DE102004039142A1

DE102004039142A1 - Spurhalteassistenzsystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004039142A1
Application number: DE102004039142A
Authority: DE
Inventors: Michael Scherl; Michael Weilkes; Lutz Buerkle; Tobias Rentschler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung, DOLLAR A - bei dem wenigstens eine mit dem Abstand des Fahrzeugs zur Fahrspurberandung zusammenhängende Spurführungsgröße für das Kraftfahrzeug ermittelt wird und DOLLAR A - abhängig von der Spurführungsgröße ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment auf das Lenkrad ausgeübt wird. DOLLAR A Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Spurführungsgröße ein Maß für diejenige Zeit ist, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung.
Systeme zur Spurverlassenswarnung (LDW = „lane departure warning"), bei denen der Fahrer eines Kraftfahrzeugs akustisch vor dem Verlassen der Fahrspur gewarnt wird, sind inzwischen insbesondere aus dem Nutzfahrzeugbereich bekannt. Solche Systeme basieren üblicherweise auf dem „time-to-lane-crossing"-Ansatz. Unter der Zeit TLC (TLC = „time-to-lane-crossing") versteht man dabei diejenige Zeitdauer, welche ein Fahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Verlassen der Fahrspur benötigen würde. Wird ein kritischer Wert für TLC unterschritten, führt dies bei einem LDW-System zur Warnung des Fahrers.
Neben LDW-Systemen sind auch Systeme bekannt, die den Fahrer durch gerichtete Führungsmomente beim Halten des Fahrzeugs in der Fahrspur aktiv unterstützen. Diese Systeme werden als LKS-Systeme bezeichnet (LKS = „lane keeping support").

Aus der DE 101 14 470 A1 ist eine Spurhalteregeleinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einer Senscreinrichtung zur Erfassung einer Fahrspurspur, einem Lenkungsregler zur Auswertung von Signalen der Sensoreinrichtung und zur Ausgabe von Lenkbefehlen an ein Lenkungsstellglied.

Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 101 14 470 A1 entnommen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung,

– bei dem wenigstens eine mit dem Abstand des Fahrzeugs zur Fahrspurberandung zusammenhängende Spurführungsgröße bzw. Spurführungskenngröße für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, und
– abhängig von der Spurführungsgröße bzw. Spurführungskenngröße ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment auf das Lenkrad ausgeübt wird.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Spurführungsgröße bzw. Spurführungskenngröße ein Maß für diejenige Zeit ist, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

– dass als linksseitige Randkollisionsgröße ein Maß für diejenige Zeit ermittelt wird, nach welcher das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands die linke Fahrspurberandung erreicht,
– dass als rechtsseitige Randkollisionsgröße ein Maß für diejenige Zeit ermittelt wird, nach welcher das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands die rechte Fahrspurberandung erreicht,
– dass als Spurführungsgröße diejenige Randkollisionsgröße ausgewählt wird, deren zugeordnete Zeit bis zum Erreichen der Fahrspurberandung geringer ist.

Damit wird auf einfache Weise ermittelt, welcher Fahrspurberandung sich das Fahrzeug momentan nähert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des fahrerunabhängigen Lenkradmoments derart ist, dass

– ein nach rechts gerichteter Lenkvorgang unterstützt wird, wenn die linksseitige Randkollisionsgröße als Spurführungsgröße gewählt wird und
– ein nach links gerichteter Lenkvorgang unterstützt wird, wenn die rechtsseitige Randkollisionsgröße als Spurführungsgröße gewählt wird.

Dadurch wird das Fahrzeug stets von derjenigen Seite weggelenkt, mit deren Berandung Kollisionsgefahr besteht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Lenkradmoments geringer als das für eine Drehbewegung des Lenkrads erforderliche Mindestdrehmoment ist. Damit wird ein eigenständiges Drehen des Lenkrads und eine Bevormundung des Fahrers vermieden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Abnahme derjenigen Zeit, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt, der Betrag des Lenkradmoments anwächst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spurführungsgröße wenigstens aus

– dem Lenkwinkel,
– den aktuellen fahrdynamischen Daten,
– dem von einer Fahrspurerkennung ermittelten aktuellen Fahrspurverlauf sowie der Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur

ermittelt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fahrspurerkennung um eine videobasierte Fahrspurerkennung handelt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkraddrehmoment aus einer Kennlinie entnommen wird, in welche die Spurhaltegröße oder eine damit zusammenhängende Größe als Abszissenwert eingeht. Damit ist eine besonders einfache Ermittlung des Lenkraddrehmoments möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängig ist. Damit kann auf die Verwendung einer bzgl. der Fahrzeuggeschwindigkeit parametrierten Kennlinienschar verzichtet werden.

Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung, welche

– Spurführungsdetektionsmittel, durch die wenigstens eine mit dem Abstand des Fahrzeugs zur Fahrspurberandung zusammenhängende Spurführungsgröße für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, und
– Lenkaktormittel, durch die abhängig von der in den Spurführungsdetektionsmitteln ermittelten Spurführungsgröße ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment auf das Lenkrad ausgeübt wird,

enthält. Der Kern der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spurführungsgröße ein Maß für diejenige Zeit ist, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt.

Die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich selbstverständlich auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.

Zeichnung
Die Zeichnung besteht aus den 1 und 2.
1 zeigt den Aufbau der Erfindung.
2 zeigt eine geometrische Veranschaulichung verschiedener verwendeter Begriffe.
Ausführungsbeispiele
Bei einem LKS-System wird dem Fahrer eine Abweichung seiner Lenkaktivität von der durch den Fahrspurverlauf erforderlichen Lenkbewegung haptisch erfahrbar gemacht. Dies geschieht durch gerichtete künstliche Lenkradkräfte. Der Kern der Erfindung besteht darin. dass das vom System aufzubringende Lenkmoment von der Zeitdauer TLC abhängig ist, die das Fahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands und unter Berücksichtigung des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels bis zum Verlassen der Fahrspur benötigen würde. Mit kürzer werdender Zeitdauer TLC erfolgt ein immer stärkerer Momenteneingriff ins Lenkrad.
Die Größe TLC lässt sich aus dem Lenkwinkel, dem aktuellen fahrdynamischen Zustand sowie Fahrspurinformationen ermitteln.
Die Größe TLC stellt ein direktes, von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängiges Maß für die Gefährlichkeit einer Fahrsituation dar. Der Lenkeingriff wird umso stärker erfolgen, je gefährlicher sich die Fahrsituation darstellt. Dadurch, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit bereits in der Zeitgröße TLC berücksichtigt ist, muss keine geschwindigkeitsabhängige Gewichtung der Intensität des Lenkeingriffs erfolgen.
Im aktivierten Zustand empfängt das LKS-System von der Fahrzeugsensorik ständig Informationen über den eigenen fahrdynamischen Zustand (z.B. Geschwindigkeit v, Gierrate ψ, Querbeschleunigung ay, ...) und den aktuellen Fahrspurverlauf (z.B. Abstand zur rechten und linken Spurbegrenzung). Diese Informationen werden verarbeitet, um das vom Lenkaktuator aufzubringende Führungsmoment zu berechnen. Basierend auf dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel, dem fahrdynamischen Zustand und dem von der z.B. videobasierten Fahrspurerkennung ermittelten aktuellen Fahrspurverlauf wird zyklisch die Größe TLC bestimmt. Die Umsetzung von TLC in das Führungsmoment erfolgt anhand einer Kennlinie. Der Lenkeingriff ist dabei umso stärker, je kleiner der Wert von TLC ist. Alternativ kann auch der reziproke Wert von TLC als Abszissenwert für die Kennlinie verwendet werden. In diesem Fall entsprechen dann kleine reziproke Werte von TLC (d.h. 1/TLC hat einen kleinen Wert) einem kleinen Wert für den Lenkeingriff und große reziproke Werte von TLC einem großen Wert für den Lenkeingriff.
Der Aufbau der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt.
In Block 100 wird aus fahrdynamischen Daten, Lenkwinkel δ und erfasstem Fahrspurverlauf die Zeitdauer TLC berechnet. Prinzipiell existieren zwei Werte für TLC. Einer der Werte beschreibt die Zeitdauer, bis das Fahrzeug die linke Fahrspurbegrenzung (z.B. der Mittelstreifen bei einer zweispurigen Straße) erreicht, der andere Wert beschreibt die Zeitdauer, bis das Fahrzeug die rechte Fahrspurbegrenzung (z.B. den rechten Straßenrand oder die rechte Fahrspurrandmarkierung) erreicht. Jedoch nimmt stets einer der beiden Werte einen sehr großen oder unendlich großen Wert an und es genügt die Betrachtung des anderen kleineren Wertes von TLC. Dieser Wert TLC wird in Block 101 als Abszissenwert einer Kennlinie zugeführt. Aus der Kennlinie wird ein Sollwert ME für das Lenkmoment berechnet.
Dieser Sollwert wird Block 102 zugeführt. Block 102 beinhaltet einen Momentenregelkreis und den Lenkaktor. Dieser liefert als Ausgangssignal das vom Aktor ausgegebene Moment MA. Der Momentenregelkreis dient als Aktoransteuerung und regelt den Motorstrom des Aktors so ein, dass der Aktor das geforderte Moment liefert.
In Block 103 wird zum Moment MA das vom Fahrer 106 auf das Lenkrad aufgebrachte Moment MF addiert. Die Summe dieser beiden Momente steuert die Lenkung 104. Der durch die Summe der beiden Momente durch die Lenkung 104 eingestellte Lenkwinkel δ wirkt sich auf den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 105 sowie auf dessen Position relativ zum Fahrspurverlauf aus, beispielsweise auf

– den seitlichen Versatz des Fahrzeugs von der Fahrspurmitte (die sogenannte laterale „Ablage" des Fahrzeugs in der Fahrspur),
– den Bahndifferenzwinkel und
– die Fahrspurkrümmung.

Verschiedene verwendete Begriffe werden in 2 veranschaulicht.
Der Bahndifferenzwinkel ψ bezeichnet den Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs 20 und der Tangente an die den Verlauf der Fahrspur beschreibende Kurve 21. Die Fahrspurkrümmung k ist der reziproke Wert zum Kurvenradius R. Die Querablage d ist der laterale Versatz des Fahrzeugs 20 von der Fahrspur. Die Größen ψ, d und k können von einer videobasierten Fahrspurerkennung ermittelt werden und beschreiben sowohl den Verlauf der Fahrspur als auch die Position des Fahrzeugs relativ zur Fahrspur.
Der Lenkwinkel δ wirkt sich damit auch auf den Wert von TLC aus, in 1 ist dies als zusätzliche Rückkopplung dargestellt. Der Lenkwinkel δ bestimmt einerseits die Querdynamik des Fahrzeugs und andererseits kann er zur Berechnung der Größe TLC verwendet werden.
Der fahrdynamische Fahrzustand wirkt sich auf den Fahrer 106 aus, insbesondere auf das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Moment MF.

Claims

Verfahren zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung, – bei dem wenigstens eine mit dem Abstand des Fahrzeugs zur Fahrspurberandung zusammenhängende Spurführungsgröße (TLC) für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, und – abhängig von der Spurführungsgröße ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment (MA) auf das Lenkrad ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurführungsgröße ein Maß für diejenige Zeit ist, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass als linksseitige Randkollisionsgröße ein Maß für diejenige Zeit ermittelt wird, nach welcher das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands die linke Fahrspurberandung erreicht, – dass als rechtsseitige Randkollisionsgröße ein Maß für diejenige Zeit ermittelt wird, nach welcher das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands die rechte Fahrspurberandung erreicht, – dass als Spurführungsgröße (TLC) diejenige Randkollisionsgröße ausgewählt wird, deren zugeordnete Zeit bis zum Erreichen der Fahrspurberandung geringer ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des fahrerunabhängigen Lenkradmoments (MA) derart ist, dass – ein nach rechts gerichteter Lenkvorgang unterstützt wird, wenn die linksseitige Randkollisionsgröße als Spurführungsgröße (TLC) gewählt wird und – ein nach links gerichteter Lenkvorgang unterstützt wird, wenn die rechtsseitige Randkollisionsgröße als Spurführungsgröße (TLC) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Lenkradmoments (MA) geringer als das für eine Drehbewegung des Lenkrad erforderliche Mindestdrehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Abnahme derjenigen Zeit (TLC), welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt, der Betrag des Lenkradmoments (MA) anwächst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurführungsgröße wenigstens aus – dem Lenkwinkel (δ_v), – den aktuellen fahrdynamischen Daten, – dem von einer Fahrspurerkennung ermittelten aktuellen Fahrspurverlauf sowie der Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fahrspurerkennung um eine videobasierte Fahrspurerkennung handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkraddrehmoment (MA) aus einer Kennlinie entnommen wird, in welche die Spurhaltegröße (TLC) oder eine damit zusammenhängende Größe als Abszissenwert eingeht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängig ist.
Vorrichtung zur Assistenz des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei der Spurhaltung, welche – Spurführungsdetektionsmittel, durch die wenigstens eine mit dem Abstand des Fahrzeugs zur Fahrspurberandung zusammenhängende Spurführungsgröße für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, und – Lenkaktormittel, durch die abhängig von der in den Spurführungsdetektionsmitteln ermittelten Spurführungsgröße (TLC) ein fahrerunabhängiges Lenkradmoment (MA) auf das Lenkrad ausgeübt wird, enthält, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spurführungsgröße (TLC) ein Maß für diejenige Zeit ist, welche das Kraftfahrzeug unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustands bis zum Erreichen der Fahrspurberandung benötigt.