Fahrerassistenzsysteme bei der BMW Group

Transkript

1 Dr.-Ing. Carsten Haß Entwicklung Fahrdynamik Regelungstechnisches Kolloquium, Dortmund

2 Seite 2 Übersicht 1. Einführung 2. ACC und ACC Stop&Go 3. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge 4. Ausbildung und Praxis 5. Zusammenfassung

3 Seite 3 Einführung 1.1 Definition und Ziele Mit Freude fahren dynamisch komfortabel kontrolliert herausfordernd ohne Frust ohne Gefährdung ohne Langeweile ohne Anspannung Für Freude Raum schaffen

4 Seite 4 Voraussetzungen Passives Fahrwerk Lenkung Bremsen Stabilisatoren Dämpfer Federn Antrieb Passives Fahrwerk + Fahrwerksregelsysteme Fahrsituative Anpassung von Fahrwerksparametern Aktive Stelleingriffe

5 Seite 5 Klassifizierung von Funktionen A. Fahrdynamik-Funktionen Erschließung von zusätzlichen Potentialen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs durch permanent wirkende Funktionen B. Fahrzeugführungs-Funktionen Assistenz des Fahrers Führung des Fahrzeugs bei bestimmten Fahraufgaben durch geeignete Meldungen oder aktive Stelleingriffe C. Aktive Sicherheits- und Stabilisierungs-Funktionen Assistenz des Fahrers in kritischen Fahrsituationen durch geeignete Warnung oder aktive Stelleingriffe

6 Seite 6 Arten der Assistenz A. Delegation von Fahraufgaben Automatische Abstandshaltung Rangierfunktionen B. Erweiterung der sensorischen Fähigkeiten Navigationsfunktionen Adaptive Curve Light Zuschaltbare Funktionen, wenn vom Fahrer gewünscht C. Steigerung der Fahrzeugkontrolle Verhinderung von Kollisionen Stabilisierungs- und Traktionsfunktionen Unfallfolgenreduktion Im Hintergrund dauernd arbeitende Funktionen

7 Seite 7 Funktions- und Signalstruktur Umwelt Fahrer Sensorik Sensorik Fahrzeug Sollwertbildung Fahrzeugführungsfunktion - Fzg. geschwindigkeit,... Regler Sollwertbildung Vorsteuerung - Regler Aktuatorregelung - Regler Sensorik Aktuatorik Position, Drehzahl,... Sensorik Fahrdynamikfunktion und aktive Sicherheitsfunktionen Gierrate, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen,...

8 Seite 8 Übersicht 1. Einführung 2. ACC und ACC Stop&Go 3. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge 4. Ausbildung und Praxis 5. Zusammenfassung

9 Seite 9 ACC, Zielsetzung Automatische Führung des Fahrzeugs in Längsrichtung auf Autobahnen und gut ausgebauten Landstraßen

10 Seite 10 Aufgaben 1 Vermessung 2 Umweltinterpretation 3 Situationsadaptive Regelung 4 Ansteuerung der Bremse und des Antriebs

11 Seite 11 Vermessung y Reflexpunkte d Fernbereichsradar Verkehrssituation Kontext über die Umwelt Semantik der Dinge Erfahrung über Umweltsituation und weitere Entwicklung Radarsicht Kontextlos Reflexpunkte Modellwissen Geisterreflexe Messrauschen

12 Seite 12 FMCW-Radar frequency f transmitted frequency ramps 1 and 2 received frequency A spectrum of ramp 1 s = const. frequency f ~ dt = 2s/c df 1 df2 time t A A df 1 df 2 df spectrum of ramp 2 -df s = const. df 1 df 2 A df 1 df ~ dt = 2s/c time t df 2 -df frequency f f D A f D v rel < 0 f D = -2v rel *f 0 /c f 0 = center transmitter frequency c = speed of light ~ dt = 2s/c df 1 df 2 time t A df 1 f D df 2 df -df

13 Seite 13 Kriterien für die Umweltinterpretation Wird eine Situation vom System genauso interpretiert wie vom Fahrer Transparenz Wird ein Fahrzeug irgendwo im zukünftigen Fahrweg liegen Kollisionsrelevanz Liegt ein Fahrzeug irgendwo im zukünftigen Fahrweg Kursrelevanz

14 Seite 14 Kursprädiktion Bestimmung der Spur des Fahrzeuges Verwendung der Spur zur Prädiktion des Kurses Kurswinkel ϑ Kurs Fahrbahn Spur

15 Seite 15 Modellgestützte Spurbestimmung Winkelbeziehungen Einspurmodell Kurswinkel ϑ Gierwinkel ψ Schwimmwinkel β Lenkwinkel δ gemessener Lenkwinkel Fahrzeug gemessene Gierrate δ ψ& Radius r Mit der Geschwindigkeit vgilt: ϑ & = ψ& & β = v r Fahrzeugmodell & ˆ β = f1 + k1e ψ& ˆ = f + k e 2 Schätzfehler ( v, δ ) ( v, δ ) 2 e - ψˆ& geschätzte Gierrate

16 Seite 16 Grenzen und Erweiterungen Grenzen Prädiktion liefert wahrscheinlichsten Kurs bei gegebenen Hypothesen Prinzipielle Grenzen, da Fahrerverhalten nicht vollständig bekannt Erweiterung: Datenfusion Erweiterung durch Fusion mit Navigationssystem Erweiterung durch Fusion mit Kamerafahrstreifenerkennung Verbesserung der Modelle durch Berücksichtigung des Fahrerverhaltens

17 Seite 17 ACC, Funktion und Technik Geschwindigkeitsregelung und automatische Abstandsanpassung in Folgefahrt Wunschgeschwindigkeit wird bei freier Fahrt vom Fahrzeug selbsttätig gehalten Geschwindigkeitsbereich km/h Einsatzgebiet: Landstrassen / Autobahnen

18 Seite 18 ACC Stop&Go, Funktion und Technik Geschwindigkeitsregelung km/h mit Anpassung an aktuellen Verkehrsfluss Folgefahren im Stop&Go Verkehr Situationsangepasste Dynamik Einsatzgebiet: Landstrassen / Autobahnen Abstandsgeregelter Bremsassistent Reduzierung von Brems- und Anhalteweg

19 Seite 19 Übersicht 1. Einführung 2. ACC und ACC Stop&Go 3. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge 4. Ausbildung und Praxis 5. Zusammenfassung

20 Seite 20 Entwurf und Implementierung Regelungs-/Steuerungs-Konzeptentwicklung Rapid Prototyping/Simulation Codierung Abstimmung und Absicherung

21 Seite 21 Fahrzeugmodelle und ihre Eigenschaften Einspurmodell Zweispurmodell Mehr-Körper-System-Modell 3 Freiheitsgrade 16 Freiheitsgrade ebene Translation, Gieren 180 Freiheitsgrade Wanken, Nicken, Vertikalbewegungen, Bew. Lenkstrang Komponentenbewegungen < ca. 2 Hz < ca. 4 Hz < ca Hz

22 Seite 22 Anwendung der Fahrzeugmodelle Einspurmodell Einspurmodell Einspurmodell Zweispurmodell MKS- Modell Auslegung Komponenten und Algorithmen Software-Tests Hardware-Tests Funktionsuntersuchung Referenzbildung Konzeptentwurfund analyse Fahrsimulator Software in the Loop Simulation Hardware in the Loop Simulation Fahrbetrieb Offline Realtime

23 Seite 23 Übersicht 1. Einführung 2. ACC und ACC Stop&Go 3. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge 4. Ausbildung und Praxis 5. Zusammenfassung

24 Seite 24 Ausbildung und Praxis Koordination Projektmanagement, Steuerungskompetenz Fahrkompetenz, Beurteilungskompetenz System Software-Spezifikation und Programmierung Fahrwerktechnik, Fahrdynamik Mechanik, Hydraulik Signalverarbeitung Kommunikation Elektrik, Elektronik, (Antriebe, Sensoren) Konstruktion, Berechnung Funktion Regelungstechnik, Modellbildung, Systemdynamik, Simulation, Methodenkompetenz Matlab / Simulink, dspace

25 Seite 25 Übersicht 1. Einführung 2. ACC und ACC Stop&Go 3. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge 4. Ausbildung und Praxis 5. Zusammenfassung

26 Seite 26 Zusammenfassung 1. Fahrerassistenzsysteme steigern u.a. die Kompetenz des Fahrers und befreien den Fahrer von lästigen Aufgaben 2. Ziel der Präsentation ist die Darstellung der Aufgaben und Ziele der Fahrerassistenz, der Technik und Funktion beispielhaft anhand ACC und ACC Stop&Go, der Entwicklungsmethoden, der notwendigen Ausbildung für die Praxis.

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