DE102004012144A1

DE102004012144A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken des Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004012144A1
Application number: DE200410012144
Authority: DE
Inventors: Boris Dr. Buschardt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-13
Also published as: DE102004012144B4

Abstract

In gewissen Fahrsituationen liefern Lenkunterstützungssysteme unbefriedigende Ergebnisse. Daher ist vorgesehen, für die Berechnung eines unterstützenden Lenkmoments in einer Berechnungseinheit (12) zusätzliche Signale einer Umfeldsensorik (11) und einer Fahrzeugsensorik (15) zu berücksichtigen. Ein Klassifikator (14) erkennt anhand dieser Signale vorgegebene Fahrsituationen, so dass die unterstützenden Lenkmomente entsprechend variiert werden können. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem Spurwechsel das unterstützende Drehmoment unmittelbar beim Überfahren der Fahrspurmarkierung auf Null gesetzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs durch Erfassen einer Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrspur und Erzeugen eines Drehmoments in Abhängigkeit von der Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs für einen Lenkmechanismus, so dass das Kraftfahrzeug in der Fahrspur gehalten werden kann. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Unterstützen des Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs.

Beim Lenken eines Kraftfahrzeugs kann der Fahrer durch unterschiedliche Systeme unterstützt werden. Typische Beispiele derartiger Systeme sind Autopiloten, Abstandswarner und dergleichen. Ziel insbesondere der Autopiloten (Heading control) ist es, das Fahrzeug in einer Spur zu halten. Hierzu ist es notwendig, zunächst die Fahrspur mit einer geeigneten Sensorik, in der Regel einer Videosensorik zu erkennen. Des Weiteren ist es notwendig, die Position und Richtung des Fahrzeugs in der Fahrspur zu erfassen. Dies bedeutet, dass der Winkel des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahnmarkierung und eine Querabweichung des Fahrzeugs von einer Sollspur detektiert werden muss.

Mit Hilfe eines Lenkunterstützungssystems wird dann auf der Grundlage der detektierten Position und Richtung des Fahrzeugs ein Lenkmoment erzeugt, das dem vom Fahrer erzeugten Lenkmoment überlagert wird. Hierfür ist das Lenkunterstützungssystem so ausgelegt, dass mit dem automatisch erzeugten Lenkmoment das Einhalten einer Fahrspur bzw. eines Sollkurses innerhalb der Fahrspur unterstützt wird.

Ein derartiges Lenkunterstützungssystem ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 184 254 bekannt. Mit dem dort beschriebenen System kann das Fahrzeug in einem automatischen Lenkmodus betrieben werden. Der Fahrer hat jedoch die Möglichkeit, manuell in den automatischen Betrieb einzugreifen. Diese manuelle Intervention wird automatisch erkannt und das durch den Automatikbetrieb erzeugte Lenkmoment wird kontinuierlich reduziert. Das abrupte Abschalten des automatisch erzeugten Lenkmoments würde der Fahrer als störend empfinden. Zum graduellen Reduzieren des Drehmoments wird der Steuerstrom zum Erzeugen des Drehmoments mit Hilfe eines Tiefpassfilters gefiltert. Durch die fehlenden hochfrequenten Anteile werden Drehmomentsprünge vermieden.

Die derzeit bekannten Lenkunterstützungssysteme besitzen generell den Nachteil, dass sie in zahlreichen Fahrsituationen für den Fahrer unangenehm in das Fahrgeschehen eingreifen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mit denen typische Fahrsituationen beim Erzeugen eines automatischen Lenkmoments besser berücksichtigt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs durch Erfassen eines ersten Umfeldwertes betreffend eine Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrspur und Erzeugen eines Drehmoments in Abhängigkeit von dem ersten Umfeldwert für einen Lenkmechanismus, so dass das Kraftfahrzeug in der Fahrspur gehalten wird sowie Erfassen eines zweiten Umfeldwerts und/oder eines Fahrzeugswerts, die von einem Lenkmoment des Lenkmechanismus unabhängig sind, und Erzeugen des Drehmoments in Abhängigkeit von dem zweiten Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen eines ersten Umfeldwerts betreffend eine Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrspur und einer Drehmomenterzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Drehmoments für einen Lenkmechanismus unter Berücksichtigung des ersten Um feldwerts, wobei das Kraftfahrzeug mit Hilfe des erzeugten Drehmoments in der Fahrspur haltbar ist, und wobei mit der Sensoreinrichtung zusätzlich ein zweiter Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert, die/der von einem Lenkmoment des Lenkmechanismus unabhängig sind/ist, erfassbar ist, so dass mit der Drehmomenterzeugungseinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem zweiten Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert erzeugbar ist. Der erste Umfeldwert kann dabei eine mehrdimensionale Größe, beispielsweise umfassend Richtung und Position des Fahrzeugs in der Fahrspur, darstellen. Ebenso kann der zweite Umfeldwert mehrdimensional sein.

In vorteilhafter Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise möglich, ein automatisch erzeugtes Drehmoment in den Lenkmechanismus „schleichend" ein- und auszukoppeln, wenn die Spur bei der Spurerkennung verloren und anschließend wieder gefunden wird. Dies ist z.B. der Fall, wenn die Spurmarkierung bei einer starken Kurve aus dem Erfassungswinkel einer Videokamera gerät und infolge dessen die Spurerkennungsgüte unter ein zulässiges Maß sinkt.

Vorzugsweise umfasst der zweite Umfeldwert, der erfindungsgemäß zusätzlich für die Lenkunterstützung berücksichtigt wird, eine Bildverarbeitungsinformation. Damit können zahlreiche Daten, die unter Umständen im Fahrzeug bereits ohnehin vorhanden sind, auch für die Lenkunterstützung ausgenutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der zweite Umfeldwert eine Spurwechselinformation umfasst und das automatisch generierte Drehmoment bei einem Spurwechsel auf Null reduziert wird. Damit wird vermieden, dass am Rand der einen Spur ein hohes Überlagerungsdrehmoment in die eine Richtung und in der angrenzenden Spur ein hohes Überlagerungsdrehmoment in die andere Richtung und somit ein Drehmomentensprung beim Überfahren der Spurmarkierung erzeugt wird.

Der zweite Umfeldwert kann darüber hinaus eine Spurbreite, eine Spurbreitenänderung und/oder eine Fahrbahnkrümmung umfassen. Damit kann den Situationen Rechnung getragen werden, in denen die Spurerkennung infolge zu geringer Güte oder völligen Fehlens von Fahrbahnmarkierungen abgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass auch Größen, die nicht unmittelbar mit dem Fahrzeug in Zusammenhang stehen, in die Drehmomentenerzeugung Eingang finden.

Der Fahrzeugwert kann insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit, eine Spurerkennungsgüte, einen Lenkradwinkel, eine Lenkgeschwindigkeit, eine Gaspedalstellung, eine Bremspedalstellung, einen Gierwinkelfehler, einen Blinkerzustand und/oder einen Fahrdynamikregelungswert umfassen. Dies bedeutet, dass situationsbedingt auch unmittelbare Fahrzeugsignale zur Erzeugung des Drehmoments herangezogen werden können. Wenn beispielsweise der Fahrer einen Spurwechsel vornehmen will und den Blinker betätigt, so kann das automatisch erzeugte Drehmoment zum Halten des Fahrzeugs in der Spurmitte kontinuierlich auf Null reduziert werden, so dass der Fahrer nicht gegen das automatisch erzeugte Drehmoment bzw. Überlagerungsmoment den Spurwechsel vornehmen muss.

Generell ist es erfindungsgemäß möglich, Drehmomentsprünge, die sich beim zeitlichen Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit einer beliebigen Situation oder eines Fahrzeugssignals ergeben, durch eine beliebige kontinuierliche Funktion zu ersetzen. Dies fördert die Akzeptanz von Lenkunterstützungssystemen. Gleiches wird durch eine Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit des Drehmoments erreicht.

Der zweite Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert kann für die Erzeugung des Drehmoments klassifiziert werden. Die Klassifikation hat den Vorteil, dass nur bestimmte Umfeldwerte oder Fahrzeugwerte, die eine vorgegebene Situation kennzeichnen, Einfluss auf die Drehmomentenerzeugung haben. So ist es beispielsweise möglich, in einem Klassifikator spezielle Schwellwerte zu setzen, die Grenzwerte darstellen, ab denen eine Beeinflussung des Drehmoments stattfinden soll.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass eine Hysteresefunktion benutzt wird, um das Drehmoment in Abhängigkeit des zweiten Umfeldwerts und/oder Fahrzeugwerts zu erzeugen. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich kleinere Änderungen des zweiten Umfeldwerts und/oder Fahrzeugwerts gerade in einem Übergangsbereich zu sehr auf das Drehmoment auswirken.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine zweispurige Fahrbahn und eine Momentenverlaufsfunktion und
2 ein Blockschaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Lenkunterstützungsvorrichtung.
Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Der Fahrer eines Kraftfahrzeugs, das über ein Lenkunterstützungssystem verfügt, will einen Spurwechsel vornehmen. Er wechselt von der in 1 dargestellten linken Spur 1 in die benachbarte, rechte Spur 2. Die Spur 1 ist durch die Fahrspurmarkierungen 3 und 4, und die Spur 2 durch die Fahrspurmarkierungen 4 und 5 begrenzt. In der Mitte jeder Fahrspur 1, 2 ist jeweils eine Solllinie 6, 7 eingezeichnet, auf der sich das Fahrzeug in der jeweiligen Spur 1, 2 idealerweise bewegen sollte. Je nach Querabweichung Q von der Solllinie 6, 7 wird das Lenkunterstützungssystem ein entsprechendes Überlagerungsdrehmoment erzeugen, um das Fahrzeug wieder auf die Sollspur zurückzuführen.
Im unteren Bereich von 1 ist ein Drehmomentenverlauf dargestellt, der erfindungsgemäß in Abhängigkeit der Position des Fahrzeugs auf den jeweiligen Spuren 1 und 2 erzeugt wird. In der linken Fahrspur 1 wird links von der Mittel- bzw. Solllinie 6 ein negatives Drehmoment erzeugt, das das Fahrzeug nach rechts auf die Solllinie 6 führen soll. Rechts von der Solllinie 6 hingegen wird ein positives Drehmoment als Überlagerungsmoment erzeugt, um das Fahrzeug nach links auf die Solllinie 6 zu führen. Unmittelbar auf der Solllinie 6 wird kein Überlagerungsmoment erzeugt, da sich das Fahrzeug hier auf der Solllinie bewegt. Der gleiche Momentenverlauf ergibt sich für die rechte Fahrspur 2 links und rechts von der Solllinie 7.
Im Bereich der Fahrspurmarkierung 4, die die beiden Fahrspuren 1 und 2 trennt, ergäbe sich ein Drehmomentensprung 8. Links der Fahrspurmarkierung 4 würde das Fahrzeug mit einem hohen Überlagerungsmoment in die linke Spur 1 und rechts der Fahrspurmarkierung 4 mit einem hohen entgegengesetzten Drehmoment in die rechte Fahrspur 2 geführt werden (vgl. gestrichelte Linie). Erfindungsgemäß wird der Fahrspurwechsel zur Drehmomentenerzeugung berücksichtigt und der Drehmomentensprung 8 durch einen stetigen Funktionsabschnitt 9 ersetzt. In ihm sinkt das Drehmoment vor zugsweise zunächst auf Null ab. Anschließend verläuft es im Bereich der Fahrspurmarkierung 4 auf der Nulllinie. Schließlich sinkt es stetig auf einen negativen Höchstwert ab, um im Anschluss wieder stetig in der Fahrspur 2 zu steigen. Damit wird dem Willen des Fahrers rechtzeitig vor Verlassen der Spur 1 Rechnung getragen, und das überlagerte Drehmoment nimmt kontinuierlich ab.
Die Drehmomentfunktionen innerhalb der Spuren 1 und 2, aber auch der Funktionsabschnitt 9 sind im vorliegenden Beispiel als lineare Funktionen dargestellt. Die Drehmomentenverläufe sind aber auch durch beliebige andere Funktionen realisierbar. Wesentlich ist nur, dass die Situation des Fahrspurwechsels in dem Drehmomentenverlauf Niederschlag findet. Günstigerweise sollte dabei das Überlagerungsdrehmoment M im Bereich der Fahrspurmarkierung 4 zwischen beiden Fahrspuren 1 und 2 Null sein.
Ein prinzipielles Blockschaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Lenkunterstützungsvorrichtung ist in 2 schematisch wiedergegeben. Mit Hilfe einer Umfeldsensorik 11 wird der Winkel des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahnmarkierung 3, 4 , 5 und die Querabweichung des Fahrzeugs von einer Solllinie 6, 7 als erster Umfeldwert, erfasst. Auf Grund dieser Werte bzw. dieses zweidimensionalen Wertes wird mit Hilfe einer Momentenberechnungseinheit 12 ein entsprechendes Überlagerungsdrehmoment berechnet, mit dem das Fahrzeug wieder auf die Solllinie 6, 7 zurückgeführt werden soll.
Mit der Umfeldsensorikeinheit 11 werden darüber hinaus weitere Umfelddaten erfasst, die für die Momentenberechnung berücksichtigt werden sollen. Die Umfeldsensorik 11 weist beispielsweise eine Videokamera auf, mit der Fahrspurmarkierungen aufgenommen werden können. Die zweiten bzw. weiteren Umfelddaten werden an einen Klassifikator 14 gesendet, der diese auswertet und ein entsprechendes Auswerteergebnis an die Momentenberechnungseinheit 12 weitergibt. Aus der Position der Spurmarkierungen und gegebenenfalls anderer Eingangsgrößen kann der Klassifikator 14 beispielsweise die Situation erkennen, dass der Fahrer einen Spurwechsel vornehmen will. Mit dieser Information lässt sich nun der allein auf Grund der Positionsdaten der Umfeldsensorik 11 ermittelte Drehmomentenverlauf in der Momentenberechnungseinheit 12 abändern. Auf diese Weise kann beispielsweise die Lenkunterstützung in den Situationen „zu niedrige Geschwindigkeit", „Kurve zu eng", „Straße zu schmal" und „Spurerkennung zu schlecht" abgeschaltet werden. Auch hier empfiehlt es sich, das Überlagerungsdrehmoment kontinuierlich auszukoppeln.
Mit einer weiteren Sensorik, nämlich der Fahrzeugsensorik 15 können auch fahrzeuginterne Daten für die Erzeugung des Überlagerungsdrehmoments berücksichtigt werden. Die erfassten Fahrzeugsignale, wie beispielsweise das Setzen eines Blinkers, das Betätigen eines Gas- oder Bremspedals und dergleichen, werden ebenfalls an den Klassifikator 14 weitergeleitet, um eine Situation zu erkennen, die ein Drehmomentbeeinflussung erfordert. Die erfassten Fahrzeugsignale bzw. -werte können auch direkt an die Momentenberechnungseinheit 12 weitergeleitet werden.
Der Momentenberechnungseinheit 12 ist ein sogenannter „rate limiter" 16 nachgeschaltet. Er überprüft das aus der Momentenberechnungseinheit resultierende Drehmoment hinsichtlich zu hoher Änderungsgeschwindigkeiten. Rasche Drehmomentänderungen bzw. Momentensprünge können beispielsweise auftreten, wenn der Drehmomentenverlauf in Situationen, die keine Standardsituationen darstellen, nicht ausreichend, durch den Klassifikator 14 einschließlich der Umfeldsensorik 11 und der Fahrzeugsensorik 14 beeinflusst werden. Der rate limiter 16 reduziert dann die Drehmomentänderungsgeschwindigkeit durch Einsatz einer entsprechenden Drehmomentenverlaufsfunktion.
Das Ausgangssignal des rate limiter 16 wird an eine Motorsteuerung 17 zur Erzeugung eines Drehmoments für die Lenkunterstützung weitergeleitet. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch auch auf den rate limiter 16 verzichtet und das von der Momentenberechnungseinheit 12 ermittelte Drehmoment unmittelbar von der Motorsteuerung 17 weiterverarbeitet werden.

Claims

Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs durch – Erfassen eines ersten Umfeldwertes betreffend eine Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrspur (1, 2) und – Erzeugen eines Drehmoments in Abhängigkeit von dem ersten Umfeldwert für einen Lenkmechanismus, so dass das Kraftfahrzeug in der Fahrspur (1, 2) gehalten wird gekennzeichnet durch – Erfassen eines zweiten Umfeldwerts und/oder eines Fahrzeugswerts, die von einem Lenkmoment des Lenkmechanismus unabhängig sind, und – Erzeugen des Drehmoments in Abhängigkeit von dem zweiten Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Drehmomentsprünge (8) des erzeugten Drehmoments reduziert oder vermieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Umfeldwert und/oder der Fahrzeugwert für die Erzeugung des Drehmoments klassifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Umfeldwert eine Bildverarbeitungsinformation umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Umfeldwert eine Spurwechselinformation umfasst und das Drehmoment bei einem Spurwechsel auf Null reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Umfeldwert eine Spurbreite, eine Spurbreitenänderung und/oder eine Fahrbahnkrümmung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrzeugwert eine Fahrgeschwindigkeit, eine Spurerkennungsgüte, einen Lenkradwinkel, eine Lenkgeschwindigkeit, eine Gaspedalstellung, eine Bremspedalstellung, einen Gierwinkelfehler, einen Blinkerzustand und/oder einen Fahrdynamikregelungswert umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erzeugung des Drehmoments in Abhängigkeit des zweiten Umfeldwerts . und/oder Fahrzeugswerts eine Hysteresefunktion verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des erzeugten Drehmoments begrenzt wird.
Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers beim Lenken eines Kraftfahrzeugs mit – einer Sensoreinrichtung (11, 15) zum Erfassen eines ersten Umfeldwerts betreffend eine Richtung und/oder Position des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrspur (1, 2) und – einer Drehmomenterzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Drehmoments für einen Lenkmechanismus unter Berücksichtigung des ersten Umfeldwerts, wobei das Kraftfahrzeug mit Hilfe des erzeugten Drehmoments in der Fahrspur (1, 2) haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mit der Sensoreinrichtung (11, 15) zusätzlich ein zweiter Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert, die/der von einem Lenkmoment des Lenkmechanismus unabhängig sind/ist, erfassbar ist, so dass mit – der Drehmomenterzeugungseinrichtung das Drehmoment in Abhängigkeit von dem zweiten Umfeldwert und/oder Fahrzeugwert erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei mit Hilfe der Drehmomenterzeugungseinrichtung Drehmomentsprünge (8) des erzeugten Dreh moments reduzierbar oder vermeidbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, mit weiterhin einer Klassifikationseinrichtung (14) zum Klassifizieren des zweiten Umfeldwerts und/oder Fahrzeugwerts für die Erzeugung des Drehmoments.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Sensoreinrichtung (11, 15) eine Bildverarbeitungseinrichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Sensoreinrichtung (11, 15) zum Gewinnen einer Spurwechselinformation ausgelegt ist und mit Hilfe der Drehmomenterzeugungseinrichtung bei einem Spurwechsel das erzeugte Drehmoment auf den Wert Null reduzierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei mit Hilfe der Sensoreinrichtung (11, 15) eine Spurbreite, eine Spurbreitenänderung und/oder eine Fahrbahnkrümmung als zweiter Umfeldwert erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei mit der Sensoreinrichtung (11, 15) eine Fahrgeschwindigkeit, eine Spurerkennungsgüte, ein Lenkradwinkel, eine Lenkgeschwindigkeit, eine Gaspedalstellung, eine Bremspedalstellung, ein Gierwinkelfehler, ein Blinkerzustand und/oder ein Fahrdynamikregelungswert als Fahrzeugwert erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei in die Drehmomenterzeugungseinrichtung eine Hysteresefunktion implementiert ist, mit der das Drehmoment in Abhängigkeit des zweiten Umfeldwerts und/oder Fahrzeugwerts erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei mit der Drehmomenterzeugungseinrichtung die Änderungsgeschwindigkeit des erzeugten Drehmoments begrenzbar ist.