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Die
Erfindung betrifft ein Spurhalteassistenzsystem für ein
Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum automatisierten Unterstützen
eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Einhalten einer Fahrspur.
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Aus
dem Stand der Technik sind automatisierte Systeme bekannt, die einen
Fahrer unterstützen, das Kraftfahrzeug in einer vorausliegenden Fahrspur
zu halten. Diese Systeme sind ausgelegt, ein unbeabsichtigtes Verlassen
der Fahrspur zu verhindern und hierdurch Unfälle zu vermeiden.
Diese Systeme besitzen Aktoren, über die ein Lenkmoment auf
die lenkbaren Räder aufgebracht werden kann, um einen Lenkwinkel
der lenkbaren Räder zu beeinflussen und hierüber
das Fahrzeug zurück zu einer Mitte der vorausliegenden
Fahrspur zu bewegen.
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Aus
der
WO 03/006288
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prädiktion
von Bewegungstrajektorien eines Fahrzeugs zur Verhinderung oder
Folgenverminderung einer bevorstehenden Kollision bekannt, bei welchen
zur Prädiktion der Bewegungstrajektorien nur die Trajektorien
berücksichtigt werden, bei denen in Folge einer Kombination
aus Lenk- und Bremseingriff die an den Rädern des Fahrzeugs
auftretenden Kräfte in dem Bereich liegen, der der maximal
vom Rad auf die Straße übertragbaren Kräften
entspricht. Bei den Systemen, die einen automatischen Brems- und/oder
Lenkeingriff zur Vermeidung einer Kollision oder Verminderung der
Unfallschwere mit einem weiteren Objekt vorsehen, erfolgt ein automatischer
Brems- und/oder Lenkeingriff in Abhängigkeit den vorausberechneten
Bewegungstrajektorien.
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Aus
der
EP 1 556 264 ist
ein Stabilitätssteuerungssystem für ein Straßenfahrzeug
bekannt, das einen Regler für eine Grenzbereichshandhabungsunterstützung
umfasst, welches Videofahrspurerkennungsmessungen in Verbindung
mit fahrzeugdynamischen Informationen, einschließlich Trägheits-, Brems-
und Lenkungsmessungen, verwendet, um ein elektronisches Servolenkungssystem
und ein Fahrzeugstabilitätsprogrammsystem des Fahrzeugs zu
regeln, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das Fahrzeug
zu stabilisieren und/oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen von einer
vorgesehenen Fahrzeugtrajektorie in einem Grenzzustand zu korrigieren,
wobei der Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung
folgendes umfasst: Szenariokontrollmittel, die Fahrzeugmessungen
und Mensch-Maschine-Schnittstelleneingaben empfangen und daraus
den dynamischen Zustand des Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Unter steuern/Übersteuern/starkes
Bremsen und die Absicht des Fahrers, wie beispielsweise einen Spurwechsel,
abschätzen und die eine Vielzahl von jeweils verschiedenen
gemessenen dynamischen Zuständen des Fahrzeugs und Fahrerabsichten
entsprechenden Szenario-Flags generieren, die dazu dienen, den Regler
zu informieren, welche Art von Fahrzeugregelaktion erforderlich
ist, Positions- und Gierratenregelmittel, die Fahrzeugmessdaten
und Fahrzeugspurerkennungsdaten empfangen und eine zum Zurückversetzen
des Fahrzeugs in die Mitte seiner Fahrspur erforderliche Gesamtgierratenanforderung
oder eine für einen Fahrspurübergang erforderliche
Gesamtgierratenanforderung, falls ein Spurwechsel-Flag erfasst wird,
berechnen; und Lenk- und Bremsregelmittel, die die berechnete Gesamtgierratenanforderung gemäß dem
Szenario-Flag entsprechend einem vorherrschenden gemessenen dynamischen
Zustand des Fahrzeugs proportional zwischen der elektronischen Servolenkung
und dem Fahrstabilitätsprogrammsystem des Fahrzeugs aufteilen.
Das bekannte System ist zwar in der Lage, in Grenzbereichshandhabungssituationen
eine Rückführung des Fahrzeugs in eine Fahrspurmitte
zu bewirken, jedoch besitzt das Fahrzeug ohne ein Eingreifen des
Fahrers beim Erreichen der Fahrspurmitte einen Gierwinkelfehler,
der automatisch zu einem erneuten Abweichen von einer Solltrajektorie
in der Mitte der vorausliegenden Fahrspur führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Fahrspurassistenzsystem
und ein Verfahren zum automatisierten Unterstützen eines
Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Einhalten einer Fahrspur zu schaffen,
welches für einen Fahrer komfortabler ist und auch in Nichtgrenzhandhabungssituationen ein
Spurhalten des Kraftfahrzeugs unterstützen.
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Die
technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Spurhalteassistenzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie ein Verfahren zum automatisierten Unterstützen
eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Einhalten einer Fahrspur mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Für
ein automatisiertes Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs
beim Einhalten einer Fahrspur ist es vorgesehen, Umgebungsinformationen
und Fahrzeugzustandsinformationen mit Hilfe von Sensoren zu erfassen.
Anhand der Umgebungsinformationen wird eine vorausliegende Fahrspur
bestimmt. Ferner wird eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs anhand
der Fahrzeugzustandsinformationen prädiziert, d. h. vorausgesagt.
Ein Vergleichen der prädizierten Trajektorie des Kraftfahrzeugs
mit der vorausliegenden Fahrspur liefert eine Information, ob ein
Verlassen der vorausliegenden Fahrspur und/oder ein Unterschreiten
eines Sicherheitsabstands zu einer Fahrspurgrenze zu erkennen ist.
Sofern ein Verlassen der vorausliegenden Fahrspur und/oder ein Unterschreiten
eines Sicherheitsabstands zu einer Fahrspurgrenze erkannt wird,
werden Eingreifdaten erzeugt und ausgegeben. Die Eingreifdaten werden
verwendet, um mindestens einen Aktor der Lenkung des Kraftfahrzeugs
anzusteuern, mit denen ein Lenkmoment zum Einstellen eines Lenkwinkels
der lenkbaren Räder bewirkbar ist, um das Kraftfahrzeug
auf die vorausliegende Spur zurückzuführen und/oder
in einem Sicherheitsabstand zu den Fahrspurgrenzen zu halten und/oder
in den Sicherheitsabstand zu den Fahrspurgrenzen zurückzubringen.
Hierbei ist vorgesehen, ein von dem Fahrer für ein Lenken
aufgewendetes Handmoment und/oder eine Fahrerlenkwinkelvorgabe zu
erfassen. Ein Lenkwinkel der lenkbaren Räder wird über
ein Ansteuern des mindestens einen Aktors der Lenkung geregelt,
so dass ein aufgrund des Handmoments und/oder der Fahrerlenkwinkelvorgabe
wirkendes Lenkmoment mittels eines über die Regelung beeinflussten
Rückführmoments zu einem Gesamtlenkmoment ergänzt
oder kompensiert wird, so dass das Gesamtlenkmoment einem errechneten
Bedarfslenkmoment für ein Einstellen des zur Rückführung
benötigten Lenkwinkels entspricht. Die Eingreifdaten werden
beispielsweise so erzeugt, dass sie diesen errechneten Lenkwinkel
für die Rückführung, weicher auch Rückführlenkwinkel
genannt wird, umfassen. Ein entsprechendes Spurhalteassistenzsystem
für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkung mit mindestens
einem ansteuerbaren Aktor, mit dem ein Lenkmoment zum Einstellen
eines Lenkwinkels der lenkbaren Räder bewirkbar ist, Sensoren
zum Erfassen von Umgebungsinformationen und Fahrzeugzustandsinformationen,
eine Spurbestimmungseinheit, die anhand der Umgebungsinformationen
eine vorausliegende Fahrspur ermittelt, eine Prädiktionseinheit,
die anhand der Fahrzeugzustandsinformationen eine Trajektorie des
Fahrzeugs prädiziert und mit der vorausliegenden Fahrspur
vergleicht und Eingreifdaten ausgibt, sofern ein Verlassen der vorausliegenden
Fahrspur und/oder ein Unterschreiten eines Sicherheitsabstands zu
einer Fahrspurgrenze erkennbar ist oder erkannt ist, und eine Steuereinheit,
die anhand der Eingreifdaten den mindestens einen Aktor der Lenkung
ansteuert, um das Kraftfahrzeug auf die vorausliegende Fahrspur
zurückzuführen. Hierbei ist vorgesehen, dass die
Sensoren ein von dem Fahrer zum Lenken aufgewendetes Handmoment und/oder
eine Fahrerlenkwinkelvorgabe erfassen und die Steuereinheit einen
Lenkwinkel der lenkbaren Räder über den mindestens
einen Aktor der Lenkung regelt, so dass ein aufgrund des Handmoments und/oder
der Fahrerlenkwinkelvorgabe wirkendes Lenkmoment mittels eines über
die Steuereinheit geregelten Rückführmoments zu
einem Gesamtlenkmoment ergänzt oder kompensiert wird, so
dass das Gesamtlenkmoment einem errechneten Bedarfslenkmoment für
ein Einstellen des zur Rückführung benötigten
Lenkwinkels entspricht. Das vorgeschlagene Spurhalteassistenzsystem
bietet den Vorteil, dass das Handlenkmoment und/oder eine Fahrerlenkwinkelvorgabe,
die ein Lenkmoment zum Einlenken der Fahrzeugräder bewirken,
beim Erzeugen eines Gesamtlenkmoments zum Einstellen des benötigten Rückführlenkwinkels
berücksichtigt werden. Hierdurch ist jederzeit gewährleis tet,
dass sich das System für den Fahrer nachvollziehbar und
"transparent" verhält. In dem Maße, in dem sich
der Fahrer "kooperativ" verhält und/oder seine Fahrerlenkwinkelvorgabe
und/oder sein Handmoment so verändert, dass ein Zurückführen
des Kraftfahrzeugs auf die Fahrspur unterstützt wird, kann
das Assistenzsystem hierauf reagieren und das geregelte Rückführmoment entsprechend
reduzieren. Hierdurch wird gewährleistet, dass für
den Fahrer keine abrupten Lenkbewegungen des Fahrzeugs auftreten.
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Eine
weitere Verbesserung bringt eine Ausführungsform, bei der
die Spurbestimmungseinheit und/oder die Prädiktionseinheit
ausgebildet sind, eine an der vorausliegenden Fahrspur orientierte Solltrajektorie
zu ermitteln, und die Prädiktionseinheit ferner ausgebildet
ist, eine Rückführtrajektorie zu ermitteln, deren
Ausgangspunk mit einer aktuellen Kraftfahrzeugposition und deren
Tangente an dem Anfangspunkt mit der aktuellen Fahrtrichtung, beispielsweise
der lenkbaren Räder, des Fahrzeugs übereinstimmt
und die tangential in die Solltrajektorie einmündet, und
Informationen über die Rückführtrajektorie
umfassende Eingreifdaten auszugeben. Beim Ermitteln einer an der
vorausliegenden Fahrspur orientierten Solltrajektorie werden vorzugsweise Fahrzeugzustandsinformationen,
insbesondere fahrdynamische Informationen, und Umgebungsinformationen
mit berücksichtigt. Dies bedeutet, dass beispielsweise
eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Straßenbeschaffenheit,
ein Bremszustand usw. sowie der ermittelte Straßenverlauf
berücksichtigt werden, um die Solltrajektorie, aber auch
die Rückführtrajektorie, zu ermitteln. Diese wird
so ermittelt, dass sie das Fahrzeug möglichst ohne für
einen Fahrer wahrnehmbare abrupte Richtungsänderung tangential
auf die Solltrajektorie zurückführt oder ein Einhalten
der Solltrajektorie bewirkt.
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Für
ein Ermitteln der Solltrajektion können unterschiedliche
Vorgaben vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass
sich das Kraftfahrzeug in der Fahrspurmitte aufhalten soll. Eine
Solltrajektorie würde in einem solchen Fall in der Mitte
der Fahrspur verlaufen. In der Regel wird man dem Fahrer jedoch
die Möglichkeit geben, das Kraftfahrzeug entlang einer
beliebigen Trajektorie innerhalb der Fahrspur oder innerhalb eines
Sicherheitskorridors zu bewegen, dessen Korridorgrenzen den Sicherheitsabstand
von der Fahrspurgrenze oder einen größeren Abstand
als den Sicherheitsabstand von der Fahrspurgrenze eingehalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Solltrajektorie
so ermittelt, dass diese entlang der Fahrspurgrenze oder einer Sicherheitskorridorgrenze
verläuft oder tangential in die Fahrspurgrenze bzw. die
Sicherheitskorridorgrenze einmündet.
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Bei
dieser Ausführungsform stimmen die Solltrajektorie und
die Rückführtrajektorie in den Fällen überein,
in denen sich das Kraftfahrzeug zum Zeitpunkt des Eingreifens des
Spurhalteassistenzsystems noch auf der Fahrspur bzw. in dem Sicherheitskorridor
befindet und unter Berücksichtigung der fahrdynamischen
Situation (Geschwindigkeit, aktuelle Fahrtrichtung, Fahrbahnbeschaffenheit
usw.) eine Trajektorie durchfahrbar ist, die tangential in einen Verlauf
der Fahrspurgrenze oder der Sicherheitskorridorgrenze einmündet,
wobei ein Durchfahren dieser Trajektorie möglich sein soll,
ohne die Fahrspur oder den Sicherheitskorridor zu verlassen und/oder
ohne eine für den Fahrer als unangenehm empfundenes abruptes
Lenkmanöver erforderlich zu machen. Existieren mehrere
solche Trajektoren, wird vorzugsweise die Trajektorie als Solltrajektor
und Rückführtrajektor ausgewählt, die
den geringsten Regeleingriff erfordert. Mit einer Formulierung,
dass eine Trajektorie entlang einer Fahrspurgrenze verläuft
oder entlang einer Sicherheitskorridorgrenze verläuft,
ist jeweils gemeint, dass eine äußere Fahrzeugkontur
entlang dieser Fahrspurgrenze bzw., Sicherheitskorridorgrenze bei
einem Durchfahren der Trajektorie geführt wird. Verläuft
eine Trajektorie entlang der Fahrspurmitte, so bezieht sich diese
Angabe auf einen Fahrzeugschwerpunkt.
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Die
für die Regelung des Lenkwinkels verwendete Regelgröße
ist beispielsweise bei einer bevorzugten Ausführungsform
ein aktueller Rückführlenkwinkel. Die Eingreifdaten
umfassen in einem solchen Fall vorzugsweise eine Vorgabe dieses
aktuellen Rückführlenkwinkels, angepasst an die
berechnete Rückführtrajektorie.
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Das
Verfahren und das Fahrassistenzsystem sind vorzugsweise so ausgebildet,
dass anhand des erfassten Handlenkmoments und von den Sensoren erfassten
Fahrzeugzustandsinformationen und/oder Umgebungsinformationen eine
Fahrerabsicht ermittelt wird und ein regelndes Eingreifen in die
Lenkung unterbleibt oder beendet wird, wenn als Fahrerabsicht ein
beabsichtigtes Verlassen der Fahrspur erkannt wird. Das Rückführmoment
wird beim Beenden der eingreifenden Regelung zum Spurhalten stetig auf
Null zurückgeführt. Für einen Fahrer
ist somit das Eingreifen der Regelung quasi nicht zu bemerken. Würde
das Rückführmoment nicht stetig auf Null zurückgeführt,
würde insbesondere in Situationen, in denen eine zunächst
unerkannte Absicht des Fahrers vorlag, eine Fahrspur zu verlassen,
und die Regelung bereits eine Rückführung zu der
Solltrajektorie der Fahrspur eingeleitet hat, schlagartig eine Lenkmomentkomponente
(das Rückführlenkmoment) wegfallen, welches der
beabsichtigten Lenkrichtung, d. h. einem beabsichtigten Einlenken
der lenkbaren Räder, entgegenwirkt. Bei einem Wegfall dieses
Rückführlenkmoments würde somit ruckartig eine
Momentänderung in der Lenkung auftreten, die eine ruckartige Änderung
des Lenkwinkels zur Folge hätte, die ein Fahrer über
das Hand moment anschließend kompensieren müsste.
Durch das stetige Absenken bzw. Zurückführen des
Rückführmoments werden solche ruckartigen Lenksituationen
vermieden.
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Bei
einer Ausführungsform ist das maximal bei der Regelung
verwendbare Rückführmoment betragsmäßig
begrenzt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei einem Versagen
oder einer Fehlfunktion des Spurhalteassistenzsystem der Fahrer
das Kraftfahrzeug sicher steuern kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform können die Spurbestimmungseinheit
und/oder die Prädiktionseinheit und/oder die Steuereinheit
und/oder die Absichtserkennungseinheit alle oder in Gruppen in gemeinsamen
Einheiten, beispielsweise alle gemeinsam in einer Spurassistenzeinheit,
ausgeführt sein.
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Die
Spurbestimmungseinheit und/oder die Prädiktionseinheit
und/oder die Steuereinheit und/oder die Absichtserkennungseinheit
und/oder eine solche Spurassistenzeinheit umfassen vorzugsweise
einen programmgesteuerten Mikroprozessor.
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Als
vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Sicherheitsabstand zu einer
Fahrspurgrenze in Abhängigkeit von den Fahrzeugzustandsinformationen und/oder
Umgebungsinformationen zu variieren. Bei schneller Fahrt oder bei
schlechten Straßenbedingungen oder widrigen Umgebungsbedingungen,
beispielsweise Regen, schlechter Sicht usw., kann es notwendig sein,
einen größeren Sicherheitsabstand von einer Fahrspurgrenze
einzuhalten, bei dessen Überschreiten das Spurhalteassistenzsystem
aktiv werden soll. Bei geringeren Geschwindigkeiten kann sich das
Fahrzeug hingegen einer Fahrspurgrenze auf einen geringeren Sicherheitsabstand
annähern, bevor ein Eingreifen des Spurhalteassistenzsystems erfolgen
soll.
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Das
Spurhalteassistenzsystem sorgt für eine zügige,
jedoch möglichst als nicht abrupt wahrgenommene Rückführung
des Kraftfahrzeugs auf die Solltrajektorie auf der Fahrspur. Hat
der Fahrer jedoch bemerkt, dass ein Verlassen der Fahrspur droht,
so kann dieser es bevorzugen, auf einer Trajektorie auf die Fahrspur
zurückzugelangen, die stärkere Lenkeinschläge
erforderlich macht bzw. nutzt als diese für ein Durchfahren
der Rückführtrajektorie verwendet werden, die
das Spurhalteassistenzsystem errechnet hat. Um dem Fahrer jedoch
zu ermöglichen, auf der von ihm gewählten Trajektorie
schneller, d. h. in kürzerer Zeit und/oder kürzerer
Strecke, wieder auf die Fahrspur zurückzugelangen, ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das
Rückführmoment auf Null geregelt wird, wenn ein Lenkmoment
aufgrund des Handmoments und/oder der Fahrerlenkwinkelvorgabe vorzeichengleich
und größer als das Bedarfsmoment für
ein Einstellen des zur Rückführung (entlang der
Rückführtrajektorie) benötigten Lenkwinkels
ist. Dies bedeutet, dass, wenn der Fahrer in kooperativer Weise
stärker einlenkt, als dies der Spurhalteassistenz tun würde,
dieser das von ihm erzeugte Rückführmoment auf
Null regelt. Hierdurch wird erreicht, dass das Fahrzeug nicht auf
die errechnete Rückführtrajektorie gezwungen wird.
Wie oben bereits erwähnt, findet auch diese Rückführung
des Rückführmoments auf Null vorzugsweise stetig
statt, um abrupte Lenkmomentänderungen und hieraus resultierende
Lenkwinkeländerungen der lenkbaren Räder zu vermeiden.
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Ferner
kann ein Fahrer das Fahrzeug entlang einer Trajektorie bewegen,
die in einem Abstand zu der Fahrspurgrenze oder einer Sicherheitskorridorgrenze
innerhalb dieser verläuft, auch wenn die Solltrajektorie
entlang der Fahrspurgrenze bzw. der Sicherheitskorridorgrenze verläuft.
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Die
Lenkung ist vorzugsweise elektromechanisch ausgebildet. Einzelne,
alle oder mehrere Komponenten des Spurassistenzsystems können
in eine Servolenkungssteuerung integriert sein, die ein elektromotorisch
erzeugtes Unterstützungsmoment regelt, um hierüber
ein von dem Nutzer über das Handmoment direkt aufgebrachtes
Handlenkmoment zu unterstützen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 ein
schematisches Kraftfahrzeug mit einem Spurhalteassistenzsystem;
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2 eine
schematische Darstellung einer Straße zur Erläuterung
des Eingreifens eines Spurhalteassistenzsystems; und
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3 eine
schematische Darstellung eines gekrümmten Kurvenverlaufs
zur Erläuterung einer Wirkungsweise eines Spurhalteassistenzsystems.
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In 1 ist
schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst
nicht lenkbare Hinterräder 2 und lenkbare Vorderräder 3.
Die lenkbaren Vorderräder 3 können über
eine Lenkung 4 eingelenkt werden. Über ein Lenkrad 5 kann
ein Fahrer ein Handmoment aufbringen und eine Fahrerlenkwinkelvorgabe
einstellen. Das Handmoment wird an einem als Handmomentsensor bezeichneten
Sensor 6 gemessen. An einer Lenksäule 7 ist
ferner ein Sensor 8 zum Erfassen der Fahrerlenkwinkelvorgabe angebracht.
Das über das Lenkrad 5 von dem Fahrer (nicht dargestellt)
aufgebrachte Handmoment wird über die Lenksäule 7 auf
ein Lenkungsgetriebe der Lenkung 4 übertragen.
Die Lenkung 4 umfasst ferner mindestens einen Aktor 9,
der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Über
diesen kann ein zusätzliches Moment auf das Lenkgetriebe übertragen
werden, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
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Neben
der Lenkung 4, dem mindestens einen Aktor 9 und
den Sensoren 6, 8 umfasst ein Spurhalteassistenzsystem 10 weitere
Sensoren 11–15, die Umgebungsinformationen
und Fahrzeugzustandsinformationen erfassen. Neben dem Sensor 6 zum Erfassen
des Handmoments und dem Sensor 8 zum Erfassen einer Fahrerlenkwinkelvorgabe
umfassen die Sensoren 11-15 beispielsweise eine Kamera,
die optisch eine vorausliegende Umgebung erfasst. Ferner können
die Sensoren 11–15 Radarsensoren, Lasersensoren,
Ultraschallsensoren, Feuchtigkeitssensoren, optische Sensoren, Radimpulssensoren,
einen Lenkwinkelsensor, einen Drehzahlmesser der Antriebsmaschine
usw. umfassen. Grundsätzlich können alle solche
Sensoren bzw. Informationen von Sensoren einbezogen werden, die
Informationen über eine Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs 1 und/oder
eine Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 angeben. Die Informationen
der Sensoren 6, 8, 11–15 werden
in der dargestellten Ausführungsform von einer Spurassistenzeinheit 16 ausgewertet.
Diese ist vorzugsweise mittels eines programmgesteuerten Rechners
ausgeführt. Zusätzlich oder alternativ können
jedoch einzelne Schaltkreise vorgesehen sein, um bestimmte Aufbereitungen
von Sensordaten und/oder Auswertungen vorzunehmen. Die Spurassistenzeinheit 16 umfasst
eine Spurbestimmungseinheit 17, die anhand der Umgebungsinformationen,
in der Regel unter Zuhilfenahme von Fahrzeugzustandsinformationen,
eine vorausliegende Fahrspur ermittelt.
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Dem
Fachmann sind verschiedene Ansätze bekannt, eine vorausliegende
Fahrspur zu ermitteln. In der Regel werden mit einer Kamera aufgenommene
Videodaten ausgewertet. Hierbei werden Fahrbahnmarkierungen identifiziert,
die sich über einen Kontrast von einem Fahrbahnbelag abheben.
Unterstützend und/oder alternativ können jedoch
auch andere Informationen ausgewertet werden, beispielsweise Navigationsinformationen
eines Trägheitsnavigationssystems, eines satellitengestützten
Navigationssystems und in ein solches Navigationssystem eingespeicherte
elektronische Karten. Ebenso sind Systeme bekannt, die in einer
Fahrbahn eingearbeitete Markierungen, beispielsweise optische oder
magnetische Markierungen, auswerten. Hierfür können spezielle
Sensoren in dem Kraftfahrzeug zum Erfassen entsprechender Umgebungsinformationen
vorgesehen sein.
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Die
Spurassistenzeinheit 16 umfasst ferner eine Prädiktionseinheit 18,
die anhand der Fahrzeugzustandsinformationen eine Trajektorie des
Kraftfahrzeugs prädiziert (voraussagt), die das Fahrzeug
basierend auf den aktuell verfügbaren Informationen durchfahren
wird. Die Prädiktionseinheit vergleicht die errechnete
Trajektorie mit der vorausliegenden Fahrspur. Ergibt die ser Vergleich,
dass die prädizierte Trajektorie aus der bestimmten vorausliegenden Fahrspur
herausführt und/oder ein Sicherheitsabstand zu einer Fahrspurgrenze
unterschritten wird, so entscheidet die Prädiktionseinheit,
dass das Spurhalteassistenzsystem eingreifen soll. Hieraufhin werden
Eingreifdaten erzeugt und ausgegeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
errechnet die Prädiktionseinheit 18 orientiert
an der bestimmten vorausliegenden Fahrspur eine Solltrajektorie,
entlang derer sich das Fahrzeug im optimalen Fall entlang der Fahrspur
bewegen sollte. Um das Kraftfahrzeug 1 auf diese Solltrajektorie
zurückzuführen, wird ferner eine Rückführtrajektorie
ermittelt. Die Rückführtrajektorie wird so ermittelt,
dass ein Anfangspunkt mit einer aktuellen Kraftfahrzeugposition übereinstimmt und
eine Tangente an dem Anfangspunkt mit der aktuellen Fahrtrichtung
des Fahrzeugs bzw. der lenkbaren Räder übereinstimmt.
Die Rückführtrajektorie wird ferner so berechnet,
dass sie tangential in die Solltrajektorie einmündet, d.
h. dass die lenkbaren Räder am Ende des Durchfahrens der
Rückführtrajektorie einen Lenkwinkel aufweisen,
der einem Lenkwinkel gemäß der Solltrajektorie
entspricht. Ferner stimmt am Ende des Durchfahrens der Rückführtrajektorie
eine Fahrzeugposition selbstverständlich mit einer Fahrzeugposition überein,
die das Fahrzeug beim Durchfahren der Solltrajektorie an der entsprechenden
Stelle besitzen soll. Die Eingreifdaten können beispielsweise
einen Lenkwinkel umfassen, der aktuelle einzuschlagen ist, um entlang
der Rückführtrajektorie auf die Solltrajektorie
zu gelangen.
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Die
Spurassistenzeinheit 16 umfasst ferner eine Steuereinheit 19,
die einen Lenkwinkel der lenkbaren Räder regelt. Hierzu
berechnet die Steuereinheit ein Rückführmoment,
welches gemeinsam mit einem Lenkmoment aufgrund einer Fahrervorgabe ein
Gesamtlenkmoment ergibt, welches einem Bedarfsmoment entspricht,
um den entsprechenden gewünschten Lenkwinkel für
die Rückführung der lenkbaren Räder einzustellen.
Dies bedeutet, dass die Steuereinheit 19 den mindestens
einen Aktor 9 ansteuert.
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Die
Ansteuerung kann hierbei über ein zusätzliches
Steuergerät (nicht dargestellt) erfolgen, welches zur Servolenkung
gehört und in normalen Fahrsituationen anhand der Fahrervorgaben
und Fahrzeugzustandsinformationen ein benötigtes Unterstützungsmoment
errechnet und den mindestens einen Aktor entsprechend ansteuert.
Neben dieses Unterstützungsmoment tritt das Rückführmoment.
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Um
dem Fahrer die Gelegenheit zu geben, schneller, d. h. unter Verwendung
stärkerer Einlenkwinkel, als es die Rückführtrajektorie
vorsieht, wieder auf die Fahrspur bzw. auf die Solltrajektorie zurückzugelangen,
ist die Steuereinheit vorzugsweise so ausgebildet, dass sie ein
Rückführmoment stetig auf Null zurückregelt,
wenn aufgrund des Handmoments ein Lenkmoment erzeugt wird, welches
oberhalb dem Bedarfslenkmoment liegt und in dieselbe Richtung wie
dieses weist, d. h. eine Spurrückführung kooperativ
unterstützt.
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Um
auch Situationen erkennen zu können, in denen ein Verlassen
der Fahrspur durch den Fahrer beabsichtigt ist, umfasst die Spurassistenzeinheit 16 eine
Absichtserkennungseinheit 20. Diese ermittelt anhand von
Fahrzeugzustandsinformationen, beispielsweise dem Handmoment, einer
Handmomentänderungsrate, einer Lenkwinkelvorgabe usw.,
ob ein Verlassen der Spur durch den Fahrer beabsichtigt ist. Wird
eine solche Absicht erkannt, so wird eine Regelung, d. h. ein Eingreifen,
des Spurhalteassistenzsystems beendet. Beispielsweise werden keine Eingreifdaten
von der Prädiktionseinheit an die Steuereinheit ausgegeben.
Dies ist gleichbedeutend mit der Tatsache, dass beispielsweise kein
aktueller Lenkwinkel für die Rückführung
angegeben wird. Die Steuereinheit ist wiederum so ausgebildet, dass
sie das Rückführmoment stetig und nicht abrupt
auf Null zurückführt.
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In 2 ist
schematisch eine gerade verlaufende Fahrspur 21 mit Fahrspurgrenzen 22 dargestellt.
Eine Solltrajektorie 23 verläuft bei dieser Ausführungsform
beispielhaft in einer Mitte der Fahrspur 21. Das Spurhalteassistenzsystem
soll jedoch nicht erst eingreifen, wenn eine tatsächlich
durchfahrende Trajektorie bzw. eine prädizierte Trajektorie
anzeigt, dass das Kraftfahrzeug die Fahrspur 21 verlassen wird.
Vielmehr ist es wünschenswert, dass zu den Fahrspurgrenzen 22 jeweils
ein Sicherheitsabstand 24 eingehalten wird. Der Sicherheitsabstand 24 kann von
unterschiedlichen Faktoren variabel abhängen. Mit zunehmender
Fahrzeuggeschwindigkeit ist beispielsweise eine Zunahme des Sicherheitsabstands 24 wünschenswert.
Eine Verschlechterung der Sichtverhältnisse sollte ebenfalls
zu einer Vergrößerung des Sicherheitsabstands 24 führen.
Viele weitere Faktoren können entsprechend eine Größe
des Sicherheitsabstands 24 beeinflussen.
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Deutet
eine prädizierte Trajektorie 25 an, dass ein Verlassen
der Fahrspur bzw. ein Unterschreiten des Sicherheitsabstands 24 von
der Fahrspurgrenze 22 eintreten wird, so wird ein Eingreifen des
Spurhalteassistenzsystems veranlasst. Zunächst wird eine
Rückführtrajektorie 26 berechnet. Ein
Ausgangspunkt 27 der Rückführtrajektorie 26 stimmt
mit einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs überein.
Ferner stimmt eine Tangente an die Rückführtrajektorie 26 im
Ausgangspunkt 27 mit einer aktuellen Fahrtrichtung des
Kraftfahrzeugs 1 überein. Die Rückführtrajektorie 26 ist
so berechnet, dass sie tangential in die Solltrajektorie 23 einmündet.
Wie oben bereits erläutert, bewirkt die Regelung des Lenkwinkels,
dass die Rückführtrajektorie 26 von dem
Fahrzeug durchfahren wird. Hierbei ergänzt die Regelung
ein nicht ausreichendes Lenkmoment, was aufgrund einer Lenkvorgabe
des Fahrers zum Zurückführen erzeugt wird, oder
kompensiert bis zu einem gewissen Grad ein Lenkmoment aufgrund von Fahrervorgaben,
welches einer Spurrückführung entgegenwirkt. Erst
wenn das Spurhalteassistenzsystem erkennt, dass der Fahrer einen
Spurwechsel oder auch aus sonstigen Gründen ein Verlassen
der Spur beabsichtigt, wird das Rückführmoment,
welches durch die Steuereinheit bewirkt ist, stetig auf Null zurückgeführt,
um die Lenkung ausschließlich dem Fahrer oder anderen Assistenzsystemen
zu überlassen. Bei der in 2 dargestellten
Ausführungsform beziehen sich die Trajektoren jeweils auf eine
Fahrzeugmitte bzw. einen Fahrzeugschwerpunkt.
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In 3 ist
eine ähnliche Situation für eine gekrümmte
Straße dargestellt. Gleiche technische Merkmale weisen
identische Bezugszeichen auf. Aus 3 ist deutlich
zu erkennen, dass die Rückführtrajektorie 26 so
ausgebildet ist, dass das Fahrzeug am Ende eines Eingreifens des
Spurhalteassistenzsystems sich in einer Kurvenfahrt befindet. In
dem dargestellten Beispiel verläuft die Solltrajektorie 23 nicht in
der Mitte der Fahrspur, da beispielsweise für die vorherrschende
Fahrzeuggeschwindigkeit eine "maximal zulässige" Trajektorie,
d. h. die Solltrajektorie, ungefähr im Sicherheitsabstand
zur äußeren Fahrspurbegrenzung 22 der
Kurve verläuft. „Maximal zulässig" soll
bedeuten, dass es dem Fahrer gestattet sein soll, einer beliebigen
Trajektorie zu folgen, die innerhalb eines Sicherheitskorridors 28 verläuft.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Sicherheitskorridor 28 den
Teil der Fahrspur 21, der um den Sicherheitsabstand 24 oder
mehr von den Fahrspurgrenzen 22 entfernt ist.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rückführtrajektorie 26 und
die Solltrajektorie 23 identisch und nur aus Gründen
der Veranschaulichung getrennt nebeneinander eingezeichnet.
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In
den anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass
ein Sicherheitskorridorgrenzabstand von den Fahrbahngrenzen größer
als der Sicherheitsabstand für ein Eingreifen des Spurhalteassistenzsystems
ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann vorgesehen
sein, dass die Rückführtrajektorie sich bis auf
den Sicherheitsabstand oder einen dritten Abstand an die Fahrspurgrenzen
annähern darf, um eine „sanfte" Rückführung
auf die Solltrajektorie zu ermöglichen, die innerhalb des
Sicherheitskorridors, beispielsweise entlang der Sicherheitskorridorgrenze
verläuft. Ist der Sicherheitskorridorgrenzabstand von dem
Sicherheitsabstand verschieden (größer), so lässt
sich eine Art Regelhysterese erreichen. Dies bedeutet, dass das
Kraftfahrzeug auf eine Solltrajektorie zurückgeführt
bzw. entlang dieser geführt wird, die so läuft,
dass nicht jedes Verlassen der Solltrajektorie in Richtung auf die
nächstliegende Fahrspurgrenze einen Regeleingriff nach
sich ziehen muss.
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Es
ergibt sich für den Fachmann, dass die Erfindung auf unterschiedliche
Art und Weise ausgeführt werden kann und lediglich eine
beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- nichtlenkbare
Hinterräder
- 3
- lenkbare
Vorderräder
- 4
- Lenkung
- 5
- Lenkrad
- 6
- Sensor
zum Erfassen eines Handmoments
- 7
- Lenksäule
- 8
- Sensor
zum Erfassen einer Fahrerlenkwinkelvorgabe
- 9
- Aktor
- 10
- Spurhalteassistenzsystem
- 11–15
- Sensoren
- 16
- Spurassistenzeinheit
- 17
- Spurbestimmungseinheit
- 18
- Prädiktionseinheit
- 19
- Steuereinheit
- 20
- Absichtserkennungseinheit
- 21
- Fahrspur
- 22
- Fahrspurgrenzen
- 23
- Solltrajektorie
- 24
- Sicherheitsabstand
- 25
- aktuelle
Fahrtrajektorie
- 26
- Rückführtrajektorie
- 27
- Ausgangspunkt
- 28
- Sicherheitskorridor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 03/006288
A1 [0003]
- - EP 1556264 [0004]