DE102023206116A1 - Device for operating a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein modellprädiktives Fahrbetriebsmodul, das ausgebildet ist, ein Fahrsignal für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit einer ersten Fahrvorgabe, einer zweiten Fahrvorgabe und einer Kraftfahrzeugvorgabe modellprädiktiv zu erzeugen, wobei die erste Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsvorgabe eines Fahrers ist, wobei die zweite Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers ist und wobei die Kraftfahrzeugvorgabe eine Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe ist und ein Steuermodul, das ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug basierend auf dem erzeugten Fahrsignal zu steuern. Device for operating a motor vehicle, comprising a model-predictive driving operation module which is designed to model-predictively generate a driving signal for the motor vehicle depending on a first driving specification, a second driving specification and a motor vehicle specification, wherein the first driving specification is a speed specification of a driver, wherein the second driving specification is a speed range specification of the driver and wherein the motor vehicle specification is a speed deviation specification and a control module which is designed to control the motor vehicle based on the generated driving signal.
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.The present disclosure relates to a device for operating a motor vehicle and a motor vehicle with such a device.
Heutige Fahrbetriebsmodule erzeugen Fahrsignale zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs überwiegend regelbasiert.Today's driving operation modules generate driving signals for operating a motor vehicle predominantly on a rule-based basis.
Es ist daher eine Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.It is therefore an object to provide an improved device for operating a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt.According to a first aspect, a device for operating a motor vehicle is provided.
Die Vorrichtung umfasst dabei ein modellprädiktives Fahrbetriebsmodul, das ausgebildet ist, ein Fahrsignal für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit einer ersten Fahrvorgabe, einer zweiten Fahrvorgabe und einer Kraftfahrzeugvorgabe modellprädiktiv zu erzeugen, wobei die erste Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsvorgabe eines Fahrers ist, wobei die zweite Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers ist und wobei die Kraftfahrzeugvorgabe eine Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe ist, und ein Steuermodul, das ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug basierend auf dem erzeugten Fahrsignal zu steuern.The device comprises a model-predictive driving operation module which is designed to model-predictively generate a driving signal for the motor vehicle depending on a first driving specification, a second driving specification and a motor vehicle specification, wherein the first driving specification is a speed specification of a driver, wherein the second driving specification is a speed range specification of the driver and wherein the motor vehicle specification is a speed deviation specification, and a control module which is designed to control the motor vehicle based on the generated driving signal.
Die Vorrichtung nutzt insbesondere eine Geschwindigkeitsvorgabe und eine Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers, um Fahrsignale für einen Betrieb des Kraftfahrzeugs modellprädiktiv zu erzeugen.In particular, the device uses a speed specification and a speed range specification from the driver to generate driving signals for operation of the motor vehicle in a model-predictive manner.
Die im Folgenden näher beschriebenen Module der Vorrichtung sind insbesondere softwarebasiert ausgebildet und werden beispielsweise durch Ausführung bestimmter Programmdaten von einer Recheneinheit realisiert.The modules of the device described in more detail below are in particular software-based and are implemented, for example, by executing certain program data from a computing unit.
Dazu weist die Vorrichtung ein modellprädiktives Fahrbetriebsmodul auf, das ausgebildet ist, ein Fahrsignal für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit einer ersten Fahrvorgabe, einer zweiten Fahrvorgabe und einer Kraftfahrzeugvorgabe modellprädiktiv zu erzeugen, wobei die erste Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsvorgabe eines Fahrers ist, wobei die zweite Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers ist und wobei die Kraftfahrzeugvorgabe eine Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe ist.For this purpose, the device has a model-predictive driving operation module which is designed to model-predictively generate a driving signal for the motor vehicle depending on a first driving specification, a second driving specification and a motor vehicle specification, wherein the first driving specification is a speed specification of a driver, wherein the second driving specification is a speed range specification of the driver and wherein the motor vehicle specification is a speed deviation specification.
Das Fahrbetriebsmodul ist dabei ein Modul, dass eine bestimmte Fahrfunktion, insbesondere eine Längssteuerungsfunktion, des Kraftfahrzeugs erfüllt bzw. unterstützt.The driving operation module is a module that fulfills or supports a specific driving function, in particular a longitudinal control function, of the motor vehicle.
Beispielsweise ist eine Fahrfunktion ein Geschwindigkeitshaltefunktion, die auch als Tempomat oder engl. cruise control bezeichnet werden kann. Diese Geschwindigkeitshaltefunktion hält dabei eine bestimmte Geschwindigkeit ein, ohne dass ein Fahrer einen Antrieb oder eine Bremse aktiv betätigen muss.For example, one driving function is a speed control function, which can also be referred to as cruise control. This speed control function maintains a certain speed without the driver having to actively operate a drive or brake.
Wieder beispielsweise ist eine Fahrfunktion eine Abstandshaltefunktion, die auch als engl. distance control bezeichnet werden kann. Diese Abstandshaltefunktion hält dabei einen bestimmten Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug ein, ohne dass ein Fahrer einen Antrieb oder eine Bremse aktiv betätigen muss.Another example is a distance control function, which can also be referred to as distance control. This distance control function maintains a certain distance from a vehicle in front without the driver having to actively operate a drive or brake.
Auch beispielsweise ist eine Fahrfunktion eine Kurvenhaltefunktion, die auch als Kurvenassistent bezeichnet werden kann. Diese Kurvenhaltefunktion folgt dabei einer Kurve oder Straßenführung und passt die Geschwindigkeit an den Kurvenradius an, ohne dass ein Fahrer einen Antrieb oder eine Bremse aktiv betätigen muss.For example, one driving function is a curve holding function, which can also be referred to as a curve assistant. This curve holding function follows a curve or road layout and adjusts the speed to the curve radius without the driver having to actively operate a drive or brake.
Diese Fahrfunktionen können auch zusammenfassend unter dem Begriff adaptive Geschwindigkeitsregelfunktion oder engl. adaptive cruise control, ACC, bezeichnet werden, wobei das Fahrbetriebsmodul zumindest eine oder mehrere Teilfunktion erfüllt.These driving functions can also be collectively referred to as adaptive cruise control (ACC), whereby the driving mode module fulfils at least one or more sub-functions.
Die Fahrvorgaben umfassen dabei zunächst Vorgaben eines Fahrers, nämliche eine Geschwindigkeitsvorgabe und eine Geschwindigkeitsbandvorgabe. Bei der Geschwindigkeit handelt es sich um die Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeitshaltefunktion halten soll. Bei der Geschwindigkeitsbandvorgabe handelt es sich um ein Geschwindigkeitsband, innerhalb dessen von der Geschwindigkeit abgewichen werden kann bzw. darf. Beispielsweise handelt es sich bei der Geschwindigkeitsvorgabe um eine Geschwindigkeit von 100 km/h und bei der Geschwindigkeitsbandvorgabe um ein Band von +/- 10 km/h. Das bedeutet, dass das Fahrsignal für das Kraftfahrzeug im Bereich von 100 km/h +/- 10 km/h erzeugt wird bzw. einen Betrieb in diesem Bereich bewirkt.The driving instructions initially include instructions from a driver, namely a speed setting and a speed range setting. The speed is the speed that the speed control function should maintain. The speed range setting This is a speed band within which the speed can or may be deviated from. For example, the speed setting is a speed of 100 km/h and the speed band setting is a band of +/- 10 km/h. This means that the driving signal for the motor vehicle is generated in the range of 100 km/h +/- 10 km/h or causes operation in this range.
Zusätzlich zu den Fahrvorgaben wird auch eine Kraftfahrzeugvorgabe berücksichtigt, die eine Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe betrifft. Diese Kraftfahrzeugvorgabe kann insbesondere nicht durch den Fahrer beeinflusst werden, sondern ist eine Vorgabe des Kraftfahrzeugherstellers, um wie viel von der Geschwindigkeitsvorgabe innerhalb des Geschwindigkeitsbandes und in dem jeweiligen Fahrmodus abgewichen darf, wobei die Abweichung insbesondere weiterhin ausschließlich innerhalb des Geschwindigkeitsbandes erfolgt.In addition to the driving instructions, a vehicle instruction is also taken into account, which concerns a speed deviation instruction. This vehicle instruction cannot be influenced by the driver, but is a instruction from the vehicle manufacturer as to how much the speed instruction may be deviated from within the speed band and in the respective driving mode, whereby the deviation continues to occur exclusively within the speed band.
Die Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe ist somit insbesondere abhängig von der Geschwindigkeitsvorgabe und von dem Fahrmodus, die beide von dem Fahrer gewählt werden, wobei die Abweichung selbst jedoch nicht durch den Fahrer einstellbar sondern voreingestellt ist. Beispielsweise wird eine höhere Abweichung von der Geschwindigkeit bei einer höheren Geschwindigkeitsvorgabe erlaubt bzw. ermöglicht, als bei einer niedrigeren Geschwindigkeitsvorgabe.The speed deviation specification is therefore particularly dependent on the speed specification and the driving mode, both of which are selected by the driver, although the deviation itself cannot be set by the driver but is preset. For example, a higher deviation from the speed is permitted or enabled with a higher speed specification than with a lower speed specification.
Darüber hinaus können auch weitere Vorgaben berücksichtigt werden, wie beispielsweise gesetzliche Vorgaben umfassen, die zum Beispiel einen vorgeschriebenen Mindestabstand, den die Abstandshaltefunktion einhalten soll, vorgeben.In addition, other specifications can also be taken into account, such as legal requirements that, for example, specify a prescribed minimum distance that the distance keeping function must maintain.
Modellprädiktiv umfasst vorliegend insbesondere, dass aufgrund von einem Modell, basierend auf Beschränkungen und/oder zu erreichenden Zielen, Aussagen für zukünftiges Verhalten eines Systems, hier das Kraftfahrzeug, getroffen werden können. Insbesondere meint modellprädiktiv vorliegend nicht regelbasiert. Modellprädiktiv, oder engl. model predictive control, MPC, umfasst dabei insbesondere eine modellbasierte und optimierungsbasierte Regelung. Insbesondere handelt es sich dabei um die Lösung von dynamischen Optimierungsproblemen, mit einer Zielfunktion und Beschränkungen, die beispielsweise mithilfe eines Optimierers, insbesondere gradientenbasiert, gelöst werden.In this case, model predictive particularly includes the fact that statements can be made about the future behavior of a system, in this case the motor vehicle, based on a model based on restrictions and/or goals to be achieved. In particular, model predictive does not mean rule-based. Model predictive control (MPC) in this case particularly includes model-based and optimization-based control. In particular, it involves the solution of dynamic optimization problems with an objective function and restrictions, which are solved, for example, using an optimizer, in particular gradient-based.
Dazu hat das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul Zugriff auf ein oder mehrere Sensoren und/oder ein oder mehrere Informationen, die in einem Speicher hinterlegt sind.For this purpose, the model predictive driving module has access to one or more sensors and/or one or more pieces of information stored in a memory.
Beispielsweise kann das Fahrbetriebsmodul auf ein oder mehrere Umfeldsensoren, ein oder mehrere Karteninformationen und/oder ein oder mehrere Fahrbetriebssensoren zugreifen.For example, the driving operation module can access one or more environmental sensors, one or more map information and/or one or more driving operation sensors.
Insbesondere hat das Fahrbetriebsmodul Zugriff auf ein oder mehrere Kameraeinrichtungen, ein oder mehrere Lidareinrichtungen und/oder ein oder mehrere Radareinrichtungen, die an bzw. in dem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Diese Sensoren können auch unter dem Begriff Wahrnehmungssensoren oder engl. perception sensors zusammengefasst werden. Ebenso insbesondere hat das Fahrbetriebsmodul Zugriff auf einen oder mehrere Speichereinrichtungen, in denen Karteninformationen hinterlegt sind und die an bzw. in dem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Auch insbesondere hat das Fahrbetriebsmodul Zugriff auf einen oder mehrere Fahrbetriebssensoren, wie einen oder mehrere Geschwindigkeitssensoren und/oder Beschleunigungssensoren.In particular, the driving operation module has access to one or more camera devices, one or more lidar devices and/or one or more radar devices that are arranged on or in the motor vehicle. These sensors can also be summarized under the term perception sensors. In particular, the driving operation module also has access to one or more storage devices in which map information is stored and which are arranged on or in the motor vehicle. In particular, the driving operation module also has access to one or more driving operation sensors, such as one or more speed sensors and/or acceleration sensors.
Das Fahrsignal kann Anweisungen oder Informationen umfassen, aus denen die Steuerung bzw. ein Steuermodul das Kraftfahrzeug steuern kann. Insbesondere umfasst das Fahrsignal dabei ein Signal, das auf eine Beschleunigung und/oder ein oder mehrere Momente hinweist oder aus dem sich eine Beschleunigung und/oder ein oder mehrere Momente ableiten lassen.The driving signal can include instructions or information from which the controller or a control module can control the motor vehicle. In particular, the driving signal includes a signal that indicates an acceleration and/or one or more moments or from which an acceleration and/or one or more moments can be derived.
Das Momentsignal kann dabei ein Bremsmomentsignal, also ein bestimmtes zu erreichendes Bremsmoment, und/oder ein Antriebsmomentsignal, also ein bestimmtes zu erreichendes Antriebsmoment umfassen. Das Antriebsmoment kann auch als Traktionsmoment bezeichnet werden. Insbesondere kann das Fahrsignal mehrere Antriebsmomentsignale umfassen, beispielsweise eins für eine Brennkraftmaschine und eins für eine elektrische Maschine. Das Antriebsmomentsignal kann dabei auch negative Werte annehmen, welche dann als Rekuperationssignal der elektrischen Maschine interpretiert werden. Die erzeugten Fahrsignale umfassen somit mehrere Signale, beispielsweise in Form eines Fahrsignalvektors.The torque signal can comprise a braking torque signal, i.e. a specific braking torque to be achieved, and/or a driving torque signal, i.e. a specific driving torque to be achieved. The driving torque can also be referred to as traction torque. In particular, the driving signal can comprise several driving torque signals, for example one for an internal combustion engine and one for an electric machine. The driving torque signal can also assume negative values, which are then interpreted as a recuperation signal from the electric machine. The driving signals generated thus comprise several signals, for example in the form of a driving signal vector.
Die Vorrichtung weist auch ein Steuermodul auf, das ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug basierend auf dem erzeugten Fahrsignal zu steuern.The device also comprises a control module configured to control the motor vehicle based on the generated driving signal.
Dazu kann das Steuermodul Zugriff auf einen oder mehrere Aktuatoren des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen oder mehrere von einem Beschleunigungsaktuator und/oder einen Bremsaktuator haben, die eine Beschleunigungs- und/oder Bremsbetätigung des Kraftfahrzeugs bewirken.For this purpose, the control module can have access to one or more actuators of the motor vehicle, in particular one or more of an acceleration actuator and/or a brake actuator, which cause an acceleration and/or braking actuation of the motor vehicle.
Durch diese Vorrichtung wird es ermöglicht, vorausschauend Fahrsignale für den Betrieb des Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Insbesondere ist es durch die Vorrichtung möglich, die Fahrsignale nicht nur anhand einer Geschwindigkeitsvorgabe sondern zusätzlich anhand einer Geschwindigkeitsbandvorgabe zu erzeugen, wodurch eine besonders komfortable Fahrt ermöglicht wird.This device makes it possible to generate driving signals for the operation of the motor vehicle in advance. In particular, the device makes it possible to generate the driving signals not only based on a speed specification but also based on a speed range specification, which enables a particularly comfortable journey.
Gemäß einer Weiterbildung ist das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul weiter ausgebildet, das Beschleunigungssignal basierend auf einer dritten Fahrvorgabe zu erzeugen, wobei die dritte Fahrvorgabe eine Fahrmodusvorgabe des Fahrers ist.According to a further development, the model predictive driving operation module is further designed to generate the acceleration signal based on a third driving specification, wherein the third driving specification is a driving mode specification of the driver.
Eine Fahrmodusvorgabe des Fahrers ist eine Vorgabe die einen Fahr- bzw. Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs betrifft. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug mehrere voreingestellte Fahrmodi auf, aus denen der Fahrer einen auswählen kann.A driver's driving mode specification is a specification that relates to a driving or operating mode of the motor vehicle. In particular, the motor vehicle has several preset driving modes from which the driver can select one.
Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug einen sportlichen Fahrmodus, in dem insbesondere eine Reisezeit des Kraftfahrzeugs optimiert wird, und einen energieeffizienten Fahrmodus, in dem insbesondere eine Energieeinsparung optimiert wird, auf.For example, the motor vehicle has a sporty driving mode, in which in particular a travel time of the motor vehicle is optimized, and an energy-efficient driving mode, in which in particular energy saving is optimized.
Optional können auch noch Fahrmodi vorgesehen sein, beispielsweise ein ausgewogener Fahrmodus, der eine Abwägung aus Reisezeit und Energieeinsparung trifft. Optional driving modes can also be provided, for example a balanced driving mode that strikes a balance between travel time and energy savings.
Durch diese Weiterbildung wird es dem Fahrer ermöglicht, das Kraftfahrzeug in verschiedenen Fahrmodi zu betreiben. Hierdurch wird ein besonders nutzerfreundlicher Betrieb ermöglicht.This training enables the driver to operate the vehicle in different driving modes. This enables particularly user-friendly operation.
Gemäß einer Weiterbildung ist das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul ausgebildet, das Fahrsignal basierend auf einer Topografieinformation zu erzeugen.According to a further development, the model predictive driving operation module is designed to generate the driving signal based on topography information.
Wie eingangs beschrieben, kann das Fahrbetriebsmodul Zugriff auf einen oder mehrere Sensoren und/oder eine oder mehrere Informationen haben.As described above, the driving operation module can have access to one or more sensors and/or one or more pieces of information.
Die Informationen können dabei insbesondere Karteninformationen aufweisen, welche beispielsweise Kurveninformationen und insbesondere Topografieinformationen umfassen. Topografieinformationen umfassen dabei insbesondere Informationen zur Erdoberfläche bzw. zum Gelände entlang eines Fahrwegs des Kraftfahrzeugs. Insbesondere umfassen die Topografieinformationen Informationen zu einer Steigung und/oder einem Gefälle entlang des Fahrwegs.The information can in particular include map information, which includes, for example, curve information and in particular topography information. Topography information in particular includes information about the earth's surface or the terrain along a route of the motor vehicle. In particular, the topography information includes information about an incline and/or a decline along the route.
Dabei ist das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul ausgebildet, das Fahrsignal unter anderem basierend auf diesen Topografieinformationen zu erzeugen. Das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul kann selbstverständlich weitere Informationen und Sensordaten verwenden bzw. auswerten, um das Fahrsignal zu erzeugen.The model predictive driving operation module is designed to generate the driving signal based on this topography information, among other things. The model predictive driving operation module can of course use or evaluate further information and sensor data to generate the driving signal.
Durch diese Weiterbildung wird eine besonders vorausschauende Fahrsignalerzeugung möglich.This further development makes it possible to generate particularly predictive driving signals.
Gemäß einer Weiterbildung minimiert das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul eine Kostenfunktion.According to a further development, the model predictive driving operation module minimizes a cost function.
Insbesondere löst das Fahrbetriebsmodul die Kostenfunktion unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitsvorgabe und der Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers. Die Kostenfunktion wird im weiteren Verlauf noch näher erläutert werden.In particular, the driving operation module solves the cost function taking into account the speed specification and the speed range specified by the driver. The cost function will be explained in more detail later.
Durch diese Weiterbildung wird eine besonders vorausschauende Fahrsignalerzeugung möglich.This further development makes it possible to generate particularly predictive driving signals.
Gemäß einer Weiterbildung berücksichtigt die Kostenfunktion eine in einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs vorhandene Energie, eine Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe und/oder eine verstrichene Zeit.According to a further development, the cost function takes into account the energy present in an energy storage device of the motor vehicle, a deviation from the speed specification and/or an elapsed time.
Dabei kann die Kostenfunktion die in einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs vorhandene Energie, die Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe und/oder die verstrichene Zeit unterschiedlich gewichten.The cost function can give different weights to the energy available in the motor vehicle's energy storage device, the deviation from the speed specification and/or the elapsed time.
Insbesondere ist die Kostenfunktion wie folgt definiert:
Dabei ist EStorage die Energiespeicher des Kraftfahrzeugs vorhandene Energie, eset die Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe und t die verstrichene Zeit. Die zugehörigen Gewichte sind wE, wset und wt, die die Fahrmodusvorgabe widerspiegeln bzw. berücksichtigen. Dabei ist der Faktor wt ein Wert, der sowohl vom Fahrmodus als auch von der Geschwindigkeitsvorgabe abhängt bzw. für unterschiedliche Fahrmodi und unterschiedliche Geschwindigkeitsvorgabe unterschiedliche Gewichtungswerte aufweist. Die anderen mit w bezeichneten Faktoren sind ebenfalls Gewichte.Where E Storage is the energy available in the vehicle's energy storage, e set is the deviation from the speed setting and t is the time elapsed. The associated weights are w E , w set and w t , which reflect or take into account the driving mode setting. The factor w t is a value that depends on both the driving mode and the speed setting or has different weighting values for different driving modes and different speed settings. The other factors designated with w are also weights.
Der Index k beschreibt den Zustand oder die Stellgröße an der Position k entlang des Horizonts. Die vektorwertige Variable x beschreibt die Zustände des dynamischen Systems. Diese sind
Es wird somit vorliegend insbesondere eine positionsbezogene Formulierung gewählt, d.h. die Position entlang des Horizonts ist die freie Variable und die Zeit t wird zu einem Zustand.In this case, a position-related formulation is chosen, i.e. the position along the horizon is the free variable and the time t becomes a state.
Dabei ist die Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe wie folgt definiert:
Dabei ist vset,k die Geschwindigkeitsvorgabe und vk die tatsächliche bzw. erfasste Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.Here, v set,k is the set speed and v k is the actual or recorded speed of the vehicle.
Die weiteren Terme der Kostenfunktion sind wie folgt definiert:
Die weiteren Terme dienen im Fall eines Rucks (jerk j) der Regularisierung und dienen einer Komfortfunktion oder bilden im Fall von δlth, δuth, δj und δa sogenannte Schlupfvariablen ab, um die Unter- bzw. Überschreitung der unteren und oberen Toleranzgrenzen vlth und vuth, die die Geschwindigkeitsbandvorgabe definieren bzw. der oberen und unteren Beschleunigungs- und Ruckgrenzen aU, aL und jU, jL zu bestrafen. Dabei stehen die Indizes Ith und uth für engl. lower threshold, also untere Begrenzung, und engl. upper threshold, also obere Begrenzung.The other terms are used for regularization in the case of a jerk (jerk j) and serve as a convenience function or, in the case of δ lth , δ uth , δ j and δ a, they represent so-called slip variables in order to penalize the undershooting or exceedance of the lower and upper tolerance limits v lth and v uth , which define the speed band specification, or the upper and lower acceleration and jerk limits a U , a L and j U , j L . The indices Ith and uth stand for lower threshold and upper threshold.
Dazu sind die folgenden Nebenbedingungen definiert:
Die vektorwertige Variable u beschreibt die Stellgrößen, die aus den Änderungen der Traktionskraft dFTrac und der Bremskraft dFBrake bestehen. Die Beschleunigung aMPC, die an das Steuermodul übergeben wird, wird aus diesen Zustandsgrößen berechnet.The vector-valued variable u describes the control variables, which consist of the changes in the traction force dF Trac and the braking force dF Brake . The acceleration a MPC , which is passed to the control module, is calculated from these state variables.
Es wird somit durch die Ausführungsformen der Vorrichtung ermöglicht, dass für verschiedene Fahrmodi bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsvorgaben unterschiedliche Gewichte verwendet werden können, die sich in einem unterschiedlichen Fahrverhalten auswirken.The embodiments of the device thus make it possible to use different weights for different driving modes at different speed specifications, which result in different driving behavior.
So kann die die Geschwindigkeitsvorgabe für einen energieeffizienten Fahrmodus um einen Wert Δv nach unten und für einen zeitorientierten Fahrmodus nach oben korrigiert werden. Ausgehend von dieser adaptierten Geschwindigkeitsvorgabe Vset,adapt wird nun ein Zeitgewicht wt ausgewählt, sodass dieser adaptierte Set-Speed erreicht wird. Somit wird das Zeitgewicht wt zu einer Funktion der adaptierten Geschwindigkeitsvorgabe und somit wt(vset,adapt).In this way, the speed specification can be corrected downwards by a value Δv for an energy-efficient driving mode and upwards for a time-oriented driving mode. Based on this adapted speed specification Vset,adapt, a time weight w t is now selected so that this adapted set speed is reached. The time weight w t thus becomes a function of the adapted speed specification and thus w t (v set,adapt ).
Ebenso kann das Gewicht wset sehr klein gewählt werden kann, da bereits durch wE und wt das System der Geschwindigkeitsvorgabe hinreichend folgt. wset kann nun dazu verwendet werden, die dynamische Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe entsprechend den Anforderungen dazustellen.Likewise, the weight w set can be chosen to be very small, since the system already follows the speed specification sufficiently through w E and w t . w set can now be used to represent the dynamic deviation from the speed specification according to the requirements.
Darüber hinaus sind die Ausführungsformen unabhängig von der Antriebsart und können sowohl für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine als auch mit einem elektrischen Antrieb und auch für eine Kombination daraus eingesetzt werden.Furthermore, the embodiments are independent of the type of drive and can be used for motor vehicles with an internal combustion engine as well as with an electric drive and also for a combination of both.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs angegeben.According to a further aspect, a motor vehicle is provided with an embodiment of a previously described device for operating a motor vehicle.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Bezüglich der Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs sowie der dazugehörigen Vorteile wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung und die diesbezüglichen Vorteile verwiesen.With regard to the embodiments of the motor vehicle and the associated advantages, reference is made to the previously described embodiments of the device and the related advantages.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs im Zusammenhang mit den folgenden Figuren beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.
-
1 a schematic view of an embodiment of a device for operating a motor vehicle.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols designate functionally identical elements.
Die Vorrichtung 100 umfasst dabei ein modellprädiktives Fahrbetriebsmodul 10, das ausgebildet ist, ein Fahrsignal für das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit einer ersten Fahrvorgabe, einer zweiten Fahrvorgabe und einer Kraftfahrzeugvorgabe modellprädiktiv zu erzeugen, wobei die erste Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsvorgabe eines Fahrers ist, wobei die zweite Fahrvorgabe eine Geschwindigkeitsbandvorgabe des Fahrers ist und wobei die Kraftfahrzeugvorgabe eine Geschwindigkeitsabweichungsvorgabe ist.The device 100 comprises a model-predictive
Die Vorrichtung 100 umfasst auch ein Steuermodul 20, das ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug basierend auf dem erzeugten Fahrsignal zu steuern.The device 100 also includes a
Das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul 10 der Vorrichtung 100 ist dabei weiter ausgebildet, das Beschleunigungssignal basierend auf einer dritten Fahrvorgabe zu erzeugen, wobei die dritte Fahrvorgabe eine Fahrmodusvorgabe des Fahrers ist.The model predictive
Das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul 10 der Vorrichtung 100 ist auch ausgebildet, das Fahrsignal basierend auf einer Topografieinformation zu erzeugen.The model predictive
Das modellprädiktive Fahrbetriebsmodul 10 umfasst dabei eine Kostenfunktion 11 und ist ausgebildet, diese zu minimieren.The model predictive
Die Kostenfunktion 11 berücksichtigt dabei eine in einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs vorhandene Energie, eine Abweichung von der Geschwindigkeitsvorgabe und eine verstrichene Zeit und gewichtet diese unterschiedlich.The
Bezugszeichenreference sign
- 1010
- modellprädiktives Fahrbetriebsmodulmodel-predictive driving operation module
- 1111
- Kostenfunktioncost function
- 2020
- Steuermodulcontrol module
- 100100
- Vorrichtungdevice
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