Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges entlang einer Trajektorie. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, die dazu hergerichtet ist, ein Fahrzeug entlang einer Trajektorie anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern, sowie ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung eines erfindungsgemä ßen Verfahrens und ein computerlesbares Speichermedium, welches den Computer, auf dem es ausgeführt wird, veranlasst, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Technologischer Hintergrund

Moderne Fahrzeuge wie Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge, motorisierte Zweiräder oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Fortbewegungsmittel werden zunehmend mit (Fahrer-)Assistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von geeigneter Sensorik bzw. Sensorsystemen die Umgebung erfassen, Verkehrssituationen erkennen und den Fahrer un terstützen können, z. B. durch einen Brems- oder Lenkeingriff oder durch die Ausgabe einer optischen oder akustischen Warnung. Als Sensorsysteme zur Umgebungserfassung werden regelmäßig Radarsensoren, Lidarsensoren, Kamerasensoren, Ultraschallsensoren oder der gleichen eingesetzt. Aus den durch die Sensoren ermittelten Sensordaten können anschlie ßend Rückschlüsse auf die Umgebung gezogen werden. Anhand dieser Rückschlüsse können dann gattungsgemäße Assistenzfunktionen verwirklicht werden, wie z. B. eine Spurhalterege- lung bzw. ein Spurhalteassistent (LKA - Lane Keep Assist).

Ferner umfassen moderne Fahrzeuge in der Regel eine elektrische Lenkung bzw. Lenkunter stützung (EPS = Electric Power Steering, EPAS = Electric Power Assisted Steering) bzw. Ser volenkung, welche den Fahrer unterstützt, indem die vom Fahrer aufzuwendende Kraft zur Betätigung des Lenkrads reduziert wird. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass ein Elektrostellmotor (EPS-Motor oder Electric Power Steering Motor) bzw. Servomotor an der Mechanik der Lenkung, z. B. an Lenksäule oder Lenkgetriebe, angeordnet ist und die Lenkbe wegungen des Fahrers durch ein beaufschlagtes Motormoment bzw. Servomoment unter stützt oder überlagert. Der Elektrostellmotor sowie das dazugehörige Steuergerät können da bei im Lenkstrang (C-EPS oder Column EPS), am Lenkgetrieberitzel (P-EPS oder Pinion EPS) oder parallel/konzentrisch um die Zahnstange (R-EPS oder Rack EPS) positioniert sein. Zu dem ist eine Sensorik vorgesehen, die einen absoluten Lenkradwinkelsensor, einen Lenkmo mentsensor und einen relativen Rotorlagewinkelsensor des Motors sowie gegebenenfalls Stromsensoren umfasst, aus denen sich z. B. ein Motormoment bzw. Servomoment abschät zen lässt.

Im Bereich der Assistenzfunktionen und dem autonomen Fahren wird das Fahrzeug in der Regel über eine Kaskade von Planern (z. B. Manöverplaner und Trajektorienplaner) und Reg lern gesteuert. Dabei wird vom Regler versucht die vom Planner erzeugte T rajektorie abzufah ren. Abhängig vom Planungsansatz kann es jedoch dazu kommen, dass der Planner Trajek- torien plant, die aufgrund von Aktorbegrenzungen, die der Planner nicht kennt oder nicht ver arbeiten kann, vom Regler bzw. vom Fahrzeug nicht oder nur schlecht gefahren werden kön nen. Die Aktoren können so in ihre Begrenzung laufen und ein Windup-Effekt in der Regelung kann entstehen. Das bedeutet während eines Planungszyklus kann das Fahrzeug von der gewünschten T rajektorie abweichen, wodurch die neu geplante T rajektorie sich stärker ändern muss, um die Abweichung zu kompensieren. Hierdurch entsteht eine interne Dynamik zwi schen Planer und Regler, die das Führungsverhalten des Fahrzeuges verschlechtert und vom Fahrer, z. B. als Schwingen in der Spur, bemerkbar ist. Sofern eine Trajektorie nicht fahrbar ist, muss ein Fahrereingriff erfolgen. Es existieren modellprädiktive Ansätze in der Planung und/oder Regelung, welche den Vorteil bieten, dass die Fahrzeugdynamik und die Aktorbe grenzungen in Form eines Modells bei der Planung berücksichtigt werden können. Durch die sen Ansatz kann bei einer hohen Modellgenauigkeit auf die unterlagerten Regler verzichtet werden. Derartige Ansätze benötigen jedoch mit steigender Modellkomplexität vermehrt Re chenaufwand, wobei aber der Rechenaufwand bereits für einfache Modelle extrem hoch ist, sodass ein Modell, welches zusätzlich Aktordynamiken und Begrenzungen berücksichtigt, nicht praktikabel ist.

Druckschriftlicher Stand der Technik

Aus der DE 10 2016 221 723 A1 ist ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit mehreren Aktoren bzw. Aktuatoren (z. B. Lenkung, Antriebsstrang, Betriebsbremse und Einparkbremse) bekannt. Das Steuerungssystem umfasst dabei ein Modul zur Bewegungssteuerung des Fahr zeugs, ein Modul zur Aktuatorensteuerung, ein Modul zur Vorgabe einer umzusetzenden Fahr zeugbetriebsstrategie und ein Modul zur Momentkoordination, wobei aus den Bewegungsan forderungen an das Fahrzeug ein daraus resultierender normierter Anforderungsvektor mit ei ner longitudinalen Komponente, einer lateralen Komponente und einer vertikalen Komponente gebildet wird. Ferner ist das Steuerungssystem konfiguriert, um in Abhängigkeit von der Fahr zeugbetriebsstrategie und dem Anforderungsvektor Momente zu bilden, die auf die Aktuatoren verteilt werden. Die DE 102015209066 A1 beschreibt ein Verfahren zur aufwandsreduzierte Trajektorienpla- nung für ein Fahrzeug, bei dem der Suchraum zur Ermittlung der Trajektorie in Abhängigkeit von einem approximierten Endzeitpunkt begrenzt wird. Dabei wird der Suchraum zur Ermitt lung der Trajektorie für das Fahrmanöver auf einen bestimmten Bereich um den approximier ten Endzeitpunkt herum begrenzt, insbesondere um 10 % um den approximierten Endzeit punkt herum, um den Rechenaufwand zur Ermittlung der Trajektorie zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfah ren zur Steuerung eines Fahrzeuges sowie zur Verfügung zu stellen, bei dem die Trajektori- enplanung in einfacher und kostengünstiger Weise verbessert wird.

Lösung der Aufgabe

Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie der nebenge ordneten Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen beansprucht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges entlang einer Trajek torie, weist das Fahrzeug eine Steuereinrichtung auf, welche die Trajektorie innerhalb eines festlegbaren Suchraumes plant (Suchraum der Trajektorie bzw. zur Trajektorienplanung) und zur Steuerung des Fahrzeuges auf Aktoren des Fahrzeuges zugreifen kann, wobei für min destens eine Stellgröße eines Aktors mindestens ein Grenzwert ermittelt wird, und der Such raum der Stellgröße anhand des Grenzwertes oder der Grenzwerte festgelegt wird. Anschlie ßend wird der Suchraum der Stellgröße zur Planung der Trajektorie herangezogen. Der Such raum der Stellgröße stellt dabei einen Unterraum des Suchraums der Trajektorie dar, wodurch eine Begrenzung des Suchraums der Stellgröße implizit auch den Suchraum der Trajektorie begrenzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dadurch die Berechnung einer Trajek torie in Bezug auf die Aktordynamik. Zudem kann dadurch Rechenzeit in besonderem Maße eingespart werden, beispielsweise gegenüber einer Methode bei der die Aktordynamik in ein MPC (model predictive control)-Modell eingebunden wird. Dadurch, dass eine Abtrennung vom Planer erfolgt, kann die Methode auch für verschiedene Planeransätze eingesetzt wer den, wobei softwareseitige Limitierungen für das Motormoment und die Lenkgeschwindigkeit sowie auch Degradierungen des Lenksystems in einfacher Weise mitberücksichtigt werden können. Die Betriebssicherheit wird dadurch noch zusätzlich erhöht. Ferner ist das beschrie bene Verfahren auch für mehrere Aktoren und unabhängig von einem komplexen Fahrzeug modell einsetzbar.

Vorzugsweise ist als Aktor die Lenkung des Fahrzeuges oder ein EPS-Motor einer elektrischen Lenkung vorgesehen.

Zweckmäßigerweise kann als Stellgröße der Lenkwinkel und/oder die Lenkwinkelgeschwin digkeit und/oder die Fahrbahnkrümmung und/oder das Motormoment des EPS-Motors vorge sehen sein.

In vorteilhafter Weise kann als Grenzwert der maximale zeitliche Verlauf der Stellgröße nach links und der maximale zeitliche Verlauf der Stellgröße nach rechts vorgesehen sein, die dann mit dem Planner abgestimmt sind. Vorzugsweise kann es sich dabei um den maximalen Lenk winkel nach links und den maximalen Lenkwinkel nach rechts handeln, sofern als Stellgröße oder als eine der Stellgrößen der Lenkwinkel vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann als Grenzwert auch die maximal fahrbare (Fahrbahn-) Krümmung nach links und die maximal fahrbare (Fahrbahn-) Krümmung nach rechts vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Differenz zwischen der aktuell am EPS-Motor anliegende Kraft und der maximal verfügbaren Kraft bestimmt wer den, beispielsweise dadurch, dass die Leistung der EPS bzw. des EPS-Motors zu Beginn fest gelegt oder von der EPS als Eingangssignal der Prädiktion zur Verfügung gestellt wird. Daraus resultiert der Vorteil, dass z. B. auch verschiedene Degradationsstufen abgebildet werden kön nen, falls nur noch ein Teil der Leistung zur Verfügung steht. Dementsprechend kann anhand der Differenz eine Abschätzung des Potentials und/oder eine Leistungsüberprüfung des EPS- Motors erfolgen, indem z. B. eine steigende Differenz auf einen steigenden Degradationsgrad schließen lässt.

Ferner können die nichtlinearen Reibkräfte der Lenkung, bestimmt werden, wobei der Grenz wert unter Berücksichtigung der nichtlinearen Reibkräfte ermittelt wird.

Zweckmäßigerweise können die Straßenkräfte abgeschätzt werden, sodass der Grenzwert unter Berücksichtigung der Straßenkräfte ermittelt werden kann.

Die Bestimmung der Straßenkräfte kann dabei anhand einer auf einer virtuellen Feder basie renden Modellierung erfolgen. In vorteilhafter Weise kann die Federsteifigkeit der virtuellen Feder über die Fahrzeugge schwindigkeit und ein Motormoment bestimmt bzw. berechnet werden. Beispielsweise kann die Federsteifigkeit übereinen mathematischen Term beschrieben werden, der sich aus einem rein geschwindigkeitsabhängigen ersten Teil, z. B. von der Fahrzeuggeschwindigkeit, und ei nem geschwindigkeits- und momentenabhängigen zweiten Teil z. B. von der Fahrzeugge schwindigkeit und dem maximal zur Verfügung gestellten Motormoment bzw. EPS-Moment, zusammensetzt.

Vorzugsweise wird die Federsteifigkeit dabei anhand einer Schätzmethode, wie z. B. einer Methode der kleinsten Quadrate ermittelt, insbesondere anhand einer Recursive Least Squares (RLS)-Methode. Alternativ dazu können aber auch andere Schätzungen bzw. Schätz methoden angewendet werden. Beispielsweise kann eine initiale Schätzung vorgesehen sein, die z. B. auch offline erfolgen kann und keines rekursiven Verfahrens wie dem RLS bedarf. Eine derartige Methode ist zwar unabhängig vom Verfahrensablauf, kann aber stark von an deren Parametern abhängen, wie z. B. den verwendeten Reifen.

Ferner kann mindestens ein Sensor zur Umfelderfassung vorgesehen sein, insbesondere eine Kamera und/oder ein Lidarsensor und/der ein Radarsensor und/oder ein Ultraschallsensor. Anhand der Sensordaten des Sensors oder der Sensoren kann die Fahrzeugumgebung sowie darin befindliche Objekte und Verkehrsteilnehmer erfasst werden. Dabei können auch die Sen sordaten mehrerer Sensoren fusioniert werden, um die Umgebungs- und Objekterfassung noch zu verbessern.

In praktischer Weise kann das erfasste Fahrzeugumfeld inklusive darin befindlicher Objekte und Verkehrsteilnehmer zur Festlegung des Suchraumes der Stellgröße und/oder zur Trajek- torienplanung herangezogen werden. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass der Suchraum nach möglichen T rajektorien zusätzlich eingegrenzt wird, da sich von den Sensoren detektierte Objekte im zuvor begrenzten Suchraum befinden. Ferner kann die Auswahl der zu befahren den Trajektorie bei oder nach derTrajektorienplanung derart erfolgen, dass z. B. kollisionsver meidende Aspekte berücksichtigt werden, indem eine Trajektorie ausgewählt wird, welche ent lang des Straßenverlaufs und ohne Kollision mit anderen Objekten/Verkehrsteilnehmern ver läuft.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogramm in einem Computer oder einem sonstigen aus dem Stand der Technik bekannten programmierbaren Rechner ausgeführt wird. Demzufolge kann das Verfahren auch als rein computerimplementiertes Verfahren ausgestaltet sein, wobei der Begriff „computerimplemen tiertes Verfahren“ im Sinne der Erfindung eine Ablaufplanung oder Vorgehensweise be schreibt, welche anhand eines Rechners verwirklicht bzw. durchgeführt wird. Der Rechner, wie z. B. ein Computer, ein Computernetzwerk oder eine andere aus dem Stand der Technik be kannte programmierbare Vorrichtung (z. B. eine einen Prozessor, Mikrocontroller oder derglei chen umfassenden Rechnervorrichtung), kann dabei mittels programmierbarer Rechenvor schriften Daten verarbeiten.

Zudem umfasst die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, das An weisungen umfasst, welche den Computer, auf dem sie ausgeführt werden, veranlassen, ein Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.

Neben- oder untergeordnet umfasst die Erfindung auch eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Fahrzeuges entlang einer Trajektorie, die derart hergerichtet ist, dass die Steuerung des Fahrzeuges anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.

Unter dem Begriff Suchraum der Fahrzeugtrajektorie bzw. zur Trajektorienplanung im Sinne der Erfindung wird die räumliche und zeitliche Erstreckung verstanden, innerhalb der die Steu ereinheit nach möglichen fahrbaren Trajektorien sucht, wobei mehrere Trajektorien innerhalb des Suchraumes geplant werden können, um dann die jeweilige Trajektorie situationsadäquat auszuwählen. Unter dem Begriff Suchraum der Stellgröße im Sinne der Erfindung wird die räumliche und zeitliche Erstreckung verstanden, innerhalb der die Steuereinheit nach mögli chen Stellgrößen sucht. Der Suchraum der Stellgröße stellt dabei einen Unterraum des Such raums der Fahrzeugtrajektorie da.

Unter dem Begriff Grenzwert im Sinne der Erfindung wird ein Maximalwert oder Minimalwert der Stellgröße verstanden, d. h. ein Maximum bzw. Minimum, dessen Verlauf z. B. entlang der zurückgelegten Strecke bzw. der Zeit t erfasst werden kann.

Ausdrücklich umfasst sind von der Erfindung auch nicht explizit genannte Merkmalskombina tionen der Merkmale bzw. Ansprüche, sogenannte Unterkombinationen.

Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zweckmäßigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeuges, bei dem eine Prä diktion einer maximalen Stellgröße anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt;

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der Abhängigkeit der virtuellen Stei figkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und maximalem EPS-Moment;

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens eingegrenzten Suchraumes des Lenkwinkels, sowie

Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ablaufplans des erfindungsge mäßen Verfahrens.

Bezugsziffer 1 in Fig. 1 bezeichnet ein Fahrzeug mit verschiedenen Aktoren (Lenkung 3, Motor 4, Bremse 5), welches eine Steuereinrichtung 2 (ECU, Electronic Control Unit) aufweist, durch die eine Trajektorienplanung in Bezug auf die Aktordynamik bzw. Aktordynamiken erfolgen kann. Die Trajektorie wird dabei anhand eines Trajektorienplaners berechnet, wobei eine Prä diktion einer maximalen Stellgröße des jeweiligen Aktors insbesondere in Querrichtung zur Suchraumbegrenzung des Trajektorienplaners erfolgt und zur Trajektorienplanung herange zogen wird. Der Trajektorienplaner kann dabei als Hardwaremodul der Steuereinrichtung 2 oder als reines Softwaremodul ausgestaltet sein. Ferner weist das Fahrzeug 1 Sensoren zur Umfelderfassung auf (Kamera 6, Lidarsensor 7 sowie Radarsensor 8), deren Sensordaten zur Umfeld- und Objekterkennung genutzt werden, sodass verschiedene Assistenzfunktionen, wie z. B. Notbremsassistent (EBA, Electronik Brake Assist), Abstandsfolgeregelung (ACC, Auto matic Cruise Control), Spurhalteregelung bzw. ein Spurhalteassistent (LKA, Lane Keep Assist) oder dergleichen, realisiert werden können. In praktischer weise kann die Ausführung der As sistenzfunktionen ebenfalls über die Steuereinrichtung 2 oder eine eigene Steuereinrichtung erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Regel auf alle in gattungsgemäßen Fahrzeugen vorkommenden Aktoren anwendbar, somit auch auf alle in gattungsgemäßen Fortbewegungs mitteln eingesetzten Lenkungstypen. Dementsprechend auch auf überaktorierte Fahrzeuge, d. h. auch bei einer Vorder- und Hinterachslenkung. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren exemplarisch anhand eines Fahrzeuges mit einer Vorderachslenkung dargestellt, wobei als Stellgröße der Lenkwinkel d herangezogen wird, d. h. der aktuelle Lenkwinkel d kann zunächst als Startwert gemessen werden. Hierbei ist davon auszugehen, dass der verwendete Trajektorienplaneransatz einen maximalen Lenkwinkel ö_max verarbeiten kann. Alternativ oder zusätzlich wären aber auch andere Stellgrößen, wie z. B. Lenkwinkelgeschwindigkeit o- der Krümmung möglich. Das Kräftegleichgewicht der Lenkung lässt sich mathematisch be schreiben, indem

(1) m_EPS a = F_Mot - d v - F_Friction - F_Load gilt. Dabei ist m_EPS die akkumulierte Masse des Lenkungssystems, a die Beschleunigung der Zahnstange, F_Mot die vom EPS-Motor zur Verfügung gestellte Kraft, d die Dämpfung der EPS, v die Geschwindigkeit der Zahnstange, F_Friction die nichtlineare Reibung der EPS und die an der EPS anliegende Last F_Load, bestehend aus den Straßenkräften F_Str und den Kräften, die vom Lenkrad kommen. Derartige Straßenkräfte werden z. B. beim Befahren einer Straße auf die Fahrzeugräder ausgeübt. Um die Energieübertragung dieser Straßenkräfte zu streuen werden in der Regel Feder- oder Dämpferbaugruppen im Fahrzeugaufhängungssys tem eingesetzt.

Zweckmäßigerweise wird eine maximale Stellgröße abhängig von der verfügbaren Aktorleis tung ohne Störeinfluss bestimmt. Dabei können Störgrößen wie das Handmoment des Fah rers, welches in die Kräfte vom Lenkrad eingeht, vernachlässigt werden. Auch von außerhalb einwirkende Störgrößen, wie z. B. Seitenwind, werden vernachlässigt, da sich derartige Stö rungen z. B. durch die Regelung kompensieren lassen. Die verbleibenden Straßenkräfte F_Str hingegen sowie damit auch F_Load lassen sich nicht in einfacher Weise vernachlässigen, da diese den maximalen Lenkwinkel maßgeblich beeinflussen und somit nicht als Störung ange sehen werden, da sie immer auftreten. Betrachtet man die Straßenkräfte F_Str auf Fahrzeug ebene in einem Einspurmodell zeigt sich, dass sich diese in Abhängigkeit vom vorliegenden Lenkwinkel, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Straßenreibwert ergeben. Der Einfluss des Straßenreibewerts kann hierbei jedoch vernachlässigt werden, sodass ausschließlich Szenarien mit Hochreibwert betrachtet werden. Dies ist möglich, da ein verringerter Reibwert zwar zu einem höheren maximalen Lenkwinkel führt, dieser aber nicht zwangsläufig zu einer höheren fahrbaren Krümmung und somit auch nicht zu einer fahrbaren T rajektorie führt. Dem entsprechend verbleibt die Abhängigkeit der Straßenkräfte F_Str vom Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Aufgrund der Lenkwinkelabhängigkeit zur Modellierung der Stra ßenkräfte F_Str wird eine virtuelle Feder mit der fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Feder steifigkeit c verwendet. Die Federsteifigkeit c zeigt ebenfalls eine Abhängigkeit vom maximal gestellten EPS-Moment M_Mot_max, wie in Fig. 2 dargestellt. Dies resultiert aus Nichtlineari täten, wie der Übersetzung zwischen Zahnstangeweg und Lenkwinkel am Rad oder dem Lenk- winkel-abhängigen Nachlauf. Somit ergibt sich aus Gleichung (1):

(2) m_EPS a = F_Mot - d v - F_Friction - c (v_veh, M_Mot_max) x.

Dabei ist v_veh die Fahrzeuggeschwindigkeit und x die Zahnstangenposition, die über ein Übersetzungsverhältnis i in einen Lenkwinkel d umgerechnet werden kann. Der Term c (v_veh, M_Mot_max) setzt sich dabei aus einem rein geschwindigkeitsabhängigen Teil c1 (v-veh) und einem geschwindigkeits- und momentenabhängigen Teil c2 (v_veh, M_Mot_max) zusammen:

(3) c (v_veh, M_Mot_max) = c1 (v_veh) + c2 (v_veh, M_Mot_max).

Daraus kann eine Lookup-Tabelle für die Federsteifigkeit c abgeleitet werden (gemäß Fig. 2), die sich z. B. über Sprunganregungen auf die Lenkung bei verschiedenen Geschwindigkeiten herleiten lässt. Beispielsweise kann über einen RLS (recursive least squares)-Algorithmus die Federsteifigkeiten c geschwindigkeitsabhängig geschätzt und adaptiert werden. Hierbei muss lediglich c1 (v_veh) adaptiert werden, da der Term c2 (v_veh, M_Mot_max) konstruktive sich nicht verändernde Zusammenhänge widerspiegelt. Infolgedessen soll dabei ein maximal stell barer Lenkwinkel d nach links und nach rechts prädiziert werden, wobei für F_Mot die maximal vom EPS-Motor noch stellbare Kraft gewählt und als Sprung aufgeschaltet wird, welcher mit einer Motorzeitkonstanten T_Mot gefiltert wird, gemäß

(4) F_Mot = 1 / (T_Mot s + 1) F_Mot_max.

Dabei ist F_Mot_max die Differenz zwischen der aktuell anliegenden Kraft und der maximal zur Verfügung stehenden Kraft. Die maximal zur Verfügung stehende Kraft kann über die Leis tung der EPS festgelegt werden oder wird von der EPS als Eingangssignal der Prädiktion zur Verfügung gestellt. Dadurch können z. B. verschiedene Degradationsstufen des EPS-Motors abgebildet werden, falls nur noch ein Teil der Leistung zur Verfügung steht. Die nichtlineare Reibung F_Friction entspricht der Haftreibung im System und kann über eine sogenannte Tot zone in der Motorkraft F_Mot mitberücksichtigt werden, da immer nur eine konstante Bewe gungsrichtung betrachtet wird und somit die Hystereseeffekte der Haftreibung nicht zum Tra gen kommen. Es ergibt sich demnach

(5) F_Mot_Fric = 0 if I F_Mot I < F_Haft

F_Mot - F_Haft if F_Mot > F_Haft F_Mot + F_Haft if -F_Mot < F_Haft. Dabei ist F_Haft die Amplitude der Haftkraft. Ferner ergibt sich aus Gleichung (2) die Gleichung

(6),

(6) m_EPS a = F_Mot_Fric - d v - c (v_veh, M_Mot_max) x, welche einem Verzögerungsglied zweiter Ordnung entspricht. Die Dämpfung d lässt sich dabei konstant wählen.

Durch Umstellen nach der Beschleunigung in Gleichung (6) und doppeltem Integrieren kann so eine maximale Zahnstangenposition bzw. ein maximaler Lenkwinkel ö_max prädiziert wer den. Die sich ergebenden Vektoren für den maximalen Lenkwinkel nach rechts (ö_max_re) und nach links (ö_max_li) über der Zeit t können dann zur Reduktion der zu versendenden Datenmenge gesampelt und als Feedbacksignal an den Planer weitergeleitet werden. Die bei den Vektoren geben die obere und untere Grenze des Suchraums der Stellgröße an, in dem der Trajektorienplaner nach einer optimalen Lösung suchen kann, wie in Fig. 3 anhand des gepunktet dargestellten begrenzten Suchraums 9 zwischen den beiden Vektoren ö_max_re, ö_max_li gezeigt.

In dem Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufs gemäß Fig. 4 wird für ein Fahrzeug mit Vorderachslenkung ein prädizierter maximaler zeitlicher Verlauf des Lenkwinkel nach links und nach rechts ausgeben. Dabei wird zunächst der Lenkwinkel d als Startwert bestimmt bzw. gemessen (Lenkwinkelbestimmung 12) und die Federsteifigkeit c z. B. anhand der beschrie benen Look-up-Tabelle (vgl. Fig. 2) bestimmt (Bestimmen der Federsteifigkeit 10). Zudem wird die Motoreigenschaft und -Charakteristik 11a (links) bzw. 11b (rechts) u. a. anhand des aktuell anliegenden Motormoments (Motormomenterfassung) bestimmt, d. h. des aktuell anliegenden Motormoments M_Mot. Die Motoreigenschaft und -Charakteristik kann nach links und nach rechts unterschiedlich sein, z. B. aufgrund von Asymmetrien der Lenkung oder auch künstlich eingeführten Asymmetrien, z. B. im Zuge einer LDP (Lane Departure Protection)-Funktion, bei der die Lenkung in Richtung der näheren Fahrbahnbegrenzung stärker begrenzt wird. Anhand von Federsteifigkeit und Motoreigenschaft und -Charakteristik kann dann die Prädiktion des Verlaufs der maximalen Stellgröße erfolgen, vorliegend der maximale Lenkwinkel nach links (Prädiktion links 13) und der maximale Lenkwinkel nach rechts (Prädiktion rechts 14). Die prä- dizierten Lenkwinkel werden dann an den Planer 15 weitergeleitet. Sofern das Fahrzeug zu sätzlich eine Hinterachslenkung aufweist, besteht die Möglichkeit den Hinterachsenlenkwinkel in gleicher Weise wie den Vorderachsenlenkwinkel zu bestimmen, d. h. es kommen für die Hinterachslenkung zwei weitere Vektoren an der Hinterachse hinzu, einer für den maximalen Lenkwinkel nach links und einer für den maximalen Lenkwinkel nach rechts. Dementsprechend beschreibt der Verfahrensablauf in Fig. 4 zum einen den Verfahrensablauf für die Bestimmung der maximalen Lenkwinkel für die Vorderachse oder die Hinterachse. Al ternativ oder zusätzlich kann als Stellgröße die zu fahrende Krümmung verwendet werden, unabhängig davon, ob eine Hinterachslenkung vorhanden ist oder nicht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass auch bei vorhandener Hinterachslenkung nur zwei Vektoren entstehen (maximale Krümmung nach links und nach rechts). Jedoch sollte dann wieder ein Fahrzeugmodell zur Bestimmung vorgesehen werden.

In praktischer Weise kann die prädizierte Stellgrößenbegrenzung ebenfalls für Anti-Windup- Konzepte im Regler eingesetzt werden. Ferner kann die Lookup-Tabelle der Steifigkeit sowie Zusammenhang gemäß Fig. 2 auch für eine Lastschätzung des Fahrzeuges genutzt werden.

- li - BEZUGSZEICHENLISTE 1 Fahrzeug

2 Steuereinrichtung

3 Lenkung

4 Motor

5 Bremse 6 Kamera

7 Lidarsensor

8 Radarsensor

9 Suchraum (der Stellgröße bzw. des Lenkwinkels)

10 Bestimmen der Federsteifigkeit 11a Motoreigenschaft und -Charakteristik (links)

11b Motoreigenschaft und -Charakteristik (rechts) 12 Lenkwinkelbestimmung

13 Prädiktion des maximalen Lenkwinkels links

14 Prädiktion des maximalen Lenkwinkels rechts 15 Trajektorienplaner d Lenkwinkel c Federsteifigkeit