DE102007029909A1

DE102007029909A1 - Verfahren zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007029909A1
Application number: DE102007029909A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lich; Stephan Stabrey; Andreas Georgi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-02
Also published as: US9221466B2; WO2009000619A1; JP2010530827A; EP2170671A1; KR20100037049A; US20100256869A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs wird für den Fall, dass das Fahrzeug die vorgegebene Fahrbahn verlassen hat, ein Fahrzeugregelsystem so umparametriert wird, dass ein vom Fahrer vorgegebener Eingriff in reduzierter Weise in eine Änderung einer Fahrzeugzustandsgröße umgesetzt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs beim Verlassen einer vorgegebenen Fahrbahn.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2005 003 177 A1 ist es bekannt, zur Verhinderung von Fahrzeugunfällen für den Fall, dass die korrekte Fahrspur verlassen wird, ein Gegenlenkmoment im Lenksystem des Fahrzeuges zu erzeugen, welches dem durch den Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel entgegenwirkt. Derartige Spurhaltesysteme (Lane Keeping Assist) zielen darauf ab, das Fahrzeug zur Unfallvermeidung in der vorgegebenen Fahrspur zu halten bzw. wieder in die Fahrspur zu bringen. Voraussetzung hierfür ist eine aufwändige Sensorik, über die die aktuelle Fahrzeugposition in Bezug auf die Fahrbahn permanent überwacht und im Falle eines unzulässigen Abweichens von der Solltrajektorie ein entsprechendes Gegenlenkmoment erzeugt wird.
Gemäß eines aus der DE 195 06 364 C2 bekannten Fahrzeugsteuersystems wird mithilfe einer Navigationseinrichtung die aktuelle Fahrzeugposition bestimmt und die Fahrgeschwindigkeit durch eine automatische Bremsung sowie die Fahrzeugposition durch selbsttätiges Einstellen des Lenkdrehmoments bzw. des Lenkwinkels korrigiert, so dass das Fahrzeug beispielsweise eine Kurve sicher durchfahren kann.
Derartige Spurhaltesysteme zeichnen sich durch einen zusätzlichen, fahrerunabhängigen Eingriff in den Fahrzeugzustand aus, um dieses entgegen der Fahrervorgabe auf der Fahrbahn zu halten. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass in bestimmten Fahrsituationen ein Verlassen der Fahrbahn beabsichtigt sein kann, beispielsweise um einem Hindernis auf der Fahrbahn auszuweichen. Des Weiteren muss für ein sicheres Funktionieren der Spurhaltesysteme eine schnell und zuverlässig arbeitende Fahrzeug- und Umgebungssensorik vorhanden sein, was mit einem erheblichen technischen und finanziellen Aufwand verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrsicherheit in potenziellen Gefahrsituationen mit einfachen Maßnahmen zu erhöhen. Es soll insbesondere vermieden werden, dass Schreckreaktionen des Fahrers zu einer erhöhten Gefährdung führen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs, beispielsweise einer die Längs- und oder Querdynamik bestimmenden Zustandsgröße, wird zunächst festgestellt, ob das Fahrzeug die vorgegebene Fahrbahn verlassen hat; sofern dies der Fall ist, das Fahrzeug sich also zumindest mit einem Rad nicht mehr auf der Fahrbahn befindet, wird ein Fahrzeugregelsystem im Fahrzeug umparametriert, und zwar in der Weise, dass ein vom Fahrer vorgegebener Eingriff in das Fahrzeug lediglich in einer reduzierten Weise – verglichen mit der Normalsituation – in eine Änderung einer Fahrzeugzustandsgröße umgesetzt wird.
Diese Vorgehensweise vereinigt verschiedene Vorteile. Zum einen wird die Fahrsicherheit erheblich erhöht, da Schreckreaktionen des Fahrers, die üblicherweise mit einer überhöhten Betätigung eines Bedienelements wie z. B. des Lenkrades durch den Fahrer verbunden sind, durch angepasste Eingriffe aktiver Systeme so weit abgemildert werden können, dass die Reaktion des Fahrzeugs auf die Eingabe des Fahrers nicht oder nur in reduzierter Weise zu einer weiteren Gefährdung führt. Demzufolge werden also die Vorgaben des Fahrers weiterhin ausgeführt, jedoch im Vergleich zu normalen Fahrsituationen nur in einer reduzierten Art und Weise. Daher wird ein zu großer Eingriff des Fahrers nicht zu einer entsprechend starken und gefährlichen Fahrzeugreaktion führen, vielmehr wird das Fahrzeug weniger stark auf den Eingriff des Fahrers reagieren.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die verhältnismäßig einfache technische Umsetzbarkeit, die grundsätzlich keine zusätzlichen technischen Einrichtungen über die ohnehin im Fahrzeug befindlichen hinausgehend erfordert. Damit ist es insbesondere möglich, allein auf Softwareebene vorhandene Fahrzeugregelsysteme für den Fall des Verlassens der Fahrbahn umzuparametrieren, ohne eine zusätzliche Sensorik oder Aktorik vorsehen zu müssen.
Die Umparametrierung wird durchgeführt, sobald erkannt wird, dass das Fahrzeug die Fahrbahn verlassen hat. Zum Erkennen des Verlassens der Fahrbahn wird die fahrzeugeigene Sensorik, ggf. einschließlich einer Umgebungssensorik eingesetzt, beispielsweise ein Navigationssystem (Ortungssystem einschließlich digitaler Karte) oder sonstige Fahrspurerkennungssysteme, insbesondere auf optischer Basis (videobasierte Fahrspurerkennung) oder auf Basis von Radar, Lidar oder Ultraschall. Als weitere Möglichkeit, das Verlassen der Fahrbahn zu erkennen, kommt die Auswertung von im Fahrzeug registrierten Beschleunigungen oder Einfederwegen in Betracht, was den Vorteil hat, dass dies mit einer verhältnismäßig einfachen und zum Teil ohnehin vorhandenen Sensorik durchgeführt werden kann. In diesem Fall liegt ein Verlassen der Fahrbahn mit hoher Wahrscheinlichkeit vor, sobald die Beschleunigungsgrößen bzw. Einfederwege außerhalb zulässiger Grenzwerte liegen. Gegebenenfalls ist auch eine Kombination von den Signalen verschiedener Sensoren möglich, um mit ausreichender Sicherheit auf ein Verlassen der Fahrbahn schließen zu können.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, dass der Fahrer grundsätzlich die Entscheidungshoheit über die Fahrzeugbewegung beibehält, da prinzipiell die Eingriffe des Fahrers umgesetzt werden. Daher führt das Fahrzeugverhalten auch nicht zu einer zusätzlichen Irritation, die ansonsten bei Fahrzeugsystemen entstehen kann, bei denen ein fahrerunabhängiger Eingriff durchgeführt wird, der ggf. völlig von der ursprünglichen Fahrervorgabe abweicht. Zusätzliche Panik- oder Schreckreaktionen des Fahrers werden dadurch verhindert oder zumindest abgeschwächt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass als Reaktion einer Fahrervorgabe Fahrzeugzustandsgrößen im Fahrzeug auf Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsebene manipuliert werden. Gegebenenfalls erfolgt der Verfahrenseingriff ausschließlich auf einer oder mehrerer dieser Ebenen, so dass letztlich die Fahrzeugposition entsprechend der Fahrervorgabe geändert wird. Es kann aber auch zweckmäßig sein, sonstige Zustands- oder Einflussgrößen im Fahrzeug zu manipulieren, beispielsweise durch Vorgabe eines Gegenlenkmoments, das einer Paniklenkung des Fahrers entgegengerichtet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden Lenkeingriffe des Fahrers in reduzierter Weise in einen entsprechenden Radlenkwinkel umgesetzt. Dies erfolgt vorteilhaft bei Lenksystemen, die mit einer Aktivlenkung ausgestattet sind und insbesondere über ein Überlagerungsgetriebe verfügen, bei dem einer Lenkwinkelvorgabe des Fahrers ein Zusatzlenkwinkel überlagert werden kann. Derartige aktive Lenksysteme, die auch als AFS (Active Front Steering) oder EAS (Electronic Active Steering) bekannt sind, erlauben durch aktive Eingriffe eine Änderung des wirksamen Lenkübersetzungsverhältnisses, was für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise ausgenutzt wird, dass nach dem Verlassen der Fahrbahn eine indirektere Lenkübersetzung eingestellt wird, so dass eine Lenkwinkelvorgabe des Fahrers in eine kleinere Änderung des Radlenkwinkels mündet.
Neben der variablen Lenkgetriebeübersetzung kann mit bekannten Aktivlenkungen eine zusätzliche Lenkfunktion namens „Vorhalt" realisiert. Diese Funktion stellt in Abhängigkeit des Gradienten des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels einen Zusatzlenkwinkel ein. Dies führt im normalen Fahrbetrieb zu einem agileren Fahrverhalten, da das Fahrzeug auf schnelle Lenkwinkeländerungen aufgrund des gestellten Zusatzlenkwinkels schneller reagiert. Um aber im Falle einer Schreckreaktion des Fahrers ein Verstärken der Überreaktion zu vermeiden, wird zur Verringerung der negativen Auswirkungen einer Schreckreaktion im Falle eines Abkommens von der Fahrbahn die Lenkfunktion „Vorhalt" deaktivert.
Als weitere Manipulationsmöglichkeit kann der Fahrereingriff in einem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP zu einer reduzierten Fahrzeugzustandsgröße führen, insbesondere durch eine veränderte Sollwertberechnung, beispielsweise der Anpassung der Sollgierrate. In normalen Situationen würde das elektronische Stabilitätsprogramm ein panikartiges Herumreißen des Lenkrades durch den Fahrer durch entsprechende Eingriffe in das Fahrzeug unterstützen. Beim erfindungsgemäßen System werden dagegen durch die Anpassung der Sollwertberechnung die Eingriffe so durchgeführt, dass das Fahrzeug möglichst unter Beibehaltung der Fahrzeugstabilität in geringerer Weise der Lenkvorgabe des Fahrers folgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der Verlauf einer Fahrzeugzustandsgröße und/oder einer Umgebungsgröße und/oder einer Fahrerbediengröße unmittelbar vor dem Verlassen der Fahrbahn für die Berechnung der Reduzierung der Fahrzeugzustandsgröße herangezogen. Insbesondere der Fahrbahnverlauf unmittelbar vor dem Verlassen der Fahrbahn kann Berücksichtigung finden, beispielsweise um die Kurvenkrümmung vor dem Abkommen von der Fahrbahn für die Bestimmung der Sollgierrate heranzuziehen. Ist im Fahrzeug keine Sensorik zur direkten Ermittlung der Kurvenkrümmung verfügbar, kann für die Ermittlung einer Sollgierrate auch aus dem vor dem Abkommen von der Fahrbahn angelegenen Lenkwinkel auf die Kurvenkrümmung geschlossen werden. Außerdem kann der Fahrbahnverlauf als Auslösekriterium für den Start des erfindungsgemäßen Verfahrens mit berücksichtigt werden, insbesondere als Plausibilitätskriterium, dass das Fahrzeug tatsächlich die Fahrbahn verlassen hat.
Grundsätzlich ist eine Kombination von Eingriffen in verschiedene Fahrzeugregelsysteme möglich, also beispielsweise ein Eingriff sowohl in das ESP als auch in eine Aktivlenkung.
Die zu manipulierende Fahrzeugzustandsgröße kann ggf. auf einen Bruchteil des Ausgangswertes reduziert werden, wobei der Bruchteil entweder vorgegeben oder aus weiteren Fahrzeugzustands- oder Betriebsgrößen einmalig ermittelt oder fortlaufend aktualisiert wird.
Zum Start des erfindungsgemäßen Verfahrens können zusätzliche Auslösebedingungen formuliert werden. Beispielsweise wird der Eingriff in eines der Fahrzeugregelsysteme nur dann durchgeführt, wenn tatsächlich eine schreck- oder panikartige Fahrerreaktion festgestellt wird, was beispielsweise über einen Vergleich des Gradienten einer Fahrereingabe mit einem zugeordneten Schwellenwert festgestellt werden kann. Hierfür kann der Gradient der Lenkwinkelvorgabe auf Überschreitung eines Schwellenwertes untersucht werden, da die Änderung der Lenkwinkelposition durch den Fahrer mit einer entsprechend hohen Änderungsrate auf eine Schreckreaktion schließen lässt; in diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren gestartet. Zusätzlich oder anstelle des Gradienten der Lenkwinkelvorgabe kann auch die Gierratenänderung im Fahrzeug oder die Geschwindigkeit der Bremspedalbetätigung untersucht werden.
Das gesamte Verfahren wird zweckmäßigerweise in einem Regel- bzw. Steuergerät durchgeführt, das im Fahrzeug enthalten ist und mit den verschiedenen Fahrerregelsystemen kommuniziert.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Blockschaltbild mit einem in einem Fahrzeug zu realisierenden System zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs beim Verlassen der vorgegebenen Fahrbahn realisiert ist.
Das in der Figur dargestellte System 1 umfasst verschiedene Komponenten, die in einem Fahrzeug vorhanden sein können und für das automatische Korrigieren einer Fahrzustandsgröße erforderlich sind. Über eine Fahrzeugsensorik 2, die mindestens einen Sensor, zweckmäßigerweise aber mehrere gleich- oder verschiedenartige Sensoren umfasst, können diverse Fahrzeugzustandsgrößen ermittelt werden, unter anderem der Lenkradwinkel, welcher vom Fahrer vorgegeben wird, die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, die Vertikalbeschleunigung, die Einfederwege im Federdämpfersystem sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit. Des Weiteren ist eine Umgebungssensorik 3a, 3b vorgesehen, mit der die Fahrzeugumgebung detektiert werden kann, insbesondere die Fahrbahn sowie die aktuelle Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn. Hierzu werden unter anderem die Fahrspurbreite sowie der aktuelle Spurversatz des Fahrzeugs ermittelt. Als Umgebungssensorik ist in 3a ein Fahrspurerkennungssystem vorgesehen, beispielsweise eine Videosensorik, und in 3b ein Navigationssystem.
Die in der Sensorik 2, 3a und 3b ermittelten Sensorsignale werden einem Regel- bzw. Steuergerät 4 zugeführt, in welchem die Signale ausgewertet und Steuer- bzw. Stellsignale erzeugt werden, die der Aktorik im Fahrzeug zugeleitet werden. Ergibt die Auswertung im Regel- bzw. Steuergerät 4, dass die Auslösebedingungen für den Start des erfindungsgemäßen Verfahrens vorliegen, wird eine Umparametrierung von mindestens einem Fahrzeugregelsystem durchgeführt. Als Auslösebedingung wird zum einen überprüft, ob das Fahrzeug die Fahrspur verlassen hat, und zum anderen, ob eine Schreckreaktion des Fahrers vorliegt. Diese Auslösebedingungen werden aus den zugeführten Eingangssignalen der Fahrzeug- und Umgebungssensorik 2, 3a und 3b abgeprüft.
Sind alle Auslösebedingungen erfüllt, so wird im Regel- und Steuergerät 4 eine entsprechende Umparametrierung durchgeführt und es werden Stellsignale erzeugt, die dem Lenksystem 6 und/oder dem Bremssystem 9 im Fahrzeug zugeführt werden. Dem Lenksystem 6 sind im Fahrzeug sowohl eine elektrische Servolenkung 5, über die das Lenkmoment beeinflusst wird, als auch eine Aktivlenkung 7 zur Erzeugung eines überlagerbaren Zusatzlenkwinkels zugeordnet. Ergibt die Auswertung im Regel- bzw. Steuergerät 4, dass der Fahrer einen Lenkwinkeleinschlag vorgenommen hat, so wird die Lenkgetriebeübersetzung geändert, wofür insbesondere die Aktivlenkung 7 zugunsten eines indirekteren Lenkübersetzungsverhältnisses manipuliert wird. Dadurch wird die Lenkwinkelvorgabe des Fahrers nur in einer reduzierten Weise – verglichen mit einer Normalsituation – in einen entsprechenden Radlenkwinkel umgesetzt. Über die elektrische Servolenkung 5 kann zusätzlich das Lenkmoment manipuliert werden, es kann insbesondere ein der Fahrerlenkvorgabe entgegengerichtetes Lenkmoment erzeugt werden.
Zusätzlich oder alternativ zur Beeinflussung des Lenksystems wird auch das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) gemäß Block 8 umparametriert. Hierfür wird im Regel- bzw. Steuergerät die Sollgierrate geändert, woraufhin im ESP-System 8 im Vergleich zu Normalsituationen geänderte Stellsignale erzeugt werden, die diversen Fahrzeugeinheiten zuzuführen sind, unter anderem dem Bremssystem 9, ggf. aber auch der Motorsteuerung und dem Lenksystem.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005003177 A1 [0002]
- DE 19506364 C2 [0003]

Claims

Verfahren zum automatischen Korrigieren einer Zustandsgröße eines Fahrzeugs beim Verlassen einer vorgegebenen Fahrbahn, bei dem für den Fall, dass das Fahrzeug die vorgegebene Fahrbahn verlassen hat, ein Fahrzeugregelsystem im Fahrzeug in der Weise umparametriert wird, dass ein vom Fahrer vorgegebener Eingriff in reduzierter Weise in eine Änderung einer Fahrzeugzustandsgröße umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fahrzeugzustandsgrößen des Fahrzeugs auf Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsebene manipuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkeingriff des Fahrers in reduzierter Weise in einen Radlenkwinkel umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrereingriff in einem Überlagerungslenkgetriebe zu einer Änderung der Lenkübersetzung führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrereingriff in einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) zu einer reduzierten Fahrzeugzustandsgröße führt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgierrate angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf einer Fahrzeugzustandsgröße oder einer Umgebungsgröße unmittelbar vor dem Verlassen der Fahrbahn für das Maß der Reduzierung der Fahrzeugzustandsgröße herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrbahnverlauf unmittelbar vor dem Verlassen der Fahrbahn berücksichtigt, insbesondere gemessen wird, beispielsweise über Video.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu manipulierende Fahrzeugzustandsgröße auf einen vorgegebenen bzw. zu ermittelnden Bruchteil reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlassen der Fahrbahn anhand der auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlassen der Fahrbahn anhand der Einfederwege der Räder des Fahrzeugs detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Auslösebedingung für die Manipulation der Fahrzeugzustandsgröße der Gradient der Fahrerreaktion mit einem Schwellenwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient der Lenkwinkelvorgabe auf Überschreitung eines zugeordneten Schwellenwertes untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gierratenänderung auf Überschreitung eines zugeordneten Schwellenwertes untersucht wird.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.