert und interpoliert wird. Das erste Koordinatensystem kann ein ortsfestes Koordinatensystem sein, z. B. ein kartesisches Koor dinatensystem, oder womöglich auch ein krummliniges wie das Frenet-Koordinatensystem.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, die in das fahrzeugfeste Koordina tensystem transformierte und in approximierter Form vorliegende Folge von Wegmarken dem Primärregler und dem mindestens einen Sekundärregler jeweils eingangsseitig bereitzustel len, vorzugsweise jeweils zyklisch eingangsseitig bereitzustellen, beispielsweise durch Bereit stellung jeweils aktueller Werte für die Approximationskoeffizienten (K). Es ist besonders vor teilhaft, wenn nur die Approximationskoeffizienten Oter bis n-ter Ordnung bereitgestellt werden, wobei weiter vorzugsweise n < 3 ist. Besonders vorteilhaft ist ein Wert von n = 3, insbesondere bei einer Approximation durch ein kubisches Polynom, da hiermit eine ausreichend lokale Ap proximation bzw. Interpolation der Folge von Wegmarken der aktuellen Soll-Fahrtrajektorie, also des Referenzpfads, ermöglicht wird. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Kodierung sowohl des Referenzpfads und eine Berechnung des Regelfehlers der Querführung mit wenig Aufwand.
Die Vorrichtung zur Querführung kann hierzu ein Berechnungsmodul umfassen, das eingangs seitig die in dem ersten Koordinatensystem beschriebene Soll-Fahrtrajektorie oder den Refe renzpfad (Folge von Wegmarken) empfängt, z. B. von einem zentralen Planungsmodul. Das Berechnungsmodul kann den Referenzpfad approximieren und interpolieren, die Transforma tion in das fahrzeugfeste Koordinatensystem berechnen und die resultierenden aktuellen Werte für den oder die Approximationskoeffizienten an den Primärregler und mindestens einen zweiten Sekundärregler ausgeben. Die Vorrichtung zur Querführung, vorzugsweise das Be rechnungsmodul, kann ferner ausgebildet sein, die in das fahrzeugfeste Koordinatensystem transformierte und in approximierter Form vorliegende Folge von Wegmarken einem Überwa chungsmodul der Vorrichtung eingangsseitig bereitzustellen, das ausgebildet ist, die Funktion des Primärreglers als auch des mindestens einen Sekundärreglers zu überwachen. Dies kann beispielsweise unter Berücksichtigung von Toleranzintervallen und sonstigen Kontextinforma tionen erfolgen, beispielsweise, dass sich das Fahrzeug in einer engen Baustellensituation befindet, oder unter Berücksichtigung der aktuellen Geschwindigkeit oder der Fahrtrichtung.
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform bestimmt die Vorrichtung somit zentral die aktuel len Werte für die Approximationskoeffizienten, die, wie vorstehend ausgeführt wurde, gleich zeitig sowohl die den Referenzpfad (Folge von Wegmarken) im fahrzeugfesten Koordinaten system als auch den Regelfehler der Querführung kodieren. Entsprechend ergeben sich Effi zienzvorteile, vor allem im Licht der durch die ASIL verursachten Aufwände, die sonst mehr fach anfallen würden, da mehrfache Berechnungen, z. B. in den einzelnen Querreglern, ver mieden werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass jeder Regler selbst aktuelle Werte für die Approximationskoeffizienten und/oder die Folge von Wegmarken in dem fahrzeugfes ten Koordinatensystem mittels Koordinatentransformation bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Primärregler und/oder der mindestens eine Sekun därregler ausgebildet, ein Maß für einen Regelfehler (R) der Querführung in dem fahrzeugfes ten Koordinatensystem ausschließlich anhand von Koeffizienten (K) der Approximationsfunk tion zu bestimmen. Dies ermöglicht einerseits eine effiziente Bestimmung des Regelfehlers als auch eine vereinfachte Koordinierung mehrerer Querregler untereinander.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine erste Hardwarekomponente, z. B. ein erstes Steuergerät, in welcher(m) der Primärregler implementiert ist, und eine zweite Hardwarekomponente, z. B. ein zweites Steuergerät, in welcher(m) der mindestens eine Se kundärregler implementiert ist. Beispielsweise können die jeweiligen Regler auch auf unter schiedlichen Hardware-Chips implementiert sein. Entsprechend kann hier nicht nur software seitig, sondern auch hardwareseitig eine Redundanz und Absicherung bei der Querregelung realisiert werden. Eine unabhängige, sog. diversitäre Entwicklung, z. B. durch unabhängige Entwicklungsteams- oder -partner von Primärreglern und mindestens einem Sekundärregler, wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch begünstigt, dass erfindungsgemäß die Folge von Wegmarken bzw. der Ortsanteil der Soll-Fahrtrajektorie, und auch der Regelfehler kom pakt durch die gleiche Größe, nämlich die Koeffizienten der Approximationsfunktion, kodiert bzw. dargestellt sind und auf diese Weise eine mit hoher funktionaler Sicherheit berechenbare Ausgangsbasis bereitgestellt werden kann, d. h. eine Art kanonische Schnittstelle, für vonei nander unabhängige Entwicklungsteams, Regler und zentral oder verteilt umgesetzte Über- wachungs- und Umschaltfunktionen.
In einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine Sekundärregler einen ersten Sekun därregler, der ausgebildet ist, eine Lenkvorgabe zur Ansteuerung einer Lenkung des Kraftfahr zeugs zu bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs gemäß der Vorgabe durch den Referenzpfad zu regeln. Dieser erste Sekundärregler kann somit bei Ausfall des Primärreglers oder falls dieser Regelvorgaben nicht einhält, als Ersatz für diesen dienen, somit als Fallback- Regler einspringen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Sekundärregler einen zweiten Sekundärregler, der ausgebildet ist, zur Durchführung einer Fahrstabilisierung eine Lenkvor gabe zur Ansteuerung einer Lenkung und/oder eine Bremsvorgabe zur Durchführung eines Bremseingriffs zu bestimmen. Der Sekundärregler dient somit primär nicht zur Einregelung von lateralen Abweichungen im Hinblick auf den Referenzpfad, sondern vielmehr zur Fahrsta bilisierung, beispielsweise zur Implementierung einer ESP-Funktion.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Sekundärregler einen dritten Sekundärregler, der ausgebildet ist, eine Bremsvorgabe zur Durchführung eines Bremsein griffs, vorzugsweise asymmetrischen Bremseingriffs, zu bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs mittels des asymmetrischen Bremseingriffes gemäß der Vorgabe durch den Referenzpfad zu regeln.
Im Unterschied zum Primärregler und zum ersten Sekundärregler, die jeweils eine Lenkvor gabe zur Ansteuerung einer Lenkung des Kraftfahrzeugs bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs gemäß der Vorgabe durch den Referenzpfad zu regeln, ist der dritte Sekun därregler in der Lage, über entsprechende asymmetrische Bremseingriffe die Querführung zu unterstützen, was besonders bei Nutzfahrzeugen eine vorteilhafte Querführung ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, bei Erfüllung einer vorbe stimmen Umschaltbedingung zwischen dem Primärregler und einem oder mehreren Sekun därreglern des mindestens einen Sekundärreglers zur automatisierten Querführung umzu schalten. Mittels der Umschaltbedingung kann somit koordiniert oder festgelegt werden, wel- eher der Regler aktuell für die Querführung verantwortlich ist. Hier können vorgegebene dyna mische wie statische Toleranzschwellen berücksichtigt werden sowie ggf. Kontextinformatio nen wie „räumlich beengte Baustelle“, Fahrgeschwindigkeit und Richtung.
Hierzu kann die Vorrichtung ein Überwachungsmodul, z. B. ein Modul zur Lenkvorgabenüber wachung (Arbiter), umfassen, das diese Funktion ausbildet und die Erfüllung der Umschaltbe dingung überwacht. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann das Überwachungsmodul ein gangsseitig ebenfalls die Approximationskoeffizienten und damit die Informationen zur Folge von Wegmarken im fahrzeugfesten Koordinatensystem und den Regelfehlerempfangen, um diese Daten zur Überwachung der Umschaltbedingung zu verwenden. Das Überwachungs modul kann ferner Toleranzwerte für die Querregelung erhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung ein Modul zur Lenkvorgabenverwaltung (sog. Arbiter), das eingangsseitig Lenkvorgaben des Primärreglers und des mindestens einen Sekundärregler empfängt und in Abhängigkeit von der Umschalt bedingung wahlweise die Lenkvorgabe des Primärreglers oder die des mindestens einen Se kundärreglers zur Ansteuerung der Lenkung ausgibt. Durch eine derartige zentrale Lenkvor gabenverwaltung kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass nur die Lenkvor gabe jeweils eines der Reglers zur Ansteuerung der Lenkung verwendet wird und/oder keine widersprüchlichen Lenkvorgaben weitergegeben werden. Das Modul zur Lenkvorgabenver waltung kann hierzu eingangsseitig ferner ebenfalls die Approximationskoeffizienten und damit die Informationen zur Folge von Wegmarken im fahrzeugfesten Koordinatensystem und den Regelfehler empfangen, um diese Daten zur Überwachung der Umschaltbedingung zu ver wenden. Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung kann ferner Toleranzwerte für die Querre gelung erhalten.
Alternativ ist es jedoch möglich, dass die Erfüllung der vorbestimmten Umschaltbedingung dezentral sowohl in dem Primärregler als auch in dem mindestens einen Sekundärregler im plementiert ist. Entsprechend können sowohl der Primärregler als auch der mindestens eine Sekundärregler ausgebildet sein, die Umschaltbedingung zu überwachen und ihre Lenkvor gabe nur dann auszugeben, wenn die Umschaltbedingung erfüllt ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung ausgebildet sein, einen von der auto matisierten Querführung einzuhaltenden Sicherheitskorridor in dem fahrzeugfesten Koordina tensystem zu bestimmen, der durch Schwellenwerte für die Approximationskoeffizienten oder zumindest für einen Teil der Approximationskoeffizienten festgelegt ist. Vorzugsweise werden nur Schwellenwerte die Koeffizienten Oter bis n-ter-Ordnung festgelegt, wobei n < 4 ist. Bei spielsweise ist ein Wert für n = 1 oder 2 besonders vorteilhaft, da die Berechnungen mit wenig Aufwand durchgeführt werden können und dennoch eine hohe Regelqualität erreicht wird. Der Sicherheitskorridor gibt eine tolerierbare Abweichung von der Folge von Wegmarken an, da diese in der Praxis nie perfekt eingehalten werden kann. Die Schwellenwerte können wie vor stehend erwähnt von Kontextinformationen wie der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ge macht werden.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Approximationsfunktion als Polynom, beispielsweise als Taylor-Reihe dritter Ordnung, kann der Sicherheitskorridor beispielsweise durch Schwel lenwerte für das Absolutglied und den Polynomkoeffizienten des linearen Glieds des Polynoms festgelegt sein.
In einer Ausführungsvariante kann die Vorrichtung ausgebildet sein, den Sicherheitskorridor festlegende Informationen dem Primärregler und dem mindestens einen Sekundärregler ein gangsseitig bereitzustellen, beispielsweise durch Bereitstellen eines Zahlenwerts, der die Breite des Sicherheitskorridors angibt. Diese Informationen können beispielsweise von dem Approximationsmodul berechnet werden.
Im fahrzeugfesten Koordinatensystem zeigen diese Koeffizienten direkt den Regelfehler an. Sind beispielsweise das Absolutglied und der Koeffizient des linearen Glieds null oder weisen Werte hinreichend nahe null auf, kann gefolgert werden, dass das Fahrzeug die Soll-Querpo- sition aufweist. Weisen die ersten beiden Koeffizienten Werte größer null auf, liegt ein Quer regelfehler vor.
In einerweiteren Ausführungsform kann die vorbestimmte Umschaltbedingung erfüllt sein, falls der einzuhaltende Sicherheitskorridor länger als eine vorbestimmte Zeit nicht eingehalten wird. Die vorbestimmte Zeit kann als Toleranzzeit zweckmäßig so festgelegt sein, dass einerseits kurzzeitige, nicht sicherheitskritische Regelabweichungen toleriert werden, um ein zu schnel les Hin- und Herschalten zwischen Regler zu vermeiden, und andererseits zu große Regelab weichung vermieden werden.
In einer möglichen Ausführungsvariante hierzu kann ein Zähler verwendet werden, der herun tergezählt wird, sobald die Ist-Querposition des Kraftfahrzeugs den Sicherheitskorridor ver lässt, was unmittelbar aus den Koeffizienten der Approximationsfunktion bestimmt werden kann, wie vorstehend erläutert wurde. Die Umschaltbedingung wäre in diesem Beispiel erfüllt, sobald der Zähler vollständig heruntergezählt hat und die Ist-Querposition des Kraftfahrzeugs immer noch außerhalb des Sicherheitskorridor ist. In diesem Fall schaltet die Vorrichtung z. B. vom Primärregler auf den mindestens einen Sekundärregler um.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, die Querführung des Kraftfahrzeugs getrennt von einer Längsführung des Kraftfahrzeugs zu regeln. Anders ausgedrückt sind Längs- und Querregler entkoppelt, was insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Fahrten mit gleichmäßigen, nicht zu niedrigen oder gar negativen Geschwindigkeiten eine vorteilhafte Re gelung ermöglicht, insbesondere da im vorliegenden Ansatz die Approximationskoeffizienten der Folge von Wegmarken im fahrzeugfesten Koordinatensystem direkt den Querregelfehler angeben.
Die Soll-Fahrtrajektorie (aus welcher dann der Referenzpfad errechnet wird) des Fahrzeugs kann als zeitliche Sequenz von Fahrzeugposen angegeben sein, z. B. kann in Schritten von 10 ms oder 20 ms der zeitliche Verlauf der Fahrzeugpose (u. a. Fahrzeugposition und Fahr zeugwinkel) beschrieben werden, deren Verlauf dann durch die Approximationsfunktion ap proximiert und auch interpoliert wird. Die Folge von Wegmarken (Referenzpfad) kann als Folge räumlich äquidistanter Wegmarken angegeben sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit einer Vor richtung zur automatisierten Querführung, wie sie in diesem Dokument beschrieben ist. Ein Nutzfahrzeug ist ein Fahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. So kann das Fahrzeug z. B. ein Lastkraftwagen, ein Sattelzug und/oder ein Omnibus sein.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 schematisch ein Architektur- bzw. Blockschaltbild zur Illustration einer Vorrichtung zur automatisierten Querführung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 2 eine Illustration der Soll-Fahrtrajektorie, des Referenzpfads und deren Transforma tion und Approximation in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem.
Gleiche oder äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen be zeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben. Figur 1 zeigt schematisch ein Architektur- bzw. Blockschaltbild zur Illustration einer Vorrichtung 10 zur automatisierten Querführung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Mit den Be zugszeichen 20 - 32 ist schematisch die Ausgabe von Daten und/oder Regelinformationen gekennzeichnet bzw. eine Übermittlung von Informationen und Daten zwischen den einzelnen in Figur 1 gezeigten Modulen. Der Datenaustausch kann über Kommunikations- bzw. Signal verbindungen und/oder rein auf Softwareebene zwischen einzelnen Programmmodulen der Vorrichtung erfolgen.
Die Vorrichtung 10 zur automatisierten Querführung wird nachfolgend auch kurz als Querreg ler 10 bezeichnet. Bei dem beschriebenen Ansatz ist die Querregelung entkoppelt von der Längsregelung, die von einem separaten Längsregler 40 durchgeführt wird. Die Entkopplung von Längsregelung und Querregelung ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt und insbesondere bei mit geringer Dynamik fahrenden Nutzfahrzeugen vorteilhaft. Der Längsregler 40 kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und zur Längsregelung Bremsvorgaben 31 und Beschleunigungsvorgaben 32 ausgeben.
Dem Querregler 10 und Längsregler 40 vorgeschaltet ist ein zentrales Planungsmodul 5, das eine Soll-Fahrtrajektorie plant und ausgibt. Das Planungsmodul 5 gibt zyklisch (z. B alle 100 ms) eine Solltrajektorie vor (zeitliche Folge von Posen), aus der jeweils leicht eine zeitliche Folge von Wegmarken extrahiert werden kann. Die Soll-Fahrtrajektorie stellt die zu fahrenden Trajektorie unter Einhaltung von Randbedingungen wie Kollisionsfreiheit mit anderen Fahrzeu gen und Hindernissen dar. Die Posen werden beschrieben in einem vorzugsweise ortsfesten Koordinatensystem, beispielsweise dem Odometrie-Koordinatensystem. Zusätzlich können je weils an allen Posen bzw. den davon abgeleiteten Wegmarken Toleranzintervalle vorgegeben werden.
Dem Querregler 10 und Längsregler 40 vorgeschaltet ist ferner ein Positionsermittlungsmodul (auch als Lokalisierungsmodul bezeichnet) 6, das die aktuelle Fahrzeugpose (Ist-Pose) zyk lisch ermittelt und ausgibt, z. B. alle 10 ms, ebenfalls ggf. mit Toleranzintervallen, und vorzugs weise gemessen im selben Koordinatensystem, in dem die Soll-Posen vorgegeben werden. Die Fahrzeugpose wird in Form einer Fahrzeugposition, einer Varianz dieser Fahrzeugposition und eines Fahrzeugwinkels erfasst. Die Fahrzeugpose kann beispielsweise von einer entspre chend hierfür ausgebildeten Sensorik erfasst und bereitgestellt werden. Das Positionsermitt lungsmodul kann hierzu ferner auf Kartendaten, GPS-Daten und andere Fahrzeuginformatio nen zugreifen. Bei einem Zugfahrzeug kann die aktuelle Fahrzeugposition ferner den oder die aktuellen Anhängerwinkel zum Zugfahrzeug umfassen. Die vom zentralen Planungsmodul 5 ausgegeben Daten 20 zur Soll-Fahrtrajektorie geben diese in einem ortfesten bzw. weltfesten Koordinatensystem (Weltkoordinatensystem) aus, z. B. in kartesischen Daten. Dieses Koordinatensystem 3 hat die Koordinaten x_Welt und y_Welt (in Figur 2 nur mit x, y bezeichnet). Auch die vom Positionsermittlungsmodul 6 ausge gebenen Daten 21 zur aktuellen Fahrzeugposition wird in dem ortsfesten Koordinatensystem ausgegeben.
Die Daten 20, 21 zur Soll-Fahrtrajektorie und aktuellen Fahrzeugposition werden an den Querregler 10 und den Längsregler 40 übermittelt.
Im oberen Abschnitt A der Figur 2 ist eine Soll-Fahrtrajektorie 7 beispielhaft dargestellt. Die Soll-Fahrtrajektorie stellt einen zu folgenden Referenzpfad dar, der z. B. eine zeitliche Se quenz von Fahrzeugposen im Weltkoordinatensystem 3 und deren zeitlichen Verlauf (von t = -2*dt bis + 8*dt) angibt. Die Zeiteinheit dt, mit der die einzelnen Fahrzeugposen vorgegeben werden, kann lediglich beispielhaft 10 ms oder 20 ms sein. Wie vorstehend erwähnt, kann das zentrale Planungsmodul 5 die Soll-Fahrtrajektorie 7 z. B. alle 100 ms oder 500 ms aktualisie ren.
Die Daten 20, 21 zur Soll-Fahrtrajektorie und aktuellen Fahrzeugposition bzw. -pose, die ein gangsseitig dem Querregler 10 bereitgestellt werden, werden dort zunächst von einem Appro ximationsmodul 11 verarbeitet. Das Approximationsmodul 11 leitet aus der Soll-Fahrtrajektorie 7 eine Folge von Wegmarken 2 ab. Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass eine solche Folgen von Wegmarken (engl way points) 2 daher der Ortskurve bzw. dem räumlichen Aspekt der Soll-Fahrttrajektorie 7 entspricht. Die in der Soll-Fahrtrajektorie 7 enthaltenen Informatio nen über den zeitlichen Verlauf der Durchfahrgeschwindigkeit sowie Informationen über die Pose, falls vorhanden, werden bei der Folge von Wegmarken 2 ignoriert. Die Folge von Weg marken 2 ist diskretisiert (diskretisierte Ortskurve), so dass eine Abfolge von räumlich beab- standeten Punkte den Referenzpfad bzw. die Folge von Wegmarken darstellt, die zum jewei lige Zeitpunkt den für das Fahrzeug vorgegeben Referenzpfad darstellen.
In den Abschnitten A bis D der Figur 2 illustrieren die einzelnen Kreispunkte die Abfolge von Wegmarken 2, d. h. den Referenzpfad. Durch Weglassen der Zeitinformationen, d. h., wann welcher Punkt erreicht werden soll, wie noch in Abschnitt A dargestellt ist, oder durch Weglas sen des zeitlichen Verlaufs der Durchfahrgeschwindigkeit und durch Weglassen der Informa tion zur Orientierung des Fahrzeugs in dem jeweiligen Punkt, ergibt sich aus der Soll- Fahrtrajektorie 7 die Abfolge von Wegmarken 2. Lediglich beispielhaft kann die Folge von Wegmarken 2 daraus entstehen, dass man den ört lichen T eil der Soll-Fahrttrajektorie in äquidistanten Zeitschritten in der Zukunft auswertet (z. B. alle 10 ms). In Sonderfällen, bei Geschwindigkeiten nahe null, kann es vorteilhaft sein, eine Folge von Wegmarken 2 bzw. einen Referenzpfad vorzugeben, der anders entsteht, indem räumlich sinnvoll verteilte Wegmarken für die Sonderfälle gemäß vorbestimmter Kriterien vor gegeben werden.
Das Approximationsmodul 11 transformiert die Folge von Wegmarken 2 in ein fahrzeugfestes Koordinatensystem 4 mit den Koordinaten x_Fzg und y_Fzg mittels einer Koordinatentrans formation. Mathematisch bedeutet diese eine Drehung und Verschiebung der Koordinaten. Mit anderen Worten wird die aktuelle Folge von Wegmarken in einem fahrzeugfesten Koordina tensystem 4 mit den Koordinaten x_Fzg und y_Fzg mittels einer Koordinatentransformation beschrieben. Die x-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems verläuft parallel zu der Längsachse des Fahrzeugs 1, die y-Achse parallel zu der Querachse des Fahrzeugs 1. Dies ist in Abschnitt B der Figur 2 dargestellt.
Der Nullpunkt dieses fahrzeugfesten Koordinatensystems 4 kann beispielsweise in dem Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 , auf dem Mittelpunkt einer Vorder- oder Hinter-Achse oder vorne mittig am Fahrzeug liegen. Die letzte Variante ist in Figur 2, Abschnitte B - D dargestellt. Die aktuelle Fahrzeugpose, d. h. dessen aktuelle Position und Orientierung/Ausrichtung, wird nur einmalig für die Koordinatentransformation benötigt, nachfolgend aber nicht mehr für die Bestimmung des Regelfehlers oder allgemein die darauffolgenden Elemente der Querrege lung, was ein Vorteil gegenüber anderen Regelansätzen ist.
Anschließend führt das Approximationsmodul 11 eine Interpolation und Approximation aus, wobei die in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem vorliegende diskrete Folge von Wegmar ken 2 durch eine Approximationsfunktion interpoliert und approximiert wird. Die Folge von Wegmarken wird somit durch ein Polynom interpoliert und approximiert. In dem hier beschrie benen Ausführungsbeispiel erfolgt die Approximation der Folge von Wegmarken y(x) durch eine Polynomfunktion dritter Ordnung (kubische Polynom P(x) = aO + a1*x+a2*xA2+a3*xA3), nämlich durch eine Taylor-Reihe dritter Ordnung. Mit anderen Worten werden vorliegende In formationen zum Referenzpfad in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem und in Poly nomdarstellung beschrieben. Die durchgezogene schwarze Kurve 2‘ in Abschnitt C und D der Figur 2 illustriert jeweils die approximierte und interpolierte Folge von Wegmarken 2‘ im fahr zeugfesten Koordinatensystem 4. Hierbei berechnet das Approximationsmodul 11 die vier Approximationskoeffizienten K: aO, a1 , a2 und a3. Das Absolutglied aO ist in Figur 2 mit dy bezeichnet und gibt direkt die Abwei chung der aktuellen Querposition, d. h. die Abweichung in Y-Richtung, des Fahrzeugs 1 von der Soll-Y-Position gemäß der interpolierten und approximierten Folge von Wegmarken 2‘ an (im fahrzeugfesten Koordinatensystem). Der Koeffizient aO = dy zeigt somit zugleich ein Maß für den Querregelfehler an. Entsprechendes gilt für den Koeffizienten des Linearglieds a1 , der in Figur 2 mit alpha bezeichnet ist und die Abweichung zur Soll-Tangente an die interpolierte und approximierte Folge von Wegmarken 2‘ angibt, was in Figur 2, Abschnitt D illustriert ist.
Sind die aktuellen Werte für dy und alpha jeweils null oder hinreichend nahe an null, dann folgt hieraus, dass das Fahrzeug 1 sich wie gewünscht entlang der Folge von Wegmarken aus Querführungsgesichtspunkten bewegt, d. h., der Regelfehler ist im Prinzip null. Anderseits ge ben Abweichungen von dy und alpha von Null direkt ein Maß für den Regelfehler an: Je höher diese Werte sind, desto höher ist der Regelfehler. Wie auch Figur 2, Abschnitt 2 ersichtlich ist, kann der Regelfehler direkt aus den Werten für die Koeffizienten, z. B. dy und alpha, abgelesen werden. Komplizierte Berechnungen, z. B. unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeug pose, sind zur Bestimmung des Regelfehlers nicht notwendig.
Für eine höhere Genauigkeit sowie zur Vorsteuerung im Regler, können optional auch noch die Koeffizienten a2 und a3 des quadratischen und kubischen Gliedes zur Bestimmung des Regelfehlers herangezogen werden, die in Figur 2 mit kappa (Koeffizient a2) und kappa' (Ko effizient a3) bezeichnet werden.
Die Koeffizienten aO bis a3 approximieren somit nicht durch die Folge von Wegmarken, son dern dienen gleichzeitig als Maß für den Querregelfehler. So kann beispielhaft durch die je weils aktuelle Berechnung der vier Koeffizientenwerte aO bis a3 eine besonders kompakte Kodierung (Darstellung) der Informationen zur Folge von Wegmarken als auch zum Regelfeh ler realisiert werden. Zudem muss der Regelfehler nicht noch durch weitere Operationen be rechnet werden, sondern kann quasi direkt aus den Werten der Approximationskoeffizienten K abgelesen werden.
Sonderfälle, d. h. besondere Fahrsituationen des Fahrzeugs, z. B. der Fahrzeugstillstand oder die Rückwärtsfahrt, sind zweckmäßigerweise durch eigens hierfür angepasste Näherungskon zepte für die Folge von Wegmarken zu behandeln. Das Approximationsmodul 11 stellt die so ermittelten Approximationskoeffizienten aO bis a3 sowohl einem Primärregler 12, Sekundärreglern 14, einem Modul zur Lenküberwachung 18 als auch einem Modul zur Lenkvorgabenverwaltung 17 (sog. Arbiter) (letzteres ist in Figur 2 nicht dargestellt) eingangsseitig zur Verfügung. Das Approximationsmodul 11 kann optional ferner einen Wert für die Breite des Sicherheitskorridors ermitteln, der von der Querregelung einzuhalten ist. Im fahrzeugfesten Koordinatensystem kann diese z. B. durch einen numeri schen Wert in Y-Richtung angegeben werden, der die Bereite des Sicherheitskorridors, ent sprechend einem Schlauch bzw. Band um den Referenzpfad bzw. die Soll-Fahrtrajektorie, an gibt.
Der Primärregler 12 und die Sekundärregler 14 sind jeweils ausgebildet, einen Querführungs eingriff durch Ansteuerung mindestens eines Aktors 50, 60 des Kraftfahrzeugs durchzuführen und hierzu aus empfangenen Koeffizienten K der Approximationsfunktion ein Maß für eine Abweichung einer Querposition des Kraftfahrzeugs von Folge von Wegmarken bzw. der Soll- Fahrtrajektorie und/oder für einen Reglereingriff abzuleiten.
Der Primärregler 12 ist vorliegend der Hauptregler zur Querführung und erzeugt eine Lenkvor gabe 23 zur Ansteuerung der Lenkung 50, z. B. einer elektronischen Lenksteuerung, des Fahr zeugs, um die Querposition des Kraftfahrzeugs 1 gemäß der Vorgabe durch die interpolierte und approximierte Folge von Wegmarken 2‘ zu regeln.
Die Sekundärregler 14 umfassen hier lediglich beispielhaft drei Sekundärregler. Der erste Se kundärregler 14a ist ausgebildet, wie der Primärregler 12, ebenfalls eine Lenkvorgabe 24 zur Ansteuerung der Lenkung 50 des Kraftfahrzeugs 1 zu bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs 1 gemäß der Vorgabe durch die die interpolierte und approximierte Folge von Wegmarken 2‘ zu regeln.
Der zweite Sekundärregler 14b ist ausgebildet, zur Durchführung einer Fahrstabilisierung eine Lenkvorgabe 25 zur Ansteuerung einer Lenkung 50 zu bestimmen. Optional kann dieser auch noch eine Bremsvorgabe zur Durchführung eines Bremseingriffs bestimmen (in Figur 2 nicht dargestellt). Der zweite Sekundärregler dient somit primär nicht dazu, die Querposition des Kraftfahrzeugs 1 gemäß der Vorgabe durch Folge von Wegmarken 2, 2‘ zu regeln, sondern die Fahrstabilität sicherzustellen, entsprechend einer ESP-Funktion. Der zweite Sekundärreg ler 14b kann somit eine an sich bekannte ESP-Funktion bereitstellen und hierzu weitere Fahr zeugzustandsdaten, z. B. zum Radschlupf etc., eingangsseitig erhalten. Der dritten Sekundärregler 14c ist ausgebildet ist, eine Bremsvorgabe 27 zur Durchführung eines asymmetrischen Bremseingriffs zu bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs mittels des asymmetrischen Bremseingriffes gemäß der Vorgabe durch die Folge von Weg marken zu regeln. Der dritte Sekundärregler 14c steuert somit nicht die Lenkung 50, sondern die Bremsen 60 an.
Da sowohl der erste als auch der zweite Sekundärregler 14a, 14b eine Lenkvorgabe erzeugen, ist vorliegend ein Lenkentscheidungsmodul 15 vorgesehen, das anhand vorbestimmter Krite rien angibt, welche Lenkvorgabe 26 letztendlich weitergegeben wird. Beispielsweise kann bei Erkennen einer aus Fahrstabilitätsgesichtspunkten sicherheitskritischen Situation der zweite Sekundärregler 14b über den ersten Sekundärregler 14a priorisiert werden.
Der mindestens eine Sekundärregler 14 dient als Backup oder Absicherung für den Primär regler, um z. B. bei Ausfall oder nicht zufriedenstellender Querregelung des Primärreglers aktiv einzugreifen. Dabei wird der Primärregler 12 durch einen oder mehrere der Sekundärregler 14 in bestimmten Fahrsituationen ersetzt. Der mindestens eine Sekundärregler 14 soll somit ide alerweise nur in Ausnahmesituationen aktiv eingreifen. Entsprechend kann der mindestens eine Sekundärregler 14 als Überwachungsregler und/oder Fall-Back-Regler zum Primärregler 12 implementiert sein. Der Primärregler kann zur Querführung für einen höheren Fahrkomfort oder für einen höheren Funktionsumfang im Vergleich zu dem mindestens einen Sekundär regler 14 ausgelegt sein.
Die Lenkvorgabe 26 des Primärreglers 12 als auch des mindestens einen Sekundärreglers 14 wird einem Modul zur Lenkvorgabenverwaltung 17 (auch als Arbiter bezeichnet) zugeführt. Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung 17 ist ausgebildet, bei Erfüllung einer vorbestimmen Umschaltbedingung zwischen dem Primärregler 12 und einem oder mehreren Sekundärreg lern des mindestens einen Sekundärreglers 14 zur automatisierten Querführung umzuschal ten. Umzuschalten bedeutet hier, dass wahlweise nur die Lenkvorgabe 23 des Primärreglers 12 oder nur die Lenkvorgabe 26 des Sekundärreglers 14 als Lenkvorgabe 28 ausgegeben wird. Mittels der Umschaltbedingung kann somit koordiniert oder festgelegt werden, welcher der Regler aktuell für die Querführung verantwortlich ist.
Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung 17 prüft somit, ob die Umschaltbedingung vorliegt. Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass das Approximationsmodul 11 auch eine Breite ei nes Sicherheitskorridors bestimmt und ausgeben kann, der z. B. durch Schwellenwerte für die Approximationskoeffizienten oder zumindest für einen Teil der Approximationskoeffizienten festgelegt ist. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsvariante der Approximationsfunk tion als Polynom, beispielsweise als Taylor-Reihe dritter Ordnung, kann der Sicherheitskorri dor beispielsweise durch Schwellenwerte für das Absolutglied oder optional zusätzlich den Polynomkoeffizienten des linearen Glieds des Polynoms festgelegt sein.
Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung 17 kann bei Nicht-Einhalten des Sicherheitskorridors, z. B. wenn der aktuelle Wert des Absolutglieds größer als der hierfür festgelegte Schwellen wert (Breite) ist, einen Zähler starten, und wenn dieser eine vorbestimmte Toleranzzeit herun tergezählt hat und die Ist-Querposition des Kraftfahrzeugs immer noch außerhalb des Sicher heitskorridor ist, die Umschaltbedingung als erfüllt ansehen. In diesem Fall schaltet die Vor richtung z. B. vom Primärregler auf den mindestens einen Sekundärregler um, d. h., es wird die Lenkvorgabe 26 anstatt 23 als Lenkvorgabe 28 des Moduls zur Lenkvorgabenverwaltung 17 ausgegeben.
Die Lenkvorgabe 28 wird anschließend einem optionalen übergeordneten Überwachungsmo dul 18 zugeführt, das eingangsseitig nicht nur die Lenkvorgabe 28 des Moduls zur Lenkvorga benverwaltung 17, sondern auch direkt die Lenkvorgabe 23 des Primärreglers und des Lenk entscheidungsmoduls 15 der Sekundärregler 14 erhält, sowie die Approximationskoeffizien ten. Auf diese Weise kann das übergeordnete Überwachungsmodul 18 zusätzliche Koordinie rungsaufgaben zur Abstimmung der Regler 12, 14 untereinander übernehmen und/oder alter nativ oder zusätzlich als Absicherung des Moduls zur Lenkvorgabenverwaltung 17 oder zur Überwachung der Umschaltbedingung dienen.
Das übergeordnete Überwachungsmodul 18 erzeugt dann eine Lenkvorgabe zur Ansteuerung der Lenkung 50.
Alternativ ist es jedoch möglich, dass die Erfüllung der vorbestimmten Umschaltbedingung dezentral sowohl in dem Primärregler 12 als auch in dem mindestens einen Sekundärregler 14 implementiert ist. Entsprechend können sowohl der Primärregler 12 als auch der mindes tens eine Sekundärregler 14 ausgebildet sein, die Umschaltbedingung zu überwachen und ihre Lenkvorgabe nur dann auszugeben, wenn die Umschaltbedingung erfüllt ist.
Unabhängig davon, ob die Überwachung und damit die Koordinierung vom Primärregler 12 vs. Sekundärregler 14 zentral oder dezentral implementiert ist, ist die Koordination durch den erfindungsgemäßen Ansatz besonders vereinfacht. Der Grund liegt wieder darin, dass die Ap proximation der Folge von Wegmarken im fahrzeugfesten Koordinatensystem gleichzeitig den Regelfehler kodiert. Daher kann die Einhaltung eines Sicherheitskorridors für die Querrege lung vereinfacht durch simplen Vergleich der aktuellen Werte für die Approximationskoeffizien ten mit den hierfür vorgegebenen Schwellenwerten, die die Größe des Sicherheitskorridors angeben, erfolgen. Dies ist programmtechnisch durch einfach zu implementierende, wenig fehleranfällige Überwachungsroutinen implementierbar, da nur wenige elementare mathema tische Operationen hierfür programmiert werden müssen. Entsprechend kann hierfür die Im plementierung mit einer hohen funktionalen Sicherheit kosteneffizient realisiert werden.
Wie die einzelnen Regler 12, 14a - 14c aus den ermittelten Informationen 22 zur Folge von Wegmarken und dem darin inhärent enthaltenen Regelfehler die Lenkvorgabe bzw. Brems vorgaben 23, 23, 25 und 27 bestimmen, ist nicht Gegenstand dieser Erfindung und daher nicht näher beschrieben. Hierzu sind jedoch grundsätzlich die im Stand der Technik bekannten An sätze und Algorithmen, wie der Stanley-Algorithmus, der Pure Pursuit-Algorithmus oder an dere hierfür bekannte Regeltechniken, implementierbar. Besondere Betriebssituationen, wie Fahrzeugstillstand oder Rückwärtsfahrt, können mit entsprechend angepassten Regelansät zen behandelt werden. Bei Rückwärtsfahrt können z. B. sog. flachheitsbasierte Ansätze zur Invertierung der durch das Gespann aus Zugfahrzeug und ggf. mehreren Anhängern gebilde ten kinematischen Kette zum Einsatz kommen. So kann es im Fall des Rückwärtsrangierens bei einem Fahrzeuggespann günstig sein, die Rolle von Zugfahrzeug und (letztangehängtem) Trailer zu vertauschen, was dem Regler etwa durch ein Flag mitgeteilt werden kann. Die Re gelung erfolgt dann über die Umkehrung der durch das Gespann dargestellten kinematischen Kette etwa durch eine sog. flachheitsbasierte Steuerung bzw. Regelung.
Es ist im vorliegenden Ansatz vielmehr gewollt bzw. beabsichtigt, dass die einzelnen Regler 12, 14a - 14c von unterschiedlichen Entwicklungsteams oder -firmen quasi als Black-Box- Regler entwickelt werden, wobei jedoch sichergestellt wird, dass jeweils eingangsseitig auf die gleiche Folge von Wegmarken und, darin enthalten, den gleichen Regelfehler aufgesetzt wird. Durch die Delegation an andere Firmen wird die für hohe ASIL geforderte sog. diversitäre Entwicklung durch voneinander isolierte Entwicklerteams quasi ohne teure Zusatzaufwände erreicht.
Die Sekundärregler 14 sind vorliegend auf einem vom Primärregler 12 getrennten Steuergerät implementiert, d. h. auch auf einer getrennten Hardware, z. B. einem Chip.
Vorliegend ist möglich, dass das Approximationsmodul 11 und der Primärregler zumindest auf einem gemeinsamen Steuergerät 13 oder einer gemeinsamen Hardware implementiert sind. Alternativ ist auch denkbar, dass beispielsweise die Module 11, 12, 17 und 18 des Querreglers 10 hardwareseitig auf einer gemeinsamen Hardware implementiert sind und die Komponenten 14, 15 des Sekundärreglers auf einer eigenen Hardware implementiert sind.
Unter Module können wir Funktionsgruppen verstanden werden, die programmtechnisch mit- tels einer Software implementiert sind. Die in Figur 1 gezeigten Module 10 sind in der Regel als Regelsoftware implementiert.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbei spiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug ge nommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug, z. B. Lastkraftwagen
2 Folge von Wegmarken
2‘ Folge von Wegmarken (interpoliert und approximiert)
3 Erstes Koordinatensystem
4 Fahrzeugfestes Koordinatensystem
5 Planungsmodul
6 Positionsermittlungsmodul
7 Soll-Fahrtrajektorie
10 Vorrichtung zur automatisierten Querführung
11 Approximationsmodul
12 Primärregler
13 Erstes Steuergerät
14 Sekundärregler
14a Erster Sekundärregler
14b Zweiter Sekundärregler
14c Dritter Sekundärregler
15 Lenkentscheidungsmodul
16 Zweites Steuergerät
17 Modul zur Lenkvorgabenverwaltung (Arbiter)
18 Modul zur Lenküberwachung
20-32 Ausgabe von Daten und/oder Regelinformationen:
20 Ausgabe der Soll-Fahrzeugtrajektorie im ersten Koordinatensystem
21 Ausgabe der Ego-Position des Fahrzeugs im ersten Koordinatensystem
22 Ausgabe der Approximationskoeffizienten der Folge von Wegmarken im fahrzeug festen Koordinatensystem und der Breite des Sicherheitskorridors
23 Ausgabe der Lenkvorgabe
24 Ausgabe der Lenkvorgabe
25 Ausgabe der Lenkvorgabe
26 Ausgabe der Lenkvorgabe
27 Ausgabe der Bremsvorgabe
28 Ausgabe der Lenkvorgabe
29 Ausgabe der Lenkvorgabe
31 Ausgabe der Bremsvorgabe 32 Ausgabe der Beschleunigungsvorgabe
40 Längsregler
50 Elektronische Lenksteuerung
60 Bremsaktuatoren A Approximationsfunktion
K Koeffizienten der Approximationsfunktion

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur automatisierten Querführung eines autonom oder halbautonom be treibbaren Kraftfahrzeugs (1), a) wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, eine in einem ersten, vorzugsweise orts festen, Koordinatensystem (3) beschriebene, vorzugsweise aus einer Soll-Fahrtrajektorie (7) abgeleitete, Folge von Wegmarken (2) in ein fahrzeugfestes Koordinatensystem (4) zu transformieren, wobei die Folge von Wegmarken (2) in dem fahrzeugfesten Koordinaten system (4) durch eine Approximationsfunktion (A) interpoliert und approximiert ist; b) wobei die Vorrichtung (10) einen Primärregler (12) und mindestens einen Sekun därregler (14) umfasst, die jeweils ausgebildet sind, einen Querführungseingriff durch An steuerung mindestens eines Aktors (50, 60) des Kraftfahrzeugs durchzuführen und hierzu aus Koeffizienten (K) der Approximationsfunktion (A) ein Maß für eine Abweichung einer Querposition des Kraftfahrzeugs von der Folge von Wegmarken (2) und/oder für einen Reglereingriff abzuleiten.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Folge von Wegmarken (2) in dem fahrzeug festen Koordinatensystem durch ein Polynom (P), vorzugsweise ein kubisches Polynom, interpoliert und approximiert ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, die in das fahrzeugfeste Koordinatensystem (4) transformierte und in interpolierter und appro ximierter Form vorliegende Folge von Wegmarken dem Primärregler (12) und dem min destens einen Sekundärregler (14) jeweils eingangsseitig bereitzustellen, vorzugsweise durch Bereitstellung jeweils aktueller Werte für die Approximationskoeffizienten (K) Oter bis nter Ordnung, wobei vorzugsweise n < 3 ist.
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Primärregler (12) und/oder der mindestens eine Sekundärregler (14) ausgebildet sind, ein Maß für einen Regelfehler (R) der Querführung in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem ausschließ lich anhand von Koeffizienten (K) der Approximationsfunktion zu bestimmen.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ein erstes Steuergerät oder eine erste Hardwarekomponente (13), in welchem/welcher der Primärregler imple mentiert ist, und ein zweites Steuergerät (16) oder eine zweite Hardwarekomponente, in welchem/welcher der mindestens eine Sekundärregler (14) implementiert ist. 6. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Se kundärregler (14) einen ersten Sekundärregler (14a) umfasst, der ausgebildet ist, eine Lenkvorgabe (24) zur Ansteuerung einer Lenkung (50) des Kraftfahrzeugs (1) zu bestim men, um die Querposition des Kraftfahrzeugs (1) zu regeln, vorzugsweise gemäß der Vor gabe durch die interpolierte und approximierte Folge von Wegmarken (2).
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Se kundärregler (14) einen zweiten Sekundärregler (14b) umfasst, der ausgebildet ist, zur Durchführung einer Fahrstabilisierung eine Lenkvorgabe (25) zur Ansteuerung einer Len kung (50) und/oder eine Bremsvorgabe zur Durchführung eines Bremseingriffs zu bestim men.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Se kundärregler einen dritten Sekundärregler (14c) umfasst, der ausgebildet ist, eine Brems vorgabe (27) zur Durchführung eines asymmetrischen Bremseingriffs zu bestimmen, um die Querposition des Kraftfahrzeugs mittels des asymmetrischen Bremseingriffes zu re geln, vorzugsweise gemäß der Vorgabe durch die interpolierte und approximierte Folge von Wegmarken (2).
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) aus gebildet ist, bei Erfüllung einer vorbestimmen Umschaltbedingung zwischen dem Primär regler (12) und einem oder mehreren Sekundärreglern des mindestens einen Sekundär reglers (14) zur automatisierten Querführung umzuschalten.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, a) ferner umfassend ein Modul (17) zur Lenkvorgabenverwaltung (sog. Arbiter), das eingangsseitig Lenkvorgaben (23, 26) des Primärreglers (12) und des mindestens einen Sekundärreglers (14) empfängt und in Abhängigkeit von der Umschaltbedingung wahl weise die Lenkvorgabe (23) des Primärreglers oder die (26) des mindestens einen Se kundärreglers zur Ansteuerung der Lenkung (50) ausgibt; oder b) wobei die Erfüllung der vorbestimmten Umschaltbedingung dezentral sowohl in dem Primärregler (12) als auch in dem mindestens einen Sekundärregler (14) implementiert ist. 11. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) aus gebildet ist, einen von der automatisierten Querführung einzuhaltenden Sicherheitskorri dor in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem zu bestimmen, der durch Schwellenwerte für die Approximationskoeffizienten festgelegt ist, wobei optional die Schwellenwerte in Abhängigkeit von T oleranzwerten, die die Vorrichtung (10) von einem zentralen Planungs modul empfängt, festgelegt sind.
12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 und 11, wobei der Sicherheitskorridor durch Schwel lenwerte für das Absolutglied und den Koeffizienten des linearen Glieds des Polynoms festgelegt ist und/oder wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, den Sicherheitskorridor fest- legende Informationen dem Primärregler (12) und dem mindestens einen Sekundärregler
(14) eingangsseitig bereitzustellen.
13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10 und 11 oder 12, wobei die vorbestimme Um schaltbedingung erfüllt ist, falls der einzuhaltende Sicherheitskorridor länger als eine vor bestimmte Zeit nicht eingehalten wird. 14. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) aus gebildet ist, eingangsseitig die Folge von Wegmarken (2) oder eine Soll-Fahrtrajektorie (7), die aus der die Folge von Wegmarken (2) ableitbar ist, in dem fahrzeugfesten Koordi natensystem von einem zentralen Planungsmodul (5) zu empfangen und/oder die Quer führung des Kraftfahrzeugs getrennt von einer Längsführung des Kraftfahrzeugs zu re- geln.
15. Kraftfahrzeug (1), vorzugsweise Nutzfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
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