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Dokumentenidentifikation DE102004059739A1 14.07.2005
Titel Steuerungssystem
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Fritz, Hans, Dr., 73061 Ebersbach, DE;
Hämmerling, Carsten, Dipl.-Ing., 70372 Stuttgart, DE;
Mayer, Christian, Dipl.-Kaufm., 72762 Reutlingen, DE;
Schulze, Matthias, Dipl.-Ing., 75417 Mühlacker, DE;
Schwarzhaupt, Andreas, Dr., 76829 Landau, DE;
Spiegelberg, Gernot, Dr., 71296 Heimsheim, DE
DE-Anmeldedatum 11.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004059739
Offenlegungstag 14.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.07.2005
IPC-Hauptklasse G05D 1/00
IPC-Nebenklasse B62D 6/00   B60T 8/00   B60R 16/02   
Zusammenfassung Das Steuerungssystem (1) für ein Fahrzeug (3) umfasst eine erste Signalverarbeitungsebene, die Vorgaben (5) für die Bewegung und/oder Manipulation des Fahrzeugs (3) in Sollwertsignale (6) umsetzt, und eine Signalkoordinierungsebene (8), die Sollwertsignale (6) in Ansteuersignale (9) für fahrzeugseitige Aktuatoren (10, 11) umsetzt und an die Aktuatoren weiterleitet.
Um bedarfsweise mit einfachen Mitteln die Einspeisung zusätzlicher Vorgaben zu ermöglichen, ist ein Vorgaberechner (15) vorgesehen, der Bewegungs- oder Manipulationsvorgaben in Vorgabewerte (18) umsetzt. Die Signalkoordinierungsebene (8) weist eine externe Schnittstelle (14) zum Anschluss des Vorgaberechners (15) auf. über die das Einspeisen der Vorgabewerte (18) erfolgt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug (3) der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Die Erfindung liegt also auf dem Gebiet des automatisierten Betriebs und der automatisierten Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere (Last-)Kraftwagen und betrifft ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug

  • – mit einer ersten Signalverarbeitungsebene, die Vorgaben für die Bewegung und/oder Manipulation des Fahrzeugs in Sollwertsignale umsetzt, und
  • – mit einer Signalkoordinierungsebene, die die Sollwertsignale in Ansteuersignale für fahrzeugseitige Aktuatoren umsetzt, die beispielsweise auf Bremsen, Motor und Getriebe zur Umsetzung der Vorgaben einwirken.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter derartigen Steuerungssystemen insbesondere so genannte X-By-Wire-Systeme verstanden, die eine Ansteuerung der auf die Fahrzeugbewegung einwirkenden Komponenten ohne unmittelbare mechanische Wirkverbindung ermöglichen. Bei solchen X-By-Wire-Systemen kann es sich beispielsweise um ein Brake-By-Wire handeln, bei dem keine mechanische Verbindung mehr zwischen dem Bremspedal und den den einzelnen Rädern zugeordneten Bremsen besteht. Die Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer wird mittels eines Sensormittels erfasst und ausgehend von dem durch das Sensormittel bereitgestellten Sensorwert werden die einzelnen Bremsen angesteuert. Ebenso kann es sich um ein Drive-By-Wire-System handeln, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen dem Fahrpedal und den Komponenten, mit denen u. a. die vom Motor abgegebene Leistung beeinflussbar ist, besteht. Mit anderen Worten: Die mit einem solchen System ausgerüsteten Fahrzeuge verfügen über einen elektrisch ansteuerbaren – und gegebenenfalls auch überwachbaren und kontrollierbaren – Antriebsstrang, auf dessen Aktuatoren mittels elektrischer Signale eingewirkt wird. Auch kann es sich um ein Steer-By-Wire-System handeln, bei dem kein mechanischer Durchgriff vom Lenkrad zu den lenkbaren Rädern besteht.

Ein Steuerungssystem der eingangs genannten Art ist zum Beispiel in der Deutschen Patentanmeldung DE 100 32 179 A1 beschrieben. Bei diesem Steuerungssystem werden durch den Fahrer – beispielsweise durch Betätigung des Bremspedals – Vorgaben erzeugt, wie sich das Fahrzeug zu verhalten oder zu bewegen hat. Diese Vorgaben werden in ein Sollwertsignal umgesetzt, das zunächst einer prediktiven Signalverarbeitungsebene und/oder anschließend einer reaktiven Signalverarbeitungsebene zugeleitet. In der prediktiven Signalverarbeitungsebene kann das Sollwertsignal bedarfsweise unter Berücksichtigung prognostizierter Einflüsse – beispielsweise einer dem Fahrweg vorausliegenden Kurve – korrigiert werden. Dies geschieht zum Beispiel im Sinne einer Geschwindigkeitsverminderung. In der reaktiven Signalverarbeitungsebene werden Systemfunktionen ausgeführt, die auf kritische Zustände des Fahrzeugs reagieren.

Danach wird das gegebenenfalls korrigierte Sollwertsignal einer als interner Schnittstelle fungierenden Koordinationsebene mit Signalverarbeitungsmodulen zugeführt, in denen die Umsetzung des Sollwertsignals in Ansteuersignale für die Aktuatoren erfolgt. Die Ansteuersignale werden von der Koordinationsebene einer Ausführungsebene zugeleitet, in der die Aktuatoren gemäß den Ansteuersignalen agieren.

Damit ist ein einfaches, modular aufgebautes Steuerungssystem geschaffen, bei dem – ohne den grundsätzlichen Aufbau des Systems verändern zu müssen – bedarfsweise auch Signalverarbeitungsebenen weggelassen werden können, wenn ihre Funktion nicht erforderlich ist. Eine einfache Einspeisung und/oder funktionelle Erweiterung des bekannten Steuerungssystem ist dagegen nicht möglich.

Zum allgemeinen Hintergrund sei noch auf die Europäische Patentanmeldung EP 297 811 A2 und das US-Patent US 5,029,088 verwiesen. In diesen Schriften wird beschrieben, ein Fahrzeug auf einer Bahn (oder Trajektorie) mit Hilfe von vorgegebenen Punkten automatisch zu steuern.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem insbesondere für automatisiert fahrende Lastkraftwagen zu schaffen, das bedarfsweise mit einfachen Mitteln die Einspeisung zusätzlicher Vorgaben ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Steuerungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäß wird ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen mit einer ersten Signalverarbeitungsebene, die Vorgaben für die Bewegung und/oder Manipulation des Fahrzeugs in Sollwertsignale umsetzt, und einer Signalkoordinierungsebene, die die Sollwertsignale in Ansteuersignale für fahrzeugseitige Aktuatoren umsetzt, die beispielsweise auf Bremsen, Motor und Getriebe zur Umsetzung der Vorgaben einwirken, wobei ein Vorgaberechner vorgesehen ist, der Bewegungs- oder Manipulationsvorgaben in Vorgabewerte umsetzt, in der Signalkoordinierungsebene eine externe Schnittstelle zum Anschluss des Vorgaberechners vorgesehen ist und das Einspeisen der Vorgabewerte in die Signalkoordinierungsebene über die externe Schnittstelle erfolgt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht unter anderem darin, einen Vorgaberechner vorzusehen, der zum Beispiel aus manuell eingegebenen Befehlen – beispielsweise Befehle wie „fahre langsamer", „fahre schneller", „fahre links", „fahre rechts" – Vorgabewerte generiert und diese in den vorhandenen Verarbeitungsstrang einspeist. Dazu ist der Verarbeitungsstrang mit einer externen Schnittstelle versehen, an die der Vorgaberechner anschließbar ist. Damit können die Aktuatoren durch die so generierten Vorgabewerte beeinflusst werden, ohne dass eine grundsätzliche Änderung des Steuerungssystems erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Vorgaberechner mit Signalen mehrerer Bewegungs- oder Manipulationsvorgaben liefernder Bedienelemente oder Sensoren beaufschlagt ist, wobei der Vorgaberechner selektiv nur einige der Signale verarbeitet. Bevorzugt kann der Vorgaberechner selektiv nur die Signale eines Bedienelements und/oder eines Sensors verarbeiten. Dies ist sowohl hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit als auch unter Sicherheitsaspekten vorteilhaft. So kann der Vorgaberechner in kritischen Situationen beispielsweise nur hoch-priorisierte Vorgabewerte verarbeiten.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können in dem Vorgaberechner weitere Signalverarbeitungsmodule enthalten sein, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren ermöglichen oder andere Fahrfunktionen steuern.

Dabei kann der Vorgaberechner eine Berechnung des Fahrweges und/oder eine Trajektorien-Ermittlung vornehmen und insoweit vorteilhafterweise die Funktion eines Bahnrechners übernehmen.

In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Fortbildung der Erfindung vor, dass eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, über die vom Fahrzeug zu überfahrende Fahrwegpunkte eingebbar sind. Dazu kann die Eingabevorrichtung eine Eingabeeinheit umfassen, die im Fahrzeug angeordnet ist, oder aber über eine Funkübertragungsstrecke mit der fahrzeugseitigen Eingabevorrichtung kommuniziert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 schematisch ein Steuerungssystem mit einem Vorgaberechner;

2 ein Vorgaberechner mit angeschlossenen Bedienelementen und Sensoren und

3 schematisch einen Fahrweg über vorgegebene Fahrwegpunkte.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.

1 zeigt schematisch ein Steuerungssystem 1, das in an sich aus der eingangs genannten DE 100 32 179 A1 bekannten Weise auf einen elektronischen Antriebsstrang 2 eines nur teilweise dargestellten Fahrzeugs 3 einwirkt. Bei diesem Steuerungssystem werden durch den Fahrer Vorgaben 5 erzeugt, wie sich das Fahrzeug zu verhalten hat. Diese Vorgaben werden in ein Sollwertsignal 6 umgesetzt, das – gegebenenfalls nach Korrektur auf zwischengeschalteten Ebenen – einer Signalkoordinierungsebene 8 zugeführt wird. Hier erfolgt eine Umsetzung des Sollwertsignals in Ansteuersignale 9 für Aktuatoren (zum Beispiel 10, 11). Die Ansteuersignale werden von der Koordinationsebene einer Ausführungsebene 12 zugeleitet, in der die Ansteuersignale von den Aktuatoren ausgeführt werden. Bei den Aktuatoren handelt es beispielsweise um Aktuatoren 10, die auf die Bremsen einwirken und/oder um Aktuatoren 11, die auf den Motor einwirken und/oder um solche Aktuatoren, die in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, und die auf das Getriebe einwirken.

Die Signalkoordinierungsebene 8 weist eine externe Schnittstelle 14 auf, an die gemäß genormter Schnittstellenspezifikationen ein Vorgaberechner 15 angeschlossen ist. Der Vorgaberechner 15 hat Eingabemöglichkeiten 16, auf die im Nachfolgenden noch näher eingegangen wird und generiert bedarfsweise Bewegungswünsche in Form von Vorgabewerten 18. Die Vorgabewerte werden in der Signalkoordinierungsebene 8 in entsprechende Ansteuersignale umgesetzt und auf den vorbeschriebenen Pfaden den Aktuatoren zur Ausführung zugeführt.

Gemäß 2 sind an den Vorgaberechner 15 verschiedene Eingabemöglichkeiten, nämlich Bedienelemente (beispielhaft sind ein Lenkrad 19, Fahrpedal 20 und Bremspedal 21 sowie ein Joystick 22 gezeigt) und Sensoren (beispielhaft ist ein optischer Sensor 24 gezeigt) angeschlossen. Der Vorgaberechner ist mit den Ausgangssignalen der Bedienelemente oder Sensoren beaufschlagt und verarbeitet diese zur Generierung von Vorgabewerten weiter. Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist der Vorgaberechner selektiv mit den Signalen nur einzelner Bedienelemente oder Sensoren beaufschlagbar; dies kann dadurch realisiert sein, dass der Vorgaberechner nur jeweils ein (oder mehrere ausgewählte) Signale akzeptiert bzw. zur Weiterverarbeitung annimmt. Dies ist in der Figur schematisch durch Trennungen bzw. Freigaben 25 angedeutet; diese können dadurch realisiert sein, dass nur das jeweils zur Verarbeitung vorgesehene (priorisierte) Softwaremodul geladen oder freigeschaltet ist.

In dem Vorgaberechner können auch noch zusätzliche Softwaremodule geladen sein, die nicht nur das manuelle Fahren über die Bedienelemente erlauben, sondern auch ein teil-autonomes oder autonomes Fahren. Es ist auch möglich, dem Vorgaberechner die Berechnung einer zu fahrenden Bahn zu übertragen oder die dazu notwendigen Trajektorien ermitteln zu lassen. Dazu werden wie in 3 schematisch gezeigt über eine Eingabeeinheit oder per Funk über eine Funkübertragungsstrecke 28 dem Rechner des Fahrzeugs 29 die entsprechend des gewünschten Fahrweges 30 zu überfahrenden Fahrwegpunkte 31, 32, 33, 34 übermittelt.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.


Anspruch[de]
  1. Steuerungssystem (1) für ein Fahrzeug (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,

    mit einer ersten Signalverarbeitungsebene, die Vorgaben (5) für die Bewegung und/oder Manipulation des Fahrzeugs (3) in Sollwertsignale (6) umsetzt, und

    mit einer Signalkoordinierungsebene (8), die die Sollwertsignale (6) in Ansteuersignale (9) für fahrzeugseitige Aktuatoren (10, 11) umsetzt, die beispielsweise auf Bremsen, Motor und Getriebe zur Umsetzung der Vorgaben einwirken,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass ein Vorgaberechner (15) vorgesehen ist, der Bewegungs- und/oder Manipulationsvorgaben in Vorgabewerte (18) umsetzt,

    dass in der Signalkoordinierungsebene (8) eine externe Schnittstelle (14) zum Anschluss des Vorgaberechners (15) vorgesehen ist und

    dass das Einspeisen der Vorgabewerte (18) in die Signalkoordinierungsebene (8) über die externe Schnittstelle (14) erfolgt.
  2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgaberechner (15) mit Signalen mehrerer Bewegungs- oder Manipulationsvorgaben liefernder Bedienelemente (19, 20, 21, 22) oder Sensoren (24) beaufschlagt ist, wobei der Vorgaberechner (15) selektiv nur einige der Signale verarbeitet.
  3. Steuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgaberechner (15) selektiv nur die Signale eines Bedienelements (21) oder eines Sensors (24) verarbeitet.
  4. Steuerungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Vorgaberechner (15) weitere Signalverarbeitungsmodule geladen sind, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren ermöglichen.
  5. Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgaberechner (15) eine Berechnung des Fahrweges (30) und/oder eine Trajektorien-Ermittlung vornimmt.
  6. Steuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, über die vom Fahrzeug (29) zu überfahrenden Fahrwegpunkte (31, 32, 33, 34) eingebbar sind.
  7. Steuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung eine Funkübertragungsstrecke (28) zu dem Fahrzeug umfasst.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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