Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anpassen eines Verstärkungsfaktors eines Beschleunigungsreglers für ein Kraftfahrzeug.

Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert. Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade gemäß der Definition der BASt entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) gemäß der BASt dem Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE- Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.

Allen längsführenden Systemen liegt ein Beschleunigungsregler zugrunde, der aus einer Soll-Geschwindigkeit für das Fahrzeug und einer Ist- Geschwindigkeit für das Fahrzeug eine Soll-Beschleunigung für das Fahrzeug ermittelt. Zumindest in Abhängigkeit von dieser Soll- Beschleunigung wird dann die Längsführung des Kraftfahrzeugs gesteuert.

Die Parametrierung des Beschleunigungsreglers ist sehr aufwändig, da der Beschleunigungsregler für jedes Fahrzeugmodell angepasst werden muss und beispielsweise die Fahrzeugmasse und verschiedenen Eigenschaften des Antriebsstrangs einen Einfluss auf die Parametrierung haben. Es ist Aufgabe der Erfindung, die Parametrierung des Beschleunigungsreglers zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft Vorrichtung zum Anpassen eines Verstärkungsfaktors eines Beschleunigungsreglers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein automatisiertes Kraftfahrzeug.

Der Beschleunigungsregler ist eingerichtet, in einem Zeitschritt in Abhängigkeit von einer Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Ist- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und dem Verstärkungsfaktor eine Soll- Beschleunigung für das Kraftfahrzeug vorzugeben.

Die Längsführung des Kraftfahrzeugs erfolgt dann zumindest in Abhängigkeit von der Soll-Beschleunigung. Insbesondere wird die Soll-Beschleunigung einer Antriebs- oder Motorsteuerung als Ziel-Beschleunigung vorgegeben. Alternativ oder zusätzlich wird die Soll-Beschleunigung noch verarbeitet, bevor sie der Antriebs- oder Motorsteuerung als Ziel-Beschleunigung vorgegeben wird. Die Vorrichtung ist eingerichtet, für zumindest zwei Zeitschritte jeweils die Soll-Geschwindigkeit, die Ist-Geschwindigkeit und die in Abhängigkeit davon vorgegebene Soll-Beschleunigung als Information zu speichern. Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, jeweils die Soll-

Geschwindigkeit, die Ist-Geschwindigkeit und die in Abhängigkeit davon vorgegebene Soll-Beschleunigung als Tupel zu speichern, so dass aus der gespeicherten Information weiterhin hervorgeht, dass die genannten Daten zu dem gleichen Zeitschritt korrespondieren

Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, für zumindest zwei Zeitschritte jeweils die Soll-Geschwindigkeit, die Ist-Geschwindigkeit, die in Abhängigkeit davon vorgegebene Soll-Beschleunigung und den jeweiligen Zeitschritt als Information zu speichern, so dass aus der gespeicherten Information auch eine kausale oder temporale Reihenfolge der genannten Daten hervorgeht.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, eine erste Teilmenge der Information auszuwählen, wobei die erste Teilmenge insbesondere höchstens 150 oder 200 Tupel aus Soll-Geschwindigkeit, Ist-Geschwindigkeit und/oder Soll-Beschleunigung umfasst. Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Anzahl der Tupel derart gewählt wird, dass eine Verarbeitung unter Echtzeitbedingungen, also unter verbindlicher Einhaltung einer Frist, möglich ist. Die Vorrichtung ist eingerichtet, in Abhängigkeit von der ersten Teilmenge ein Model zu trainieren, wobei das Modell eingerichtet ist, aus zumindest einer gespeicherten Ist-Geschwindigkeit und zumindest einer gespeicherten Soll- Beschleunigung eine Ist-Geschwindigkeit eines späteren Zeitschritts zu prädizieren.

Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich aus der Ist- Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung zu einem ersten Zeitschritt unter Berücksichtigung der Zeitdifferenz des ersten Zeitschritts und eines zweiten, auf den ersten Zeitschritt folgenden Zeitschrift die Ist- Geschwindigkeit zu dem zweiten Zeitschrift prädizieren lässt.

Zwar wird eine Ist-Beschleunigung des Kraftfahrzeugs häufig von der Soll- Beschleunigung des Kraftfahrzeugs abweichen, da die Ist-Beschleunigung nicht nur von durch das Kraftfahrzeug kontrollierbaren Einflüssen abhängt, z.B. von der Fahrbahnneigung, von Signallaufzeiten im Kraftfahrzeug und/oder Systemträgheiten. Da allerdings für mehrere Zeitschritte die Ist- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gespeichert wird und somit bekannt ist, kann in der Rückschau das Modell mittels eines überwachten Lernverfahrens trainiert werden.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, eine zweite Teilmenge der Information auszuwählen, wobei die zweite Teilmenge insbesondere höchstens 20, 50, 100 oder 150 Tupel aus Soll-Geschwindigkeit, Ist- Geschwindigkeit und/oder Soll-Beschleunigung umfasst.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge, dem Modell und dem Beschleunigungsregler den Verstärkungsfaktor anzupassen.

Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Wahl des Verstärkungsfaktors einen starken Einfluss darauf hat, wie schnell und mit welcher Qualität die Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sich an eine davon abweichende Soll-Geschwindigkeit angleicht. Beispielsweise kann ein sehr großer Verstärkungsfaktor zwar für eine schnelle Angleichung der Ist- Geschwindigkeit an die Soll-Geschwindigkeit sorgen, allerdings besteht bei einem sehr großen Verstärkungsfaktor in Verbindung mit zeitlichen Verzögerungen die Gefahr von Schwingungen. Die Vorrichtung ist insbesondere eingerichtet, dass Trainieren des Modells und das Anpassen des Beschleunigungsreglers mehrfach durchzuführen, um iterativ bei einem optimalen Verstärkungsfaktor zu konvergieren. Beispielsweise kann durch die geeignete Wahl der Frequenz, mit der das Trainieren des Modells und das Anpassen des Beschleunigungsreglers erfolgen, mit geringer Rechenleistung das Optimum gefunden werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Beschleunigungsregler eingerichtet, die Soll-Beschleunigung aus dem Produkt des Verstärkungsfaktor und der Differenz zwischen der Soll- Geschwindigkeit und der Ist-Geschwindigkeit zu ermitteln.

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eingerichtet, die Information in einem Ringspeicher zu speichern, wobei eine Kapazität des Ringspeichers auf ein Speichern der Information von höchstens 5000 Zeitschritten begrenzt ist.

Ein Ringspeicher speichert Daten kontinuierlich in einem gewissen Zeitraum und überschreibt diese nach dem Ablaufen einer vorgegebenen Zeit wieder, um den Speicherplatz für neue Daten wieder freizugeben.

Insbesondere beträgt die zeitliche Differenz zwischen jeweils zwei Zeitschritten höchstens 20 ms, so dass der Ringspeicher höchstens Information aus einem Intervall von 100 s speichern kann.

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eingerichtet, das Modell zu trainieren, indem ein erster Gewichtungsfaktor und ein zweiter Gewichtungsfaktor derart optimiert werden, dass ein Prädiktionsfehler des Modells minimiert wird.

Insbesondere erfolgt die Optimierung des ersten Gewichtungsfaktors und des zweiten Gewichtungsfaktors mit einem Levenberg-Marquardt- Algorithmus. Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Levenberg-Marquardt-Algorithmus bei dieser Problemstellung im Vergleich zu anderen Optimierungsalgorithmen sehr schnell konvergiert, was in Verbindung mit weiteren Maßnahmen eine Verwendung der Erfindung im Kraftfahrzeug (also „online“, gegenüber eine eines „offline“ -Trainings in einem Data Center) ermöglicht.

Der erste Gewichtungsfaktor gibt einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Ist- Geschwindigkeit auf die Prädiktion vor. Insbesondere wenn die zumindest eine gespeicherte Ist-Geschwindigkeit mehr als nur genau eine Ist-Geschwindigkeit umfasst, können mehrere erste Gewichtungsfaktoren verwendet werden. So kann beispielsweise für jede der mehreren Ist-Geschwindigkeiten jeweils ein eigener erster Gewichtungsfaktor verwendet werden.

Der zweite Gewichtungsfaktor gibt einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Soll-Beschleunigung auf die Prädiktion vor. Insbesondere wenn die zumindest eine gespeicherte Soll-Beschleunigung mehr als nur genau eine Soll-Beschleunigung umfasst, können mehrere zweite Gewichtungsfaktoren verwendet werden. So kann beispielsweise für jede der mehreren Soll-Beschleunigungen jeweils ein eigener zweiter Gewichtungsfaktor verwendet werden.

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eingerichtet, den Verstärkungsfaktor anzupassen, indem die Vorrichtung eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge, dem Modell und dem Beschleunigungsregler einen Zustand des Kraftfahrzeugs zu prädizieren. Der Zustand des Kraftfahrzeugs ist insbesondere eine Beschreibung der tatsächlichen Dynamik des Kraftfahrzeugs und/oder eine Beschreibung von Steuer- oder Soll-Vorgaben für Systeme des Kraftfahrzeugs, die zukünftig die Dynamik des Kraftfahrzeugs beeinflussen werden. Beispielsweise umfasst der Zustand des Kraftfahrzeugs eine Soll-Beschleunigung des Kraftfahrzeugs für den aktuellen Zeitschritt, eine Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs für den aktuellen Zeitschritt und eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs für den aktuellen Zeitschritt. Zusätzlich kann der Zustand des Kraftfahrzeugs auch eine Ist-Geschwindigkeit für zumindest einen vergangenen Zeitschritt und/oder eine Soll-Beschleunigung für zumindest einen vergangenen Zeitschritt umfassen. Insbesondere da der vollständige Zustand des Kraftfahrzeugs nur sehr aufwändig beschrieben werden kann, kann der Zustand des Kraftfahrzeugs in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung nur partiell beschrieben werden, beispielsweise durch zumindest eine Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, zumindest eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder zumindest eine Soll-Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, den Verstärkungsfaktor derart anzupassen, dass ein auf den Zustand des Kraftfahrzeugs bezogenes Reglergütemaß minimiert wird.

Das Reglergütemaß beschreibt dabei insbesondere eine Regelabweichung und/oder ein Maß für einen Passagierkomfort.

Insbesondere erfolgt die Anpassung des Verstärkungsfaktors mit einem Levenberg-Marquardt-Algorithmus. Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Levenberg-Marquardt-Algorithmus bei dieser Problemstellung im Vergleich zu anderen Optimierungsalgorithmen sehr schnell konvergiert, was in Verbindung mit weiteren Maßnahmen eine Verwendung der Erfindung im Kraftfahrzeug ermöglicht.

Der Zustand des Kraftfahrzeugs umfasst insbesondere zumindest eine Ist- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder zumindest eine Soll- Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder zumindest eine Soll- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in einem Zeitschrift.

So kann beispielsweise mittels des Modells, ausgehend von einem Initialzustand des Kraftfahrzeugs, eine Prognose erstellt, wie sich die Soll- Beschleunigung, die Soll-Geschwindigkeit und die Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in zukünftigen Zeitschriften entwickeln werden, wenn verschiedene Werte für den Verstärkungsfaktor des Beschleunigungsreglers angenommen werden

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eingerichtet ist, die Information in einem Ringspeicher zu speichern, wobei eine Kapazität des Ringspeichers auf ein Speichern der Information von höchstens 5000 Zeitschriften begrenzt ist, das Modell zu trainieren, indem ein erster Gewichtungsfaktor und ein zweiter

Gewichtungsfaktor derart mit einem Levenberg-Marquardt-Algorithmus optimiert werden, dass ein Prädiktionsfehler des Modells minimiert wird, wobei der erste Gewichtungsfaktor einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Ist-Geschwindigkeit auf die Prädiktion vorgibt, und wobei der zweite Gewichtungsfaktor einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Soll-Beschleunigung auf die Prädiktion vorgibt, und den Verstärkungsfaktor anzupassen, indem in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge, dem Modell und dem Beschleunigungsregler einen Zustand des Kraftfahrzeugs zu prädizieren, und den Verstärkungsfaktor derart mit einem Levenberg- Marquardt-Algorithmus derart zu optimieren, dass ein auf den Zustand des Kraftfahrzeugs bezogenes Reglergütemaß minimiert wird.

Diese vorteilhafte Ausführungsform vereint alle Merkmale, die die Erfindung derart effizient gestalten, dass eine Verwendung der Erfindung trotz der begrenzten Ressourcen von automobilen Steuergeräten direkt im Kraftfahrzeug ermöglicht. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines Verstärkungsfaktors eines Beschleunigungsreglers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Beschleunigungsregler eingerichtet ist, in einem Zeitschritt in Abhängigkeit von einer Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Ist- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und dem Verstärkungsfaktor eine Soll- Beschleunigung für das Kraftfahrzeug vorzugeben.

Ein Schritt des ist das Speichern der Soll-Geschwindigkeit, der Ist- Geschwindigkeit und der in Abhängigkeit davon vorgegebenen Soll- Beschleunigung als Information für zumindest zwei Zeitschritte.

Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Auswählen einer ersten Teilmenge der Information. Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Trainieren eins Models in

Abhängigkeit von der ersten Teilmenge, wobei das Modell eingerichtet ist, aus zumindest einer gespeicherten Ist-Geschwindigkeit und zumindest einer gespeicherten Soll-Beschleunigung eine Ist-Geschwindigkeit eines späteren Zeitschritts zu prädizieren.

Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Auswählen einer zweiten Teilmenge der Information.

Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist das Anpassen des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge, dem Modell und dem Beschleunigungsregler.

Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.

An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Diese zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anpassen eines Verstärkungsfaktors VF eines Beschleunigungsreglers BR für ein Kraftfahrzeug.

Der Beschleunigungsregler BR ist eingerichtet, in einem Zeitschritt in Abhängigkeit von einer Soll-Geschwindigkeit SG des Kraftfahrzeugs, einer Ist-Geschwindigkeit IG des Kraftfahrzeugs und dem Verstärkungsfaktor VF eine Soll-Beschleunigung SB für das Kraftfahrzeug vorzugeben.

Außerdem ist der Beschleunigungsregler BR eingerichtet, die Soll- Beschleunigung SB aus dem Produkt des Verstärkungsfaktor VF und der Differenz zwischen der Soll-Geschwindigkeit SG und der Ist-Geschwindigkeit IG zu ermitteln.

Die Vorrichtung ist eingerichtet, für zumindest zwei Zeitschritte jeweils die Soll-Geschwindigkeit SG, die Ist-Geschwindigkeit IG und die in Abhängigkeit davon vorgegebene Soll-Beschleunigung SB als Information zu speichern.

Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, die Information in einem Ringspeicher RS zu speichern, wobei eine Kapazität des Ringspeichers RS auf ein Speichern der Information von höchstens 5000 Zeitschritten begrenzt ist.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, eine erste Teilmenge ET der Information auszuwählen, und in Abhängigkeit von der ersten Teilmenge ET ein Model MU zu trainieren, wobei das Modell MU eingerichtet ist, aus zumindest einer gespeicherten Ist-Geschwindigkeit IG und zumindest einer gespeicherten Soll-Beschleunigung SB eine Ist-Geschwindigkeit IG eines späteren Zeitschritts zu prädizieren.

Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, das Modell MU zu trainieren, indem ein erster und Gewichtungsfaktor und ein zweiter Gewichtungsfaktor derart optimiert werden, dass ein Prädiktionsfehler des Modells MU minimiert wird, wobei der erste Gewichtungsfaktor einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Ist- Geschwindigkeit IG auf die Prädiktion vorgibt, und wobei der zweite Gewichtungsfaktor einen Einfluss der zumindest einen gespeicherten Soll-Beschleunigung SB auf die Prädiktion vorgibt.

Außerdem ist die Vorrichtung eingerichtet, eine zweite Teilmenge ZT der Information auszuwählen, und in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge ZT, dem Modell MU und dem Beschleunigungsregler BR den Verstärkungsfaktor VF anzupassen, beispielsweise durch Verwendung eines Optimierungs-Mittels CU. Insbesondere ist die Vorrichtung eingerichtet, den Verstärkungsfaktor VF anzupassen, indem die Vorrichtung eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der zweiten Teilmenge ZT, dem Modell MU und dem Beschleunigungsregler BR einen Zustand des Kraftfahrzeugs zu prädizieren, und den Verstärkungsfaktor VF derart anzupassen, dass ein auf den Zustand des Kraftfahrzeugs bezogenes Reglergütemaß minimiert wird.

Dabei umfasst der Zustand des Kraftfahrzeugs zumindest eine Ist- Geschwindigkeit IG des Kraftfahrzeugs und/oder zumindest eine Soll- Beschleunigung SB des Kraftfahrzeugs in einem Zeitschritt.