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US5901059A | 1999-05-04 | |||
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DE102015003124A1 | 2016-09-15 |
Patentansprüche 1 . Verfahren zur Regelung einer Längsposition eines Fahrzeuges mittels eines Längspositionsreglers (7.1 ), der aus einer längsdynamischen Vorsteuersollgröße (a_set) und aus längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) ein Längsbeschleunigungsstellsignal (U_asoll_sum, U_asoll) für eine unterlagerte Beschleunigungsregeleinheit (8) erzeugt, wobei ein aktueller, einem aktuellen Zeitpunkt (tk) entsprechender Regelreferenzpunkt (PO) und mindestens ein vorausliegender, einem vorgebbaren Vorausschauzeitpunkt (t_pi , t PR) entsprechender Regelreferenzpunkt (Pi , PR) als regelrelevante Zeitpunkte bestimmt werden, wobei für jeden der Regelreferenzpunkte (P0, Pi , PR) aktuelle bzw. prädizierte Ist-Soll-Abweichungen einer Längsposition (s), einer Fahrgeschwindigkeit (v) und einer Beschleunigung (a) ermittelt werden und der Bildung der längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) zugrunde gelegt werden, und wobei für jeden der Regelreferenzpunkte (P0, Pi , PR) Sollwerte der Beschleunigung (a) bestimmt werden und der Bildung der längsdynamischen Vorsteuersollgröße (a_set) zugrunde gelegt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) jeweils für die Längsposition (s), die Fahrgeschwindigkeit (v) und die Beschleunigung (a) gebildet werden, wobei zur Bildung dieser Größen die für die Regelreferenzpunkte (P0, Pi , PR) ermittelten aktuellen und prädizierten Ist-Soll- Abweichungen der Längsposition (s) bzw. der Fahrgeschwindigkeit (v) bzw. der Beschleunigung (a) jeweils miteinander gewichtet summiert werden. 3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsdynamische Vorsteuersollgröße (a_set) gebildet wird, indem die für die Regelreferenzpunkte (P0, Pi , PR) bestimmten Sollwerte der Beschleunigung (a) miteinander gewichtet summiert werden. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsdynamische Vorsteuersollgröße (a_set) und die längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) basierend auf einer Sollwertvorgabe ermittelt werden, wobei durch die Sollwertvorgabe zeitliche Sollverläufe (s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj) der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) des Fahrzeugs vorgegeben werden. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Sollverlauf (s_soll_trj) der Längsposition (s) eine Länge einer Wegstrecke vorgibt, die das Fahrzeug ausgehend vom aktuellen Regelreferenzpunkt (P0) über der Zeit zurücklegen soll. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der prädizierten Ist-Soll- Abweichungen der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) auf folgenden Schritten beruht: für den oder für jeden vorausliegenden Regelreferenzpunkt (Pi , PR), werden, basierend auf der Sollwertvorgabe, zukünftige Sollwerte der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) ermittelt, für den oder für jeden vorausliegenden Regelreferenzpunkt (Pi , PR), werden, basierend auf einer Bewegungsprädiktion des Fahrzeugs, prädizierte Ist-Werte der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) ermittelt, für den oder für jeden vorausliegenden Regelreferenzpunkt (Pi , PR), werden, basierend auf den für den jeweiligen Regelreferenzpunkt ermittelten zukünftigen Sollwerten und prädizierten Ist-Werten, prädizierte Ist-Soll- Abweichungen der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) ermittelt. 7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die aktuellen Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) ermittelt werden, indem für den aktuellen Regelreferenzpunkt (P0), basierend auf der Sollwertvorgabe, aktuelle Sollwerte der Längsposition (s), der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Beschleunigung (a) ermittelt werden und jeweils mit einem ermittelten aktuellen Istwert der Position, der Fahrgeschwindigkeit (v ego) bzw. der Beschleunigung (a_ego) des Fahrzeugs verglichen werden. 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Längspositionsregler (7.1 ) aus der längsdynamischen Vorsteuersollgröße (a_set) ein Vorsteuerreglerstellanteil (U_asoll_ff) und aus längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) ein Rückführungesreglerstellanteil (U_soll_fb) erzeugt werden und zur Bildung des Längsbeschleunigungsstellsignal (U_asoll_sum, U_asoll) miteinander summiert werden. 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der vorausliegenden Regelreferenzpunkte (Pi , PR) geprüft wird, ob ein für den jeweiligen Regelreferenzpunkt ermittelter Sollwert der Längsposition (s), Fahrgeschwindigkeit (v) oder Beschleunigung (a) innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs liegt, und dass der jeweilige Regelreferenzpunkt bei der Regelung unberücksichtigt bleibt, wenn die Prüfung ergibt, dass der ermittelte Sollwert nicht innerhalb des vorgegebenen Regelbereichs liegt. 10. Vorrichtung zur Regelung einer Längsposition eines Fahrzeugs umfassend: einen Längspositionsreglers (7.1 ) zur Erzeugung eines Vorsteuerreglerstellanteils (U_asoll_ff) aus einer längsdynamischen Vorsteuersollgröße (a_set) und eines Rückführungesreglerstellanteil (U_soll_fb) aus längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) und zur Erzeugung eines Längsbeschleunigungsstellsignal (U_asoll_sum, U_asoll) für eine auf eine Antriebseinrichtung (9) und Bremseinrichtung (10) des Fahrzeugs wirkende Beschleunigungsregeleinheit (8) basierend auf einer Summation des Vorsteuerreglerstellanteils (U_asoll_ff) mit dem Rückführungesreglerstellanteil (U_soll_fb), eine Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit (7.2) zur Ermittlung der längsdynamischen Regelfehlergrößen (s_err, v err, a_err) basierend auf einer gewichteten Summation von ermittelten aktuellen Ist-Soll-Abweichungen und prädizierten Ist-Soll-Abweichungen einer Längsposition (s), einer Fahrgeschwindigkeit (v) und einer Beschleunigung (a) und zur Ermittlung der längsdynamischen Vorsteuersollgröße (a_set) basierend auf einer gewichteten Summation von aktuellen und zukünftigen Sollwerten der Beschleunigung. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer
Längsposition eines Fahrzeugs.
Herkömmliche Längsregelsysteme für Fahrzeuge, beispielsweise ein herkömmlicher Abstandsregeltempomat, regeln eine Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs derart, dass eine vom Fahrer vorgegebene Setzgeschwindigkeit oder, falls ein vorausfahrendes Fahrzeug erkannt ist, ein vorgebbarer Soll-Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird. Hierbei werden üblicherweise ein zeitlich aktueller Ist-Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug mittels eines Abstandssensorsystems, zum Beispiel einem Radar oder Lidar, sowie eine aktuelle Ist-Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen und abhängig hiervon sowie in Abhängigkeit der Setzgeschwindigkeit und des Soll- Abstands Stelleingriffe zur Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs
durchgeführt.
Aus der DE 10 2010 055 373 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Regelung einer Längsdynamik eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem die Längsdynamik in
Abhängigkeit von einer Soll-Beschleunigung geregelt wird, wobei die Soll-Beschleunigung zusätzlich in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors zum Absenken einer Empfindlichkeit des Verfahrens in für das Kraftfahrzeug weniger kritischen Situationen ermittelt wird.
Aus der DE 196 32 337 C2 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem als
Regelungsausgangssignal wenigstens ein Antriebsstrang-Stellsignal in Abhängigkeit von Eingangsdaten über die Soll-Längsgeschwindigkeit oder die Soll-Längsbeschleunigung und den Ist-Fahrzustand ermittelt wird.
Aus der DE 102015003124 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs in einem automatisierten, insbesondere autonomen Fahrbetrieb bekannt, bei dem in bestimmten Betriebsfällen eine Trajektorienregelung zur Regelung einer Längsposition eines Fahrzeugs durchgeführt wird. Die Trajektorienregelung basiert dabei auf einer Sollwertvorgabe, durch die ein Sollverlauf einer Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegeben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Längsposition eines Fahrzeugs anzugeben, das für einen hochautomatisierten oder autonomen
Fahrbetrieb des Fahrzeugs geeignet ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung der Regelung geeignete Vorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Längsposition eines Fahrzeuges wird mittels eines Längspositionsreglers aus einer längsdynamischen Vorsteuersollgröße und aus längsdynamischen Regelfehlergrößen ein Längsbeschleunigungsstellsignal für eine unterlagerte Beschleunigungsregeleinheit erzeugt. Dabei werden folgende Schritte ausgeführt:
Es werden ein aktueller Regelreferenzpunkt und mindestens ein vorausliegender Regelreferenzpunkt als reg el relevante Zeitpunkte bestimmt. Dabei entspricht der aktuelle Regelreferenzpunkt einem aktuellen Zeitpunkt, und der oder jeder vorausliegende Regelreferenzpunkt einem vorgebbaren Vorausschauzeitpunkt.
Es werden für jeden der Regelreferenzpunkte aktuelle bzw. prädizierte Ist-Soll- Abweichungen einer Längsposition, einer Fahrgeschwindigkeit und einer
Beschleunigung ermittelt. Die ermittelten Ist-Soll-Abweichungen werden sodann der Bildung der längsdynamischen Regelfehlergrößen zugrunde gelegt.
Es werden für jeden der Regelreferenzpunkte Sollwerte einer Beschleunigung bestimmt und der Bildung der längsdynamischen Vorsteuersollgröße zugrunde gelegt. Mit anderen Worten: Die Regelung basiert auf einer Vorsteuerung in Abhängigkeit von aktuellen und zukünftigen Sollwerten der Beschleunigung und auf einer Rückkopplung in Abhängigkeit von aktuellen und prädiktiv ermittelten zukünftigen Regelfehlern.
Vorteilhafterweise werden die die längsdynamischen Regelfehlergrößen jeweils für die Längsposition, für die Fahrgeschwindigkeit und für die Beschleunigung gebildet, wobei zur Bildung dieser Größen die für die Regelreferenzpunkte ermittelten aktuellen und prädizierten Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition bzw. der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Beschleunigung jeweils miteinander gewichtet summiert werden. Mit anderen Worten: die längsdynamischen Regelfehlergröße der Längsposition wird gebildet, indem die aktuelle Ist-Soll-Abweichung der Längsposition mit den prädizierten Ist-Sollabweichungen der Längsposition gewichtet summiert werden, die längsdynamischen Regelfehlergröße der Fahrgeschwindigkeit wird gebildet, indem die aktuelle Ist-Soll-Abweichung der Fahrgeschwindigkeit mit den prädizierten Ist-Sollabweichungen der Fahrgeschwindigkeit gewichtet summiert werden, und die längsdynamischen Regelfehlergröße der
Beschleunigung wird gebildet, indem die aktuelle Ist-Soll-Abweichung der Beschleunigung mit den prädizierten Ist-Sollabweichungen der Beschleunigung gewichtet summiert werden.
Vorteilhafterweise wird die längsdynamische Vorsteuersollgröße gebildet, indem die für die Regelreferenzpunkte bestimmten Sollwerte der Beschleunigung miteinander gewichtet summiert werden.
Die gewichtete Summation erfolgt vorteilhafterweise mit vorgegebenen Gewichten.
Die längsdynamische Vorsteuersollgröße und die längsdynamischen Regelfehlergrößen werden vorteilhafterweise basierend auf einer Sollwertvorgabe ermittelt, durch die zeitliche Sollverläufe der Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs vorgegeben werden.
Der zeitliche Sollverlauf der Längsposition gibt dabei vorteilhafterweise eine Länge einer Wegstrecke vor, die das Fahrzeug ausgehend vom aktuellen Regelreferenzpunkt über der Zeit zurücklegen soll.
Vorteilhafterweises werden zur Ermittlung der prädizierten Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung für den vorausliegenden Regelreferenzpunkt oder, falls mehrere vorausliegende Regelreferenzpunkte bestimmt worden sind, für jeden der vorausliegenden Regelreferenzpunkte zukünftige Sollwerte der Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung sowie prädizierte Ist- Werte der Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt. Die Ermittlung der Sollwerte basiert dabei auf der Sollwertvorgabe und die Ermittlung der prädizierten Ist-Werte basiert auf einer Bewegungsprädiktion des Fahrzeugs. Aus den ermittelten Sollwerten und den prädizierten Ist-Werten der Längsposition, der
Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung werden sodann durch einen Ist-Soll- Vergleich die prädizierten Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition, Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt.
Vorteilhafterweise werden die aktuellen Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt, indem für den aktuellen
Regelreferenzpunkt, basierend auf der Sollwertvorgabe, aktuelle Sollwerte der
Längsposition, der Fahrgeschwindigkeit und der Beschleunigung ermittelt werden und jeweils mit einem ermittelten aktuellen Ist-Wert der Position, der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Beschleunigung des Fahrzeugs verglichen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden im Längspositionsregler aus der längsdynamischen Vorsteuersollgröße ein Vorsteuerreglerstellanteil und aus den längsdynamischen Regelfehlergrößen ein Rückführungsreglerstellanteil erzeugt und zur Bildung des Längsbeschleunigungsstellsignals miteinander summiert und vorzugsweise geschwindigkeitsabhängig begrenzt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird für jeden der vorausliegenden Regelreferenzpunkte geprüft, ob ein für den jeweiligen Regelreferenzpunkt ermittelter Sollwert der Längsposition und/oder ein für den jeweiligen Regelreferenzpunkt ermittelter Sollwert der Fahrgeschwindigkeit und/oder ein für den jeweiligen Regelreferenzpunkt ermittelter Sollwert der Beschleunigung innerhalb eines für die Längsposition bzw. für die Fahrgeschwindigkeit bzw. für die Beschleunigung vorgegebenen Regelbereichs liegt, und wenn das nicht der Fall ist, wird der jeweilige Regelreferenzpunkt verworfen, d.h. er wird bei der Regelung unberücksichtigt gelassen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Längsposition des Fahrzeugs umfasst eine Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit zur Ermittlung von längsdynamischen Regelfehlergrößen basierend auf einer gewichteten Summation von ermittelten aktuellen Ist-Soll-Abweichungen und prädizierten Ist-Soll-Abweichungen einer Längsposition, einer Fahrgeschwindigkeit und einer Beschleunigung und zur Ermittlung einer längsdynamischen Vorsteuersollgröße basierend auf einer gewichteten Summation von aktuellen und zukünftigen Sollwerten der Beschleunigung und sie umfasst weiterhin einen nachgelagerten Längspositionsregler zur Erzeugung eines
Vorsteuerreglerstellanteils aus der längsdynamischen Vorsteuersollgröße und eines Rückführungesreglerstellanteil aus den längsdynamischen Regelfehlergrößen und zur Erzeugung, basierend auf einer Summation des Vorsteuerreglerstellanteils mit dem Rückführungesreglerstellanteil, eines Längsbeschleunigungsstellsignal für eine auf eine Antriebseinrichtung und Bremseinrichtung des Fahrzeugs wirkende
Beschleunigungsregeleinheit.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich bestens für den Einsatz in hochautomatisiert oder autonom fahrenden Fahrzeugen, da durch die vorausschauende Berücksichtigung der längsdynamischen Eigenbewegung des Fahrzeugs eine präzise und sichere Regelung erzielt wird und dabei der erforderliche Speicherbedarf und der Rechenaufwand gering sind. Darüber hinaus lässt sich das Regelverhalten auf einfache Weise durch eine situationsabhängige Selektion der vorausliegenden Regelreferenzpunkte an die momentane Umgebungssituation anpassen, was zu einem robusten Regelverhalten führt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der Längsposition eines
Fahrzeugs,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen in Figur 1 gezeigten Längspositionsregler, Fig. 3 ein Diagramm mit fahrgeschwindigkeitsabhängigen Begrenzungskennlinien zur
Begrenzung eines Längsbeschleunigungsstellsignals,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für einen in Figur 2 gezeigten Längspositionsreglers, Fig. 5 ein Diagramm mit Grenzkennlinien zur Aussortierung von
Regelreferenzpunkten, die bei der Regelung unberücksichtigt gelassen werden sollen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer Vorrichtung V zur Regelung der Längsposition eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines hochautomatisierten oder autonom fahrenden Fahrzeugs.
Die Vorrichtung V ist insbesondere integraler Bestandteil eines Fahrzeugassistenzsystems, insbesondere eines Antriebsassistenzsystems. Die gezeigten Funktionsblöcke können als Hardware oder als Computergramm ausgebildet sein.
Die Vorrichtung V zur Längspositionsregelung des Fahrzeugs umfasst eine
Positionsbestimmungseinheit 1 , welche für einen aktuellen Zeitpunkt tk die aktuelle Ist- Ortsposition {X ego, Y_ego} des Fahrzeugs erfasst. Die aktuelle Ist-Ortsposition {X ego, Y_ego} kann beispielsweise als Koordinatenpunkt eines globalen Koordinatensystems ermittelt werden. Die Positionsbestimmung erfolgt dabei in herkömmlicher Weise, bspw. mittels eines satellitengestützten globalen Navigationssystems, insbesondere mittels GPS (GPS = global positioning System), und/oder anhand von erkannten Landmarken in Verbindung mit einer Landmarkenkarte o.ä.
Die Vorrichtung V umfasst des Weiteren eine Planungseinheit 2 welche anhand einer ermittelten aktuelle Fahrsituation und anhand der Information über die aktuelle Ist- Ortsposition {X ego, Y_ego} des Fahrzeugs und gegebenenfalls anderer identifizierter Fahrzeuge und Verkehrsteilnehmer sowie anhand von Umgebungsinformationen über einen verfügbaren freien Verkehrsraum um das Fahrzeug herum zeitstempelbasierte Soll- Ortspositionen {Xi, Y, , t} für den aktuellen Zeitpunkt t = tk sowie für weitere
vorausliegende Zeitpunkte {t, = tj, .N mit tj > tk} ermittelt. Die zeitstempelbasierten Soll- Ortspositionen der 2-dimensionalen Soll-Ortstrajektorie { X trj , Y trj , Time_trj } werden in Form zweier Soll-Ortskoordinaten-Trajektorien X trj mit X_trj = {Xi , X k , XN} und Y_trj mit Y_trj = {Yi , Y k , YN} sowie einer dazugehörenden Zeitstempel-Trajektorie
Time_trj mit Time_trj = {ti , tk, ausgegeben. Die Vorrichtung V umfasst des Weiteren eine Fahrzustandserkennungseinheit 3, welche die für die Längsdynamik relevanten Zustandsgrößen erfasst, insbesondere die aktuellen Ist-Werte der Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a des Fahrzeugs, nachfolgend Ist-Fahrgeschwindigkeit v ego bzw. Ist-Beschleunigung a_ego genannt. Die Erfassung erfolgt dabei in herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels einer Kamera, eines Geschwindigkeitssensors, eines Beschleunigungssensors oder einer Radareinheit.
Die Vorrichtung V umfasst weiterhin eine Ist-Positionsfehler-Bestimmungseinheit 4, der die aktuelle Ist-Ortsposition {X ego, Y_ego} sowie die Soll-Ortskoordinaten-Trajektorien X_trj, Y_trj und die dazugehörende Zeitstempel-Trajektorie Time_trj als
Eingangsinformationen zugeführt werden. Die Ist-Positionsfehler-Bestimmungseinheit 4 ermittelt aus den ihr zugeführten Eingangsinformationen die Soll-Position {Xk,Yk} für den aktuellen Zeitpunkt tk und ermittelt für den aktuellen Zeitpunkt tk die aktuelle Ist-Soll- Abweichung s_err_ist der Längsposition s, nachfolgend auch aktueller
Längspositionsfehler s_err_ist genannt. Der aktuelle Längspositionsfehler s_err_ist entspricht dabei der Längskomponente der Wegstrecke zwischen der aktuellen Ist- Ortsposition {X ego, Y_ego} und der Soll-Position {X k , Yk}. Die Längskomponente bezieht sich dabei auf die Längsrichtung der Sollbewegung des Fahrzeugs, d.h. sie ist auf eine Richtung bezogen, die an der aktuellen Soll-Position {X k , Yk} tangential zu einem durch die Soll-Ortspositionen {Χ,, , t,} definierten Pfad verläuft.
Die Vorrichtung V umfasst zudem eine Soll-Längsdynamiktrajektorien- Bestimmungseinheit 5, der die Soll-Ortskoordinaten-Trajektorien X trj , Y trj und die dazugehörende Zeitstempel-Trajektorie Time_trj der 2-dimensionalen Soll-Ortstrajektorie { X_trj , Y trj , Time_trj } als Eingangsinformationen zugeführt werden und die hieraus drei 1 -dimensionale Referenz-Längsdynamiktrajektorien, nachfolgend Soll- Längsdynamiktrajektorien genannt, ermittelt, nämlich die Soll-Längspositionstrajektorie s_soll_trj, die Soll-Fahrgeschwindigkeitstrajektorie v_soll_trj und die Soll- Beschleunigungstrajektorie a_soll_trj. Diese Soll-Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj stellen eine Sollwertvorgabe dar, durch die für den aktuellen Zeitpunkt tk und für eine Reihe von vorausliegenden Zeitpunkten {t,.., .N mit (tk < t < t N )} jeweils ein Sollwert der Längsposition s bzw. der Fahrgeschwindigkeit v bzw. der Beschleunigung a vorgegeben wird. Die Soll-Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj lassen sich somit als Vektoren bestehend aus einer Reihe von Sollwerten wie folgt darstellen, s_soll_trj = {s_soll(tk), . . . , s_soll(tN)},
v_sol_trj = {v soll(tk), ..., v_soll(t N )},
a_soll_trj = {a_soll(t k ),... , a_soll(t N )}, wobei s soll(ti) den Sollwert der Längsposition s zum Zeitpunkt t, v soll(ti) den Sollwert der Fahrgeschwindigkeit v zum Zeitpunkt t, und a_soll(ti) den Sollwert der Beschleunigung a zum Zeitpunkt t, darstellen und wobei t, einen Zeitpunkt aus einer Reihe von, vorzugsweise äquidistanten, Zeitpunkten {tk, darstellt, die mit dem aktuellen Zeitpunkt tk beginnt und mit einem einen Vorausschauhorizont definierenden Zeitpunkt tN endet.
Die Vorrichtung V umfasst weiterhin eine Regelreferenzpunktgewichtungsvorgabeeinheit 6, welche eine Reihe mit einer vorgegebenen Anzahl R von relativen Vorausschauzeiten {tau pj; j = 1 , R} vorgibt. Diese relativen Vorausschauzeiten sind allesamt auf den aktuellen Zeitpunkt tk bezogen und in einem Vektor Tau_Px = {tau pi , tau PR} zusammengefasst. Jede der relativen Vorausschauzeiten tau η gibt dabei einen absoluten Vorausschauzeitpunkt t_pj gemäß der Beziehung t_pj = tk + tau η vor. Der aktuelle
Zeitpunkt tk und die Menge der vorgegebenen Vorausschauzeitpunkte {t pj ; j = 1 , R} stellen regelrelevante Zeitpunkte dar. Die regelrelevanten Zeitpunkte definieren eine Reihe von Regelreferenzpunkten {P 0 , Pi , ... PR}, welche einen aktuellen
Regelreferenzpunkt P 0 umfassen, der dem aktuellen Zeitpunkt tk entspricht, und vorausliegende Regelreferenzpunkte {Pi , PR} umfassen, die jeweils einem der Vorausschauzeitpunkte {t j = 1 , R} entsprechen. Die
Regelreferenzpunktgewichtungsvorgabeeinheit 6 ordnet jedem Regelreferenzpunkt Pi eine Reihe von vorgegebenen Gewichten {Gff P,, G s _pi, G v _pi, G a _Pi} zu, die jeweils in einem dem jeweiligen Regelreferenzpunkt Pi zugeordneten Vektor G Pi = {G ff p,, G s _pi, G v _pi, G a _Pi} zusammengefasst sind. Die Menge der Vektoren G Pi für die Gesamtheit der
Regereferenzpunkte Pi mit i = 0, 1 , ... R sind ihrerseits in einer Matrix G_Px = {G p 0 , G_pi , G pj, G PR} zusammengefasst. Dabei bezeichnen:
Gff pi ein vorgegebenes Vorsteuergewicht, das dem Regelreferenzpunkt Pi
zugeordnet ist,
G s pi ein vorgegebenes Längspositions-Regelfehlergewicht, das dem
Regelreferenzpunkt Pi zugeordnet ist, Gv Pi ein vorgegebenes Fahrgeschwindigkeits-Regelfehlergewicht, das dem
Regelreferenzpunkt Pi zugeordnet ist und
G a pi ein vorgegebenes Beschleunigungs-Regelfehlergewicht, das dem
Regelreferenzpunkt Pi zugeordnet ist.
Die Vorrichtung V umfasst des Weiteren eine Längspositionsregeleinrichtung 7, der mehrere Eingangsgrößen zugeführt werden. Diese Eingangsgrößen umfassen den aktuellen Längspositionsfehler s_err_ist, die Soll-Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj, die Matrix G_Px, den Vektor Tau_Px sowie die Ist- Fahrgeschwindigkeit v ego und die Ist-Beschleunigung a_ego. Die
Längspositionsregeleinrichtung 7 erzeugt aus den ihr zugeführten Eingangsgrößen ein Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll, das einer unterlagerten
Beschleunigungsregleinheit 8 als Eingangssignal zugeführt wird.
Die Beschleunigungsregelreinheit 8 ist als herkömmlicher Regler ausgeführt, welcher die Beschleunigung des Fahrzeugs auf einen durch das Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll vorgegebenen Wert regelt, indem sie aus dem Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll Stellwerte U_ant und U_br zur Ansteuerung von Stellgliedern einer
Antriebeinrichtung 9 und einer Bremseinrichtung 10 des Fahrzeugs erzeugt.
Figur 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, ein Blockschaltbild der
Längspositionsregeleinrichtung 7. Die Längspositionsregeleinrichtung 7 ist mehrstufig aufgebaut. Sie umfasst einen Längspositionsregler 7.1 , eine dem
Längspositionsregler 7.1 vorgeschaltete Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 sowie eine dem Längspositionsregler 7.1 nachgeschaltet Begrenzungseinheit 7.3.
Die Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 erzeugt aus den der
Längspositionsregeleinrichtung 7 zugführten Eingangsgrößen eine längsdynamische Vorsteuersollgröße a_set und längsdynamische Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a. Die
längsdynamische Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err der Längsposition s, der
Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a werden nachfolgend vereinfachend auch als Positionsregelfehler s_err bzw. Fahrgeschwindigkeitsregelfehler v err bzw. Beschleunigungsregelfehler a_err bezeichnet. Der Längspositionsregler 7.1 erzeugt aus der längsdynamischen Vorsteuersollgröße a_set und den längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err ein Zwischen-Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum und die Begrenzungseinheit 7.3 erzeugt aus dem Zwischen- Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum durch geschwindigkeitsabhängige
Begrenzung das Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll für die
Beschleunigungsregeleinheit 8.
Figur 2 zeigt im Einzelnen die diversen Subsysteme, welche Bestandteil des
Längspositionsreglers 7.1 und der Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 sind.
Der Längspositionsregler 7.1 umfasst eine Reglervorsteuereinheit 7.1 .1 zur Erzeugung eines Vorsteuerreglerstellanteils U_asoll_ff aus der längsdynamischen Vorsteuersollgröße a_set, eine Rückführungseinheit 7.1 .3 zur Erzeugung eines Rückführungsreglerstellanteils U_asoll_fb aus den längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err und ein Summierglied 7.1 .3 zur Summation des Vorsteuerreglerstellanteils U_asoll_ff und des Rückführungsreglerstellanteils U_asoll_fb zu einem Summensignal, dem Zwischen- Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum.
Die Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 umfasst folgende drei
Subsysteme: Ein erstes Subsystem 7.2.1 , das zur Erzeugung einer längsdynamischen Vorsteuersollgröße a_set aus der Soll-Beschleunigungstrajektorie a_soll_trj, der Matrix G_Px, dem Vektor Tau_Px vorgesehen ist, ein zweites Subsystem 7.2.2, das zur
Prädiktion des längsdynamischen Zustandes des Fahrzeugs aus der Ist- Fahrgeschwindigkeit v ego, der Ist-Beschleunigung a_ego und dem Vektor Tau_Px vorgesehen ist, sowie ein drittes Subsystem 7.2.3, das zur Ermittlung der
längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err aus dem aktuellen
Längspositionsfehler s_err_ist, den Soll-Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj, der Matrix G_Px, dem Vektor Tau_Px und dem Ergebnis der vom zweiten Subsystem 7.2.2 durchgeführten Prädiktion vorgesehen ist.
Der Begrenzungseinheit 7.3 wird das Zwischen-Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum sowie die Ist-Fahrgeschwindigkeits v ego aus der
Fahrzustandserkennungseinheit 3 zugeführt. Das Zwischen- Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum wird in der Begrenzungseinheit 7.3 in Abhängigkeit der Ist-Fahrgeschwindigkeit v ego begrenzt. Das Ergebnis dieser Begrenzung ist das Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll, das der Beschleunigungsregelreinheit 8 als Eingangsgröße zugeführt wird (siehe Figur 1 ).
Positive und negative Zwischen-Längsbeschleunigungsstellsignale U_asoll_sum werden unterschiedlich für die Antriebseinrichtung 9 und für die Bremseneinrichtung 10 begrenzt, sofern für die Antriebseinrichtung 9 und für die Bremseneinrichtung 10 unterschiedliches Stellgliedverhalten vorliegt. Dies kann beispielsweise wie in Figur 3 gezeigt mittels verschiedener fahrgeschwindigkeitsabhängiger Begrenzungskennlinien K9, K10 erreicht werden.
Figur 3 zeigt beispielhaft fahrgeschwindigkeitsabhängige Begrenzungskennlinien K9, K10 für das Soll-Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll für die Antriebseinrichtung 9 bzw. für die Bremseinrichtung 10. Diese Begrenzungskennlinien K9, K10 sind beispielsweise in einem Speicher der Begrenzungseinheit 7.3 hinterlegt.
In Figur 4 ist beispielhaft ein Positionsregler 7.1 dargestellt, bei dem die Regler- Rückführungseinheit 7.1 .2 als Zustandsregler dritter Ordnung ausgebildet ist.
Gemäß Figur 4 wird der Positionsregelfehler s_err mit einem Längsposition- Rückführungsfaktor K s multipliziert und so ein Längsposition-Stellgrößenanteil U s gebildet. Der Fahrgeschwindigkeitsregelfehler v err wird mit einem Fahrgeschwindigkeits- Rückführungsfaktor K v zu einem Fahrgeschwindigkeits-Stellgrößenanteil U v multipliziert. Der Beschleunigungsregelfehler a_err wird mit einem Beschleunigungs- Rückführungsfaktor K a zu einem Beschleunigungs-Stellgrößenanteil U a multiliziert. Der Rückführungsregelstellanteil U_asoll_fb wird anschließend durch Summation der
Stellgrößenanteile U s , U v , U a mittels eines Summengliedes 7.1 .2.1 gebildet.
Der Vorsteuerregelstellanteil U_asoll_ff wird durch der Multiplikation der
längsdynamischen Vorsteuersollgröße a_set mit einem Vorsteuerfaktor K ff gebildet.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, den Positionsregler 7.1 abhängig von der aktuellen Fahrsituation zu gestalten. Beispielsweise ist es vorteilhaft, die
Rückführungsfaktoren K s , K v , K a sowie den Vorsteuerfaktor K ff über vorgegebene geschwindigkeitsabhängige Funktionen F s (v_ego), F v (v_ego) F a (v_ego), und F ff (v_ego) in Abhängigkeit der Ist-Fahrgeschwindigkeit v ego vorzugeben. In der Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 werden zunächst aus den von der Regelreferenzpunktgewichtungsvorgabeeinheit 6 vorgegebenen relativen
Vorausschauzeiten tau Pji über die zeitliche Beziehung t_pj = tk + tau pj entsprechend absolute Zeitpunkte t η ermittelt und in einem Regelreferenzpunkt-Zeitstempelvektor gemäß
T_Px = {t PI , t P j, t PR mit (t k < t pj < t N )} zusammengefasst.
Danach werden aus den von der Soll-Längsdynamiktrajektorien-Bestimmungseinheit 5 vorgegebenen Soll-Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj und a_soll_trj für die vorausliegenden Regelreferenzpunkte {Pi , Pj,..., PR} die Sollwerte der Längsposition {s_soll(t pi ) , s_soll(t PR)}, die Sollwerte der Fahrgeschwindigkeit {v_soll(t pi ) , v_soll(t PR)} und die Sollwerte der Beschleunigung {a_soll(t pi ), a_soll(t PR)} ermittelt.
Im zweiten Subsystem 7.2.2 wird eine Prädiktion des längsdynamischen Zustandes des Fahrzeugs, auch EGO-Prädiktion genannt, durchgeführt. Hierfür werden
vorteilhafterweise zuvor identifizierte Längsdynamikmodelle, welche das längsdynamische Verhalten des Fahrzeugs beschreiben, verwendet.
Beispielsweise werden lineare zeitdiskrete Modelle der Form x(t i+ dT) = A d * x(ti) + b d * U verwendet, wobei x ein das längsdynamische Verhalten beschreibender Zustandsvektor, A d eine Systemmatrix, bd einen Eingangsvektor, U eine Systemeingangsgröße, dT die Prädiktionszeitschrittweite und t, den Prädiktionszeitpunkt darstellen.
Enthält das reale System Totzeiten, die nicht über das lineare System beschrieben sind, werden diese zusätzlich zum linear zeitdiskreten Systemmodell mittels eines
Totzeitmodells berücksichtigt. Die Prädiktion der längsdynamischen Zustände startet in jeden aktuellen, realen
Zeitpunkt tk mit entsprechenden Anfangswerten für den Zustandsvektor,
zusammengefasst im Anfangszustandsvektor x_0, von neuem.
Die Prädiktion der längsdynamischen Zustände des Fahrzeugs (EGO-Prädiktion) wird in jeden aktuellen Zeitpunkt tk mit N pred Prädiktionszeitschritten für einen
Prädiktionshorizont T pred = dT * N pred durchgeführt, welcher so gewählt wird, dass alle vorausliegenden Zeitpunkte (t, = tk + i * dT), die über die zu den vorausliegenden
Regelreferenzpunkten {Pi , Pj, P R } gehörenden relativen Vorausschauzeiten {tau pi , tau Pj, tau PR} bzw. den dazu korrespondierenden absoluten Zeitstempeln {t_pi , t pj, t PR} festgelegt sind, im Prädiktionshorizont enthalten sind.
Durch die EGO-Prädiktion wird für jeden vorausliegenden Regelreferenzpunkt P, mit i = 1 , R ein prädizierter Ist-Wert s_pred(t p,) der Längsposition s, ein prädizierter Ist- Wert v_pred(t pi) der Fahrgeschwindigkeit v und ein prädizierter Ist-Wert a_pred(t p,) der Beschleunigung a ermittelt.
Nach der EGO-Prädiktion liefert das Subsystem 7.2.2 als Ausgangsgrößen eine prädizierte Ist-Längspositionstrajektorie s_pred_trj, die die Menge der prädizierten Ist- Werte der Längsposition s umfasst s_pred_trj = {s_pred(t P i ), . . . , s_pred(t PR )}, eine prädizierte Ist-Fahrgeschwindigkeitstrajektorie v_pred_trj, die die Menge der prädizierten Ist-Werte der Fahrgeschwindigkeit v umfasst v_pred_trj = {v_pred(t P i ), . . . , v_pred(t PR )} sowie eine prädizierte Ist-Beschleunigungstrajektorie a_pred_trj, die die Menge der prädizierten Ist-Werte der Beschleunigung a umfasst a_pred_trj = {a_pred(t pi ) , . . . , a_pred(t PR)}.
In einer einfachen Ausführung der Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 wird im zweiten Subsystem 7.2.2 angenommen, dass sich im betrachten Vorauszeithorizont das Fahrzeug mit konstanter Beschleunigung weiterbewegt.
Eventuelle Einflüsse auf das längsdynamische Verhalten, welche durch
Regelfehlerkorrekturen beispielsweise des Längspositionsreglers 7.1 verursacht werden, werden in dieser einfachen Prädiktion nicht berücksichtigt.
Das einfache Längsdynamikmodell dritter Ordnung wird durch eine diskrete Systemmatrix A d = [a1 , a2, a3], welche drei Zeilenvektoren a1 , a2, a3 enthält, und einen verschwindenden
Eingangsvektor, d.h. bd=0, beschrieben. Die ermittelten Elemente der Zeilenvektoren a1 = [1 , dT, 0.5 * dT * dT],
a2 = [0, 1 , * dT],
a2 = [0, 0, 1 ] der Systemmatrix sind hierbei nur von der Prädiktionszeitschrittweite dT abhängig. Dieses der Prädiktion zugrunde liegende vereinfachte Längsdynamikmodell entspricht einem Doppel-Integrator Modell.
Der das längsdynamische Verhalten beschreibende Zustandsvektor x=[x1 , x2, x3] enthält die drei Zustände:
Wegstrecke x1 = s_pred,
Fahrgeschwindigkeit x2 = v_pred und
Längsbeschleunigung x3 = a_pred.
Für das vorgestellte System dritter Ordnung werden Anfangswerte wie folgt vorgegeben:
Die Wegstrecke x1 = s_pred wird auf den Wert null initialisiert, d.h. x1_0 = x1 (t = t k ) = s_pred (tau=0) = 0.
Die Anfangsgeschwindigkeit wird gleich der aktuellen Ist-Fahrgeschwindigkeit v ego initialisiert, d.h. x2_0 = x2(t, = tk) = v pred (tau=0) = v ego.
Die Anfangsbeschleunigung wird gleich der aktuellen Ist-Fahrbeschleunigung a_ego initialisiert, d.h. x3_0 = x3(t, = tk) = a_pred (tau=0) = a_ego.
In einer einfachen Ausführung der EGO-Prädiktion werden die längsdynamischen prädizierten Ist-Werte der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v und der
Beschleunigung a des Fahrzeugs für vorausliegende Zeitpunkte {t_pi , t_pj, t PR} in vereinfachter zeitdiskreter Form gemäß den Beziehungen s_pred (t_pj) = tau pj * v_ego (tk) + 0.5 * tau pj * tau pj * a_ego,
v_pred (t_pj) = v_ego (tk) + tau pj * a_ego,
a_pred (t pj) = a_ego, jeweils mit j = 1 ,..., R, ermittelt.
In vereinfachender Weise wird hierbei jeweils die Prädiktionszeitschnttweite dT gleich der zum Regelreferenzpunkt Pj gehörenden relativen Vorausschauzeit tau Pj gesetzt. Im dritten Subsystem 7.2.3 werden die Regler Zustandsgrößen d.h. die längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err für die Rückführungseinheit 7.1 .2 bestimmt.
In einem ersten Schritt werden im Subsystem 7.2.3 die prädizierten Ist-Soll- Abweichungen s_err_Pj (t_pj), v_err_Pj (t_pj), a_err_Pj (t_pj) für alle zeitlich vorausliegenden Regelreferenzpunkte Pj aus der Differenz zwischen den aus den Soll- Längsdynamiktrajektorien s_soll_trj, v_soll_trj, a_soll_trj für den jeweiligen
Regelreferenzpunkte Pj ermittelten Sollwerten s_soll (tpj) , v soll (t pj) , a_soll (t_pj) und den für den jeweiligen Regelreferenzpunkt Pj prädizierten Ist-Werten s_pred (t_pj) , v_pred (t_pj) , a_pred (t pj) der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a des Fahrzeugs gemäß den Beziehungen s_err_Pj (t_pj) = s_soll (t pj) - s_pred (t_pj),
v_err_Pj (t_pj) = v soll (t pj) - v_pred (t_pj), a_err_Pj (t_pj) = a_soll (t pj) - a_pred (t pj), jeweils mit j = 1 , R, ermittelt.
Des Weiteren werden im Subsystem 7.2.3 die aktuelle Ist-Soll-Abweichung v err ist der Fahrgeschwindigkeit v und die aktuelle Ist-Soll-Abweichung a_err_ist der Beschleunigung a gemäß den Beziehungen v err ist = v soll (tk) - v ego und
a_err_ist = a_soll (t k ) - a_ego ermittelt.
In einem zweiten Schritt werden, unter Verwendung des in der Ist-Positionsfehler- Bestimmungseinheit 4 bestimmten aktuellen Längspositionsfehlers s_err_ist, die resultierenden längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err durch gewichtete Summationen der aktuellen und prädizierten Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a gemäß den Beziehungen s_err = ({G S _ P0 * s_err_ist} + {Σ (G s _ P j * s_err_Pj (t Pj ))})/Gs_sum,
v_err = ({G V _ P0 * v_err_ist} + {Σ (G v _pj * v_err_Pj (t P j))})/G v _sum,
a_err = ({G a P0 * a_err_ist} + {Σ (G a Pj * a_err_Pj (t Pj ))})/G a S um, jeweils mit j = 1 R, ermittelt und der Rückführungseinheit 7.1 .2 zugeführt.
Hierbei stellen die Größen G s S um, G v _ S um und G a sum die jeweiligen Summen der den Regelreferenzpunkten Regelfehlergewichte dar, wobei diese Summen gemäß den Beziehungen
G . = G v po +Σ G v Pj l
jeweils für j = 1 ,..., R, ermittelt werden. Im ersten Subsystem 7.2.1 wird unter Verwendung der in der Soll- Längsdynamiktrajektorien-Bestimmungseinheit 5 bestimmten Soll- Beschleunigungstrajektorie a_soll_trj die längsdynamische Vorsteuersollgröße a_set für die Regler-Vorsteuereinheit 7.1 .1 durch gewichtete Summation der aktuellen Soll- Längsbeschleunigung a_soll (t k ) und der Soll-Längsbeschleunigungen a_soll (t η) für die zeitlich vorausliegenden Regelreferenzpunkte {Pi , Pj, ... , P R } gemäß der Beziehung a_set = ({G„ Po * a_soll (t k )} + {Σ (G, LPj * a_soll (t_ Pj ))})/G fLs um, mit j=1 R, ermittelt.
Dabei stellt Gff_ SU m die Summe der Vorsteuergewichte dar und wird gemäß der Beziehung mit j = 1 , ..., R, bestimmt.
Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, in der EGO-Prädiktion das
Positionsregelverhalten und das Verhalten des Stellgrößenbegrenzers zu berücksichtigen. Eine beispielhafte Ausgestaltung mit Berücksichtigung des Positionsregelverhaltens in der EGO-Prädiktion sieht ein Längsdynamikmodell vierter Ordnung vor, bei dem für das Übertragungsverhalten zwischen Soll- und Ist-Beschleunigung ein Verzögerungsglied zweiter Ordnung mit einer Dämpfungskonstanten D sys und einer Systemzeitkonstanten T sys verwendet wird.
Hierbei stellt x = [x1 , x2, x3, x4] ein das längsdynamische Verhalten beschreibender Zustandsvektor mit den vier Zuständen:
Wegstrecke x1 = s_pred,
Fahrgeschwindigkeit x2 = v_pred,
Längsbeschleunigung x3 = a_pred und
Längsbeschleunigungsruck x4 = r pred
dar. Die diskrete Systemmatrix Ad stellt eine vier Mal vier Matrix, der Eingangsvektor bd einen vier Mal eins Vektor dar, deren jeweilige Elemente von der Prädiktionszeitschrittweite dT, der Dämpfungskonstante D sys und von der Systemzeitkonstante T sys abhängig sind.
Der Anfangszustandsvektor x_0 beinhaltet als weiteres Element den
Anfangsbeschleunigungsruck, welcher zu null d.h. x4_0 = x4(t, = t k ) = r_pred (tau=0) = 0 initialisiert wird.
Systemeingangsgröße U ist der fahrgeschwindigkeitsabhängig begrenzte
Längsbeschleunigungsstellwert U_asoll. In jedem Prädiktionsschritt (i) erfolgt die
Bestimmung der längsdynamischen Regelfehlergrößen s_err, v err, a_err wie oben beschrieben wiederum jeweils durch gewichtete Summation der aktuellen und
prädizierten Ist-Soll-Abweichungen der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v und der Beschleunigung a.
Die Bestimmung der Vorsteuersollgröße a_set erfolgt wie oben beschrieben aus einer gewichteten Summe dem aktuellen Sollwert der Längsbeschleunigung a_soll (t k ) und den für die zeitlich vorausliegenden Regelreferenzpunkte {Pi , ... ,Pj, ..., PR} bestimmten Sollwerten der Längsbeschleunigung.
In jedem Prädiktionsschritt (i) wird die Systemeingangsgröße U entsprechend dem verwendeten Regelgesetz der verwendeten Begrenzung ermittelt. Beispielhaft bestimmt eine Regler- Vorsteuereinheit 7.1 .1 als Ausgangsgröße den Vorsteuerregelstellanteil U_asoll_ff gemäß der Beziehung
U_asoll_ff = K ff * a_set, wobei K ff den bereits erwähnten Vorsteuerfaktor darstellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Rückführungseinheit 7.1 .2 verwendet eine
Positionszustandsregelung, welche als Ausgangsgröße den
Rückführungsregelstellanteil U_asoll_fb gemäß der Beziehung
U_asoll_fb = K s *s_err +K v *v_err + K a *a_err ermittelt, wobei K s , K v und K a die bereits erwähnten Rückführungsfaktoren darstellen.
Das aus der Summation der Regelstellanteil gebildete unlimitierte Zwischen- Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll_sum wird in jedem Prädiktionsschritt (i) gemäß den in der Begrenzungseinheit 7.3 hinterlegten fahrgeschwindigkeitsabhängigen
Begrenzungskennlinien K9 und K10 für die Stellglieder der Antriebeinrichtung 9 und der Bremseinrichtung 10 auf ein von der für diesen Prädiktionsschritt (i) prädiziertes
Längsbeschleunigungsstellsignal U_asoll begrenzt und dann dem Längsdynamikmodell als Systemeingangsgröße zurückgeführt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsstrategie sieht in der Regelpunkt- und
Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 eine online-optimierte Regelpunktauswahl aus einer vorgegebenen begrenzten Anzahl von W+1 möglichen, zuvor manuell über die
Regelpunkt- Vorausschauzeiten {0, tau _PI ,..., tau pj, tau pw} vordefinierten,
Regelreferenzpunkten Pj vor.
Hierbei wird in jedem aktuellen, realen Zeitpunkt tk zur Auswahl des optimalen
Regelreferenzpunktes P aus den W+1 möglichen Regelreferenzpunkten {P 0 , Pi , . .. , Pj, . .. , Pw} die EGO-Prädiktion für jeden der W+1 möglichen Regelpunkte P, d.h. W+1 mal, mit dem Prädiktionshorizont T pred durchgeführt und am Ende der jeweiligen EGO- Prädiktion mit Hilfe des in jedem Prädiktionsschritt (i) prädizierten
Längspositionsregelfehler s_err_Pj (dT * i) und den prädizierten geschwindigkeitsabhängig begrenzten Längsbeschleunigungsstellsignalen U_asoll_Pj (dT * i) ein Gütefunktional ermittelt.
Eine weitere Ausführungsstrategie sieht in der Regelpunkt- und
Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 eine online-optimierte Regelreferenzpunktauswahl aus einer begrenzten Anzahl von W möglichen, zuvor manuell über die
Regelreferenzpunkt-Vorausschauzeiten {0, tau _PI ,..., tau pj, . .. , tau pw} und über die Regelreferenzpunkt-Gewichte [{G ff P0 , G S _PO, G V _PO, G a _po},...,{G ff Pj , G s _pj, G v _pj,
G a _pj}, ...,{Gff pw, G s _pw, G v _pw, G a _pw}] vordef inierten , Regelreferenzpunktpaare [{P 0 , Pi}, ..., {P 0 , Pj}, ... , {Po, Pw}] vor.
Dabei ist der erste Regelreferenzpunkt des jeweiligen Paares durch einen für den durch den aktuellen Zeitpunkt tk gekennzeichneten Regelreferenzpunkt PO und der zweite Regelreferenzpunkt durch einen relativ zum aktuellen Zeitpunkt tk mit einer
Vorausschauzeit tau η vorausliegenden Zeitpunkt t_pj gekennzeichneten
Regelreferenzpunkt Pj festgelegt. Hierbei wird in jedem aktuellen Zeitpunkt tk zur Auswahl des optimalen Regelreferenzpunktpaares aus den W möglichen
Regelreferenzpunktpaaren die EGO-Prädiktion für jedes der W möglichen
Regelreferenzpunktpaare, d.h. W mal, mit dem Prädiktionshorizont T_pred durchgeführt und am Ende der jeweiligen EGO-Prädiktion mit Hilfe der in jedem Prädiktionsschritt (i) prädizierten Längspositionsregelfehler s_err_P 0 j (dT * i) und den prädizierten
Längsbeschleunigungsstellwerten U_asoll_P 0 j (dT * i) ein Gütefunktional ermittelt.
In jedem aktuellen Zeitpunkt tk werden für jeden vordefinierten Regelreferenz-punkt Pj bzw. für jedes vordefinierte Regelreferenzpunktpaar {P 0 , Pj} unter Verwendung der in jedem Prädiktionsschritt (i) prädizierten Längspositionsregelfehler s_err und der
Längsbeschleunigungsstellsignale U_asoll die Positionsgenauigkeit kennzeichnende verlaufsoptimale Gütefunktionale [J s err_P0 Js_err_Pj, - -. , Js_err_PW ] bZW. [J s _err_P0P1 ,
J s _err_popj, ... , J s _err_popw] und die Stellenergie kennzeichnende verbrauchsoptimale
Gütefunktionale [Jasoll_P0, . . . , Jasoll_Pj, . " > Jasoll_Pw] bZW. [Jasoll_P0P1 , ...,Jasoll_P0Pj, Jasoll_P0Pw] gemäß den Beziehungen
J s _err_pj = Σ {K s _ Pj (dT * i) * [s_err_Pj (dT * i) * s_err_Pj (dT * i)]},
JasoiLPj = Σ {KasoiLPj (dT * i) * [U_asoll_Pj (dT * i) * U_asoll_Pj (dT * i)]}, bzw.
J s _err_Popj = Σ {K s _ PO pj pj (dT * i) * [s_err_P oj (dT * i) * s_err_P oj (dT * i)]},
Jasoll_P0Pj = Σ {Kasoll_P0Pj (dT * i) * [U_asoll_P 0 j (dT * i) * U_asoll_P 0 j (dT * i)]}, mit i = 1 , ..., N_pred, ermittelt, wobei K s _pj, K as0 iLPj bzw. K s ροη η, K as0 iLPopj entsprechende Gütefunktionalgewichtungsparameter im jeweiligen Prädiktionsschritt (i) sind.
Für jeden vordefinierten Regelreferenzpunkte Pj bzw. für jedes vordefinierte
Regelreferenzpunktpaar {P 0 , Pj} wird das resultierende Gütefunktional aus der Summe des verlaufsoptimalen Gütefunktionales und des verbrauchsoptimalen Gütefunktionales gemäß der Beziehung J_ Pj = J s _err_pj + JasoiLPj bzw. J PO pj = J s _err_popj + JasoiLPopj ermittelt. Es wird in jedem aktuellen Zeitpunkt tk derjenige vordefinierte Regelreferenzpunkt Pj bzw. dasjenige vordefinierte Regelreferenzpunktpaar {P 0 , Pj} ausgewählt, welches den kleinsten Wert des resultierenden Gütefunktionais liefert.
Durch die Festlegung der Gütefunktionalgewichtungsparameter kann das Ziel für eine online-optimierte Regelpunktauswahl bzw. Regelreferenzpunktpaar beeinflusst werden.
Für eine möglichst positionsgenaue und gegebenenfalls weniger komfortable
Positionsregelung werden die Gütefunktionalgewichtungsparameter K s Pj bzw. K s P O PJ für die prädizierten Längspositionsregelfehler im Vergleich zu den
Gütefunktionalgewichtungsparametern K aS oiLPj bzw. K aS oiLPopj für die prädizierten
Längsbeschleunigungsstellsignale U_asoll größer gewählt, um somit
Längspositionsregelfehler s_err stärker zu bestrafen.
Für eine möglichst komfortable und gegebenenfalls weniger positionsgenaue
Positionsregelung werden die Gütefunktionalgewichtungsparameter für die prädizierten Längsbeschleunigungsstellsignale U_asoll entsprechend größer gewählt.
Figur 5 zeigt beispielhaft zwei von den Regelreferenzpunkten Pj abhängige
Begrenzungskennlinien K1 1 , K12 der Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2, welche den Regelbereich für die Regler-Vorsteuereinheit 7.1 .1 kennzeichnen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsstrategie sieht in der Regelpunkt- und Regelfehlerbestimmungseinheit 7.2 eine online durchgeführte automatische
Regelpunktaussortierung einzelner vorliegender Regelreferenzpunkte P j vor. Die
Regelpunktaussortierung erfolgt zum aktuellen Zeitpunkt ίκ abhängig davon, ob die für die zeitlich vorausliegenden Regelreferenzpunkte {Pi ,..., Pj,..., PR} bestimmten Sollwerte der Längsposition s, der Fahrgeschwindigkeit v oder der Beschleunigung a innerhalb eines vordefinierten Regelbereiches liegen.
Beispielhaft erfolgt die Regelpunktaussortierung für die Regler-Vorsteuereinheit 7.1 .1 abhängig davon, ob die für die vorausliegenden Regelreferenzpunkte {Pi ,..., Pj,..., PR} bestimmten Sollwerte der Beschleunigung {a_soll(t pi ), . . . a_soll(t pj) ,.. , a_soll(t PR)} innerhalb eines durch die Begrenzungskennlinien K1 1 (für die Antriebseinrichtung 9), K12 (für die Bremseinrichtung 10) vordefinierten Regelbereiches liegen. Der vordefinierte Regelbereich ist in Figur 5 grafisch durch den schraffiert dargestellten Bereich markiert. Wenn ein Sollwert der Beschleunigung außerhalb des vordefinierten Regelbereichs liegt, dann wird der zugehörige Regelreferenzpunkt aussortiert, d.h. der Regelreferenzpunkt und die ihm zugeordneten Daten bleiben bei der Regelung unberücksichtigt.
Next Patent: DEVICE AND METHOD FOR SETTING UP AT LEAST ONE BOWLING PIN