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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 2003 / 006 288 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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Aus der
EP 2 188 168 B1 ist ein Verfahren und ein Spurhaltesystem zur Unterstützung des Spurhaltens eines mit einer Lenkvorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs bekannt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Bereitstellen fahrzeugbezogener Information, Bereitstellen umgebungsbezogener Information, Verbinden von fahrzeug- und umgebungsbezogener Information, Vorhersagen einer zukünftigen Bahnkurve des Fahrzeugs, basierend auf fahrzeug- und umgebungsbezogener Information, Abschätzen einer gewünschten lateralen Fahrspurposition des Fahrzeugs und/oder einer Führungskraft, Vergleichen der zukünftigen Bahnkurve und der gewünschten lateralen Fahrspurposition, Entscheiden, ob eine Führungskraft für die Lenkvorrichtung bereitgestellt werden soll, und wenn eine Führungskraft bereitgestellt werden soll: Definieren eines Betrages besagter Führungskraft in Abhängigkeit von einer hierarchisch geordneten Menge, die ein vorbestimmtes Fahrverhalten des Fahrzeugs beschreibt, Anpassen des besagten Betrages an Führungskraft in Abhängigkeit der Richtung, in welche sich das Fahrzeug bewegen soll, und Aktivieren eines oder mehrerer Aktoren, um besagten Betrag an Führungskraft der Lenkvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Aus der
DE 10 2005 004 727 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers beim Fahren entlang einer seitlich begrenzten Fahrbahn bekannt. Unterstützungsmittel ermitteln eine Sollfahrspur und rufen einen selbsttätigen Lenkeingriff in Abhängigkeit von einer die Abweichung zwischen einer tatsächlichen Istfahrspur des Fahrzeugs und der Sollfahrspur beschreibenden Abweichungsgröße hervor. Zur Durchführung des selbsttätigen Lenkeingriffs wird eine einen einzustellenden Zusatzsolllenkwinkel und/oder ein einzustellendes Zusatzsolllenkmoment beschreibende Solllenkgröße ermittelt, die zur Einstellung des Zusatzsolllenkwinkels bzw. des Zusatzsollenkmoments durch eine Stelleinrichtung verwendet wird. Die Art des selbsttätigen Lenkeingriffs hängt dabei davon ab, ob der Betrag der Abweichungsgröße größer ist als der Betrag wenigstens eines vorgegebenen Abweichungsschwellenwerts oder nicht.
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Aus der
EP 0 448 059 A2 ist eine automatische Fahrvorrichtung bekannt, die in der Lage ist, einen zulässigen Fahrbereich vor einem fahrenden Fahrzeug durch Verwendung einer an dem Fahrzeug angebrachten Bildaufnahmevorrichtung zu finden, einen Zielkurs in dem bestimmten zulässigen Fahrbereich festzusetzen, einen Lenkwert zu berechnen, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug dem Zielkurs folgt, und das Fahrzeug bezüglich dem Ziellenkwert zu steuern.
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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 8 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, welcher 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 gewährleistet, dass sich das System für den Fahrer nachvollziehbar und „transparent“ verhält. In dem Ma-ße, 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 der Erfindung wird dadurch bewirkt, dass 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 grö-ßeren Abstand als den Sicherheitsabstand von der Fahrspurgrenze eingehalten.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Solltrajektorie so ermittelt, dass diese entlang einer Sicherheitskorridorgrenze verläuft oder tangential in die Sicherheitskorridorgrenze einmündet. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Sicherheitskorridorgrenzabstand von den Fahrspurgrenzen größer als der Sicherheitsabstand für das Eingreifen des Spurhalteassistenzsystems ist.
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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 Sicherheitskorridorgrenze einmündet, wobei ein Durchfahren dieser Trajektorie möglich sein soll, ohne 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 Sicherheitskorridorgrenze verläuft, ist gemeint, dass eine äußere Fahrzeugkontur entlang dieser 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:
- 1 ein schematisches Kraftfahrzeug mit einem Spurhalteassistenzsystem;
- 2 eine schematische Darstellung einer Straße zur Erläuterung des Eingreifens eines Spurhalteassistenzsystems; und
- 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 dieser 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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Es ist vorgesehen, dass ein Sicherheitskorridorgrenzabstand von den Fahrspurgrenzen 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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Bezugszeichenliste
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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
