EP-4600103-B1 - METHOD FOR SPEED CONTROL

Inventors

• GROSSBICHLER, Martin
• GALKINA, Anastasiia
• TKACHENKO, Pavlo
• ZHENG, Yanggu
• HOEFER, Christoph
• NGUYEN, NGOC ANH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240212

Claims (5)

1. Method for speed control of a ground-based vehicle, wherein a speed planner (4) comprises a macro-planner (1), for the rapid forward-backward speed planning, and comprises a meso-planner (2), for optimizing the driving time and the energy consumption using an optimization solver, wherein a distance planner comprises a micro-planner (3), for distance control of the distance to a vehicle driving ahead, wherein the micro-planner (3) is a model-predictive control (MPC), wherein the micro-planner (3) is a distance control and takes into consideration the distance from the ego vehicle (9) to the vehicle (10) driving ahead, wherein optionally a speed setpoint value is calculated by the macro-planner (1) or is calculated by the meso-planner (2), wherein then the speed setpoint value is optimized by the micro-planner (3) in order to output a final speed setpoint value, wherein the ground-based vehicle is thereupon operated using the final speed setpoint value, characterized in that the speed planner (4) comprises a macro planner (1) for fast forward-backward speed planning, wherein the meso planner (2) uses a standard optimization solver, namely an open-source optimization solver, wherein the macro planner (1) and the meso planner (2) together form the speed planner (4), wherein the speed planner (4), namely the macro-planner (1) and/or the meso-planner (2), is configured to take into consideration conditions and limits (5), namely roadway conditions (6) and driver conditions (7) and drivetrain conditions (8) of the ground-based vehicle, wherein the conditions and limitations (5) for the speed planner (4) include friction (f tire ) estimated based on measurements and learned behavior of a driver (D).
2. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the micro-planner (3) uses a standard optimization solver, in particular an open source optimization solver.
3. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the micro-planner (3) uses a single-shoot formulation and/or a multiple-shoot formulation and/or in that the micro-planner (3) uses a flatness-based formulation, wherein a system dynamic is eliminated from secondary conditions, and/or in that the micro-planner (3) is configured as embedded software.
4. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the final speed setpoint value is determined for a self-propelled electric vehicle (BEV) or for a vehicle having adaptive cruise control (ACC).
5. Control device for speed control of a ground-based vehicle, wherein the control device is configured to carry out a method according to at least one of the preceding claims.

Description

Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines bodengebundenen Fahrzeugs und eine Regelungsvorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines bodengebundenen Fahrzeugs. Stand der Technik Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung von Kraftfahrzeugen sind an sich bekannt und können den Fahrer eines Fahrzeugs bei der Längsführung unterstützen. Geschwindigkeitsregelanlagen regeln die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf einen Geschwindigkeitssollwert, wobei eine vorgesehene Fahrstrecke berücksichtigt werden kann. Zur Berechnung einer optimalen Geschwindigkeit kann beispielsweise ein so genanntes Optimalsteuerungsproblem gelöst werden, was allerdings insbesondere für Antriebssysteme von Hybridfahrzeugen auf vergleichsweise langen Fahrstrecken, zum Beispiel auf Fahrstrecken von mehr als 100 km, mit einem hohen Rechenaufwand verbunden ist, um diese Berechnungen in einer angemessenen Zeit, zum Beispiel in weniger als 10 Sekunden, durchzuführen, insbesondere mittels der derzeit in Hybridfahrzeugen verfügbaren Rechenleistung. Besonders für selbstfahrende Fahrzeuge sowie für Fahrzeuge mit adaptiver Geschwindigkeitsregelung (ACC) wäre eine effiziente und gleichzeitig für den Fahrer komfortable Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Ruckplanung, also die Bestimmung einer optimalen Fahrzeugzustandstrajektorie wünschenswert. Einerseits soll die Trajektorie so schnell wie möglich geplant bzw. berechnet werden, um eine kurze Planungszeit und einen langen Planungshorizont zu ermöglichen, andererseits sollen verschiedene Fahrbedingungen wie Straßenneigung, Anwesenheit eines anderen vorausfahrenden Fahrzeugs auf der Straße, Fahrerkomfort usw. berücksichtigt werden können, um ein gutes Fahrzeugverhalten zu erreichen. Darüber hinaus sollte die Möglichkeit zur Senkung des Energieverbrauchs sowie die Berücksichtigung anderer Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung von Kollisionen und potenziell unsicheren Situationen in Betracht gezogen werden. Eine optimale Trajektoriengenerierung für autonom fahrende Fahrzeuge und Fahrzeuge mit ACC gibt es derzeit noch nicht. Aus dem Dokument US 9 081 651 B2 ist ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung bekannt. Zusammenfassung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines bodengebundenen Fahrzeugs und eine Regelungsvorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines bodengebundenen Fahrzeugs in dieser Hinsicht zu verbessern und insbesondere ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die sowohl ein gutes Fahrverhalten des Fahrzeugs als auch eine rasche Berechnung ermöglichen. Die Erfindung ist im beigefügten Anspruchssatz beschrieben. Das Betreiben des Fahrzeugs mit dem finalen Geschwindigkeitssollwert kann insbesondere dadurch erfolgen, dass aus dem Geschwindigkeitssollwert und/oder einem davon abhängigen Beschleunigungssollwert eine Anforderung eines Drehmoments berechnet wird. Die Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs erfolgt durch ein zumindest zweistufiges Verfahren, wobei die erste Stufe in zwei Alternativen ausgeführt werden kann: in einer ersten Stufe wird wahlweise, insbesondere ausgewählt von einem übergeordneten Verfahren oder einer übergeordneten Steuereinheit, entweder über einen sogenannten Makroplaner, über eine einfache Vorwärts-Rückwärts-Geschwindigkeitsplanung ein Geschwindigkeitssollwert ermittelt. Alternativ wird stattdessen der Geschwindigkeitssollwert von einem Mesoplaner-Modul bestimmt, das eine Optimierung von Fahrtzeit und Energieverbrauch des Fahrzeugs vornimmt. Der resultierende Geschwindigkeitssollwert wird von einer zweiten Stufe, dem Mikroplaner-Modul, noch weiter optimiert, die Fahrzeuge in der Umgebung des eigenen Fahrzeugs berücksichtigt, insbesondere ein vorausfahrendes Fahrzeug, so dass ein Sicherheitsabstand bewahrt werden kann und Kollisionen vermieden werden. Das Makroplaner-Modul und das Mesoplaner-Modul zusammen bilden einen Geschwindigkeitsplaner. Das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsplaners kann durch den Mikroplaner, als Abstandsplaner bzw. als Abstands- und Geschwindigkeitsplaner, modifiziert werden. Der Makroplaner basiert auf einem schnellen Vorwärts-Rückwärts-Geschwindigkeitsplaner und liefert optimale Steuerungssollwerte, ohne dass ein rechenaufwändiger Optimierungslöser verwendet werden muss. Der Mesoplaner minimiert sowohl die Fahrzeit als auch den Energieverbrauch, bevorzugt ohne Verwendung eines speziell entwickelten Optimierungslösers, und kann vorzugsweise mit einem Open-Source-Optimierungslöser in Form eines nichtlinearen Programms unter Verwendung beispielsweise der Standardsoftware CasADi mit IPOPT-Solver auf einem Linux-basierten System realisiert werden. Die Generierung optimaler Energieregelungs-Sollwerte ist dann einfach. Sie erlaubt es bevorzugt nicht, spezielle Fahrzeugkonstruktionen zu berücksichtigen, aber sie ermöglicht dennoch Energieeinsparungen durch eine sehr einfache Formulierung und Umsetzung auch für E