DE102007043913A1

DE102007043913A1 - Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems

Info

Publication number: DE102007043913A1
Application number: DE102007043913A
Authority: DE
Inventors: Tobias Rentschler; Thomas App; Lutz Buerkle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2027-09-15
Also published as: DE102007043913B4; WO2009037025A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems 1 eines Fahrzeugs 100 mit midnestens einer Assistenzfunktion, wie insbesondere der LKS Funktion (LKS = Lane Keeping Führungsmoment auf das Lenksystem des Fahrzeugs 100 aufgebracht wird, um dieses in der Fahrspur 21 zu halten. Es wird überprüft, ob das Fahrzeug 100 eine Kurve durchfährt. Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs 100 wird das Fahrerassistenzsystem 1 derart gesteuert, dass sich ein symmetrisches Führungsverhalten der LKS Funktion ergibt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, die den Fahrer bei dem Einhalten einer gewählten Fahrspur unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem umfasst dazu Assistenzfunktionen wie LDW (Lane Departure Warning) und/oder LKS (Lane Keeping Support). Die Assistenzfunktion LDW warnt den Fahrer vor einem Verlassen der Fahrspur durch Erzeugung von optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Signalen. Die Assistenzfunktion LKS greift aktiv in Bordsysteme des Fahrzeugs, wie beispielsweise das Lenksystem, und/oder das Bremssystem oder ein ESP-System ein, um ein von der Fahrspur abweichendes Fahrzeug in der Fahrspur zu halten. Das Fahrerassistenzsystem umfasst dazu ein insbesondere mindestens einen Videosensor umfassendes Sensorsystem für die Erfassung von Fahrspurmarkierungen oder dergleichen.
Aus DE 101 37 292 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrer-Assistenzsystems eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einer servounterstützten Lenkung bekannt. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

– Erfassen oder Abschätzen von Umgebungsdaten einer, vorzugsweise momentanen, Verkehrssituation,
– Erfassen oder Abschätzen von, vorzugsweise momentanen, Bewegungsdaten des Fahrzeugs,
– Vergleichen der erfassten oder abgeschätzten Umgebungsdaten mit den Bewegungsdaten des Fahrzeugs,
– Änderung der Unterstützung einer Lenkhandhabe nach Maßgabe des Vergleichs.

Aus DE 10 2005 048 014.4 ist ein Fahrerassistenzsystem mit einer Spurhaltefunktion bekannt, das eine Einrichtung für die Erkennung der Fahrspuren auf der Fahrbahn und eine Steuereinrichtung für den Eingriff in das Lenksystem des Fahrzeugs im Sinne einer Spurhaltung umfasst. Weiterhin umfasst das Fahrerassistenzsystem Mittel für die Erfassung der Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Ränder der Fahrspur, sowie Mittel für die Erfassung einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs. Die Steuereinrichtung übt ihre Steuerungsfunktion in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs auf der Fahrspur und in Abhängigkeit von einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs aus.
Wenn nun die LKS Funktion aktiv ist und den Fahrer bei der Einhaltung der Fahrspur unterstützt, empfindet der Fahrer bei einer Kurvenfahrt den Führungseingriff der LKS Funktion als unsymmetrisch und daher als störend.
Offenbarung der Erfindung
Die Systemakzeptanz bei dem Fahrer wird erhöht und dadurch der von dem Fahrer subjektiv empfundene Fahrkomfort verbessert.
Vorteilhafte Wirkungen
Die Erfindung ermöglicht eine weitere Verbesserung des Fahrkomforts bei einem mit einem Fahrerassistenzsystem ausgestatteten Fahrzeug und dadurch eine gesteigerte Akzeptanz für ein solches System bei dem Fahrer. Dadurch, dass ein Führungseingriff der LKS Funktion auch bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs von dem Fahrer als symmetrischer Eingriff empfunden wird, unabhängig davon, in welche Richtung sein Lenkradeinschlag von der Referenztrajektorie abweicht, wird ein solcher Eingriff nicht mehr als störend empfunden. Die Symmetrie bei Kurvenfahrt wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass auf das Lenksystem des Fahrzeugs ein Moment aufgebracht wird, das sich als Differenz zwischen dem von der LKS Funktion aufgebrachten Moment und dem mit einem Gewichtungsfaktor gewichteten Rückstellmoment der Lenkung ergibt. Der Gewichtungsfaktor wird vorteilhaft als Funktion der Winkeldifferenz zwischen einem Referenzwinkel und dem Lenkwinkel dargestellt. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems mit LKS-Funktion;
2 eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum mit einem Fahrzeug;
3 ein Diagramm mit Darstellung einer Führungskennlinie der LKS Funktion;
4 ein Diagramm mit Darstellung eines Gewichtungsfaktors.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Akzeptanz eines Fahrerassistenzsystems und der von diesem bereitgestellten Assistenzfunktionen wesentlich verbessert werden kann, wenn sich die in dem Fahrerassistenzsystem vorgesehenen Führungseingriffe stärker an dem subjektiven Sicherheits- und Komfortempfinden des Fahrers orientieren. So kann insbesondere auch bei Kurvenfahrt ein symmetrischer Führungseingriff bei dem Fahrer einen größeren Anklang finden als ein unsymmetrischer Eingriff.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems 1 mit LKS Funktion, das in einem Fahrzeug 100 angeordnet ist. Über entsprechende Sensoren, vorzugsweise ein videobasiertes Sensorsystem 3, werden der Verlauf der Fahrspur, insbesondere die Krümmung der Fahrspur und deren Änderung, sowie die Relativposition des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspur, insbesondere seine laterale Ablage und der Differenzwinkel über die Pfade 4, 4.1 einem Funktionsmodul des Fahrerassistenzsystems 1 zugeleitet, das ein Referenzmodell 6 für die Querführung des Fahrzeugs 100 umfasst. Mit Hilfe des Referenzmodells 6 wird aus den genannten Eingangsgrößen ein Referenzwinkel δ_Ref ermittelt, der in der aktuellen Fahrsituation erforderlich ist, um das Fahrzeug in der Fahrspur zu führen. Dieser Referenzwinkel wird mit dem von dem Fahrer an dem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel δ verglichen (Summationsknoten 7). Abhängig von der Abweichung Δδ = δ_Ref – δ zwischen dem tatsächlichen und dem von dem Referenzmodell ermittelten, für die Spurführung des Fahrzeugs 100 idealen Lenkwinkel, wird dann über eine der LKS Funktion zugeordnete Führungskennlinie 8 ein zusätzliches Führungsmoment M_E ermittelt und dem Lenksystem des Fahrzeugs 100 mittels eines Lenkstellers 9 aufgeprägt. Als Reaktion des Fahrerassistenzsystems wird dem Fahrer an dem Lenkrad somit ein Führungsmoment bereitgestellt, das ihn bei der Führung des Fahrzeugs 100 in der Fahrspur 21 unterstützt. Durch eigene Lenkaktivität kann der Fahrer jederzeit Einfluss auf die Querführung des Fahrzeugs nehmen und dabei auch das Fahrerassistenzsystem 1 überstimmen. Durch eine entsprechende Gestaltung der Führungskennlinie 8 der LKS Funktion kann ein gewünschter Unterstützungsgrad realisiert werden. Der Pfad 9.1 in 1 repräsentiert den Lenkeingriff des LKS-Systems. Gleichzeitig nimmt der Fahrer 5 die Fahrzeugposition in der Spur wahr (Pfad 4.2) und steuert das Fahrzeug 100 am Lenkrad (Fahrerlenkeingriff 5.1). Fahrerwunsch und Systemeingriff wirken zusammen über den Summationsknoten 10 auf das Lenksystem 11 (Pfad 10.1) und steuern über die Pfade 12, 12.2 und die Beeinflussung des Lenkwinkels die Querbewegung des Fahrzeugs 100. Über den Pfad 12.1 erfolgt eine Rückwirkung zu dem Summationsknoten 7. Über die Pfade 12.1, 12.3 erfolgt eine Beeinflussung des Funktionsmoduls 13, das ausgangsseitig (Pfad 13.2) mit einem Eingang des Summationsknoten 14 verbunden ist, der zwischen der Führungskennlinie 8 und dem Lenksteller 9 angeordnet ist. Der Ausgang des Summationsknotens 7 ist über den Pfad 13.1 mit dem Funktionsmodul 13 verbunden. Das Funktionsmodul 13 ist für die erfindungsgemäße Kompensation der Unsymmetrie zuständig, wobei das Rückstellmoment mit einem Gewichtungsfaktor verknüpft wird. Über den schematisch angedeuteten Pfad 2 wirken Störungen auf das Fahrzeug 100 ein.
Beim Lenken des Fahrzeugs 100 erfährt der Fahrer an dem Lenkrad ein von dem Einschlag des Lenkrads abhängiges Rückstellmoment. Dieses Rückstellmoment resultiert aus dem Einschlag der Vorderräder, der Vorderachsgeometrie und dem Unterstützungsmoment der Servolenkung. Das Rückstellmoment ist dabei üblicherweise so ausgelegt, dass das Lenkrad dazu tendiert, in eine stabile Nulllage zurückzukehren.
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Bezug auf 2, 3 und 4 erläutert.
2 zeigt eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum 20 mit einem Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 bewegt sich auf einer Fahrspur 21, die von Fahrspurbegrenzungen 21.1 und 21.2 begrenzt ist. Die Mitte der Fahrspur 21 ist mit 21.3 bezeichnet. Durch zwei Pfeile sind die Winkel δ und δ_Ref angedeutet.
Bei einem Fahrerassistenzsystem mit LKS Funktion wird das Führungsmoment über eine Führungskennlinie ermittelt. Das in 3 dargestellte Diagramm zeigt eine solche Führungskennlinie 30. Auf der Abszisse des in 3 dargestellten rechtwinkligen Koordinatensystems ist die Winkelabweichung Δδ zwischen dem von dem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel δ und dem von dem Referenzmodell ermittelten Referenzwinkel δ_Ref aufgetragen. Auf der Ordinate des Koordinatensystems ist das von der LKS Funktion aufgebrachte Führungsmoment M_E aufgetragen. Die Führungskennlinie 30 ist punktsymmetrisch in Bezug auf den Nullpunkt des Koordinatensystems ausgelegt. Das bedeutet, dass betragsmäßig gleiche Lenkabweichungen mit unterschiedlichem Vorzeichen betragsmäßig gleiche aber entgegengesetzt gerichtete Führungsmomente zur Folge haben. Das auf diese Weise ermittelte Führungsmoment M_E wird dann der vorhandenen Lenkcharakteristik des Lenksystems des Fahrzeugs 100 überlagert. In Summe ergibt sich damit für den Fahrer bei einer Kurvenfahrt ein unsymmetrisches Lenkempfinden. Weicht sein Lenkeinschlag bei dem Durchfahren einer Kurve zum Kurveninneren hin von der Solltrajektorie ab, so wird das Führungsmoment der LKS Funktion von dem Rückstellmoment des Lenksystems noch verstärkt. Bei einer Lenkabweichung des Fahrers zum Kurvenäußeren dagegen, wirkt das Rückstellmoment des Lenksystems dem Führungsmoment entgegen und führt so zu einer Abschwächung des Systemeingriffs durch die LKS Funktion.
Es wird nun, abhängig von dem Einschlag des Lenkrads, das Rückstellmoment des Lenksystems derart kompensiert, dass der Fahrer die Systemreaktion der LKS Funktion bei dem Durchfahren von Kurven als symmetrisch empfindet, unabhängig davon, in welche Richtung sein Lenkradeinschlag von der Referenztrajektorie abweicht.
Das Rückstellmoment des Lenksystems an dem Lenkrad lässt sich durch folgende Beziehung beschreiben:
Darin bedeuten:

l_v: Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse;
l_h: Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Hinterachse;
l: Achsabstand;
n_r: konstruktiver Nachlauf;
m: Masse des Fahrzeugs;
v: Geschwindigkeit des Fahrzeugs;
N: Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes;
k_s: Unterstützungsgrad der Servolenkung;
δ: Lenkwinkel.

Das Rückstellmoment steigt demnach linear mit dem Lenkwinkel an. Die Größe k_s beschreibt die Lenkunterstützung durch die Servolenkung und kann abhängig von dem Unterstützungsgrad Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Der Wert k_s = 0 steht dabei für eine volle Servounterstützung. Der Wert k_s = 1 steht für das Lenken ohne eine Unterstützung durch die Servolenkung.
Damit der Fahrer die Systemreaktion der LKS Funktion bei dem Durchfahren einer Kurve als symmetrisch empfindet, wird das Rückstellmoment des Lenksystems erfindungsgemäß dadurch kompensiert dass ein Gewichtungsfaktor g_R gebildet wird, dass das Rückstellmoment M_R mit diesem Gewichtungsfaktor gewichtet wird, und dass das so gewichtete Rückstellmoment von dem aus der Führungskennlinien des LKS Funktion abgeleiteten Führungsmoment M_E subtrahiert wird. Dies wird durch die folgende Beziehung verdeutlicht: MLKS = ME – gR·MR (2)
Das resultierende Moment M_LKS wird dann mit einem Lenkaktor, auf das Lenksystem des Fahrzeugs 100 aufgeprägt.
Der Gewichtungsfaktor g_R wird dabei erfindungsgemäß als Funktion der Abweichung Δδ zwischen dem Referenzwinkel und dem von dem Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel aus einer weiteren Kennlinie 40 abgeleitet, die in dem in 4 gezeigten Diagramm dargestellt ist. Diese Kennlinie 40 ist symmetrisch in Bezug auf die y-Achse des in 4 dargestellten Koordinatensystems und auf einen Maximalwert g_R,max begrenzt. Darüber hinaus nimmt g_R immer dann den Wert Null an, wenn dies auch die Führungskennlinie tut. Zur Beschreibung der in 4 dargestellten Kennlinie kann, in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, ein ähnlicher funktionaler Zusammenhang wie für die Führungskennlinie 30 der LKS Funktion gewählt werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die sich daraus ergebende Kennlinie achssymmetrisch sein sollte und auf den Maximalwert g_R,max begrenzt ist. Dies lässt sich vorteilhaft dadurch erreichen, dass der Betrag des funktionalen Zusammenhangs für die Führungskennlinie als Kennlinie für den Gewichtungsfaktor verwendet und mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10137292 A1 [0002]
- DE 102005048014 [0003]

Claims

Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems (1) eines Fahrzeugs (100) mit mindestens einer Assistenzfunktion, wie insbesondere der Funktion (LKS = Lane Keeping Support), bei dem bei aktivierter Funktion ein Führungsmoment auf das Lenksystem des Fahrzeugs (100) aufgebracht wird, um dieses in der Fahrspur (21) zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob das Fahrzeug (100) eine Kurve durchfährt, und dass bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (100) das Fahrerassistenzsystem (1) derart gesteuert wird, dass sich ein symmetrisches Führungsverhalten der Funktion ergibt.
Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Lenksystem des Fahrzeugs (100) ein resultierendes Moment (M_LKS) aufgebracht wird, dass sich nach der folgenden Beziehung bemisst: MLKS = ME – gR·MR,mit M_LKS resultierendes Moment, M_E Führungsmoment, M_R Rückstellmoment, g_R Gewichtungsfaktor.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmoment (M_R) des Lenksystems gemäß der folgenden Beziehung eingestellt wird:
M_R Rückstellmoment; l_v Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse; l_h Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Hinterachse; l Achsabstand; n_r konstruktiver Nachlauf; m Masse des Fahrzeugs; v Geschwindigkeit des Fahrzeugs; N Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes; k_s Unterstützungsgrad der Servolenkung; δ Lenkwinkel.
Verfahren für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (g_R) eine Funktion der Winkeldifferenz (Δδ) zwischen dem Referenzwinkel (δ_Ref) und dem Lenkwinkel (δ) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwinkel (δ_Ref) aus einer achssymmetrischen Kennlinie (40) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (g_R) auf einen Maximalwert (g_R,max) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gewichtungsfaktor (g_R) immer dann der Wert Null zugeordnet wird, wenn das Führungsmoment (M_E) den Wert Null annimmt, wenn also kein Führungseingriff durch das Fahrerassistenzsystem erfolgt.
Vorrichtung für die Steuerung eines Fahrerassistenzsystems (1) eines Fahrzeugs (100) mit mindestens einer Assistenzfunktion, bei dem bei aktivierter Funktion ein Führungsmoment auf das Lenksystem des Fahrzeugs (100) aufgebracht wird, um dieses in der Fahrspur (21) zu halten, gekennzeichnet durch Mittel, die überprüfen, ob das Fahrzeug (100) eine Kurve durchfährt und die bei einer Kurvenfahrt das Fahrerassistenzsystem derart steuern, dass sich ein symmetrisches Führungsverhalten der Funktion ergibt.