DE102008001105A1

DE102008001105A1 - Verfahren zur Beeinflussung des Lenkmoments in einem Fahrzeuglenksystem

Info

Publication number: DE102008001105A1
Application number: DE200810001105
Authority: DE
Inventors: Roland Greul; Christopher Kreis
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Bei einem Verfahren zur automatischen Beeinflussung des Lenkmoments in einem Fahrzeuglenksystem wird für den Fall einer Abweichung des Fahrzeugs von der Sollspur ein entgegengerichtetes Gegenlenkmoment erzeugt. Dieses ist zumindest abschnittsweise als Polynomfunktion ausgeführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Beeinflussung des Lenkmoments in einem mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung versehenen Fahrzeuglenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der DE 10 2005 003 177 A1 wird ein Verfahren zur Verhinderung von Unfällen von Fahrzeugen beschrieben, die auf ein unbeabsichtigtes Verlassen der Sollspur zurückgehen. Hierzu werden zunächst mithilfe eines Fahrspurerkennungssystems, beispielsweise einer Kamera oder einem Radarsystem, die Sollspur und die tatsächliche Position des Fahrzeuges bezogen auf die Sollspur ermittelt. Wird ein Verlassen der Sollspur durch das Fahrzeug detektiert, erfolgt eine Warnung an den Fahrer. Zusätzlich kann im Fahrzeug ein Gegenlenkmoment aufgebracht werden, durch welches der Fahrer beim Einhalten der Fahrspur unterstützt wird. Das Gegenlenkmoment wirkt dem durch den Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel entgegen. Mit wachsendem Lenkwinkel wächst auch das durch die Aktorik aufgebrachte Gegenlenkmoment.
Darüber hinaus gehende Informationen, insbesondere über den Verlauf der Gegenlenkmomentkurve, sind der DE 10 2005 003 177 A1 nicht zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur Erhöhung der Fahrsicherheit im Falle des Abweichens von der Sollspur ein Gegenlenkmoment zu erzeugen. Zweckmäßigerweise soll das Gegenlenkmoment mit einfachen Mitteln an unterschiedliche Fahrsituationen anzupassen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Beeinflussung des Lenkmoments in einem mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung versehenen Fahrzeuglenksystem wird ein Gegenlenkmoment bzw. Rückstellmoment für den Fall erzeugt, dass sich das Fahrzeug nicht mehr auf der Sollspur befindet. Die Höhe des Gegenlenk- bzw. Rückstellmoments kann über eine parametrierbare Polynomfunktion beeinflusst werden, welche zumindest abschnittsweise die Gegenlenkmomentkurve bildet, in der die Höhe des Gegenlenkmomentes als Funktion der tatsächlichen Abweichung von der Sollspur dargestellt ist. Die Wahl einer Polynomfunktion hat den Vorteil, dass die die Polynomfunktion bestimmenden Parameter an die aktuelle Fahrsituation bzw. Umgebungssituation angepasst werden können, ohne die Polynomfunktion an sich umprogrammieren zu können. Auf diese Weise kann schnell auf eine veränderte Fahrsituation reagiert werden. Die die Polynomfunktion beeinflussenden Parameter sind beispielsweise diskrete Punkte im Verlauf des Gegenlenkmomentes, deren gewählte Position einen unmittelbaren Einfluss auf die Höhe des Gegenlenkmomentes hat.
Das Gegenlenkmoment bewirkt, dass das Lenksystem auch ohne Einfluss durch den Fahrer bestrebt ist, das Fahrzeug wieder in die Sollspur zu bringen. Mit zunehmendem Abstand zur Sollspur steigt das Gegenlenkmoment an, so dass auch der Widerstand gegen Lenkbewegungen des Fahrers größer wird, die das Fahrzeug noch weiter von der Sollspur entfernen würden. Aber auch ohne Änderung des aktuellen Lenkwinkels durch den Fahrer verspürt dieser ein rückstellendes Moment in der Lenkhandhabe, sobald das Fahrzeug die Sollspur verlassen hat.
Die Abweichung zur Sollspur wird zweckmäßigerweise in einer die Querdynamik des Fahrzeugs beeinflussenden Kenngröße bestimmt, insbesondere in der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Lenkwinkel oder in der Querabweichung zwischen Soll- und Ist-Position des Fahrzeuges.
Vorteilhafterweise steigt das Gegenlenkmoment mit zunehmendem Abstand zur Sollspur progressiv an, um beim Verlassen der Sollspur einen zunehmenden Widerstand gegen Lenkbewegungen entgegenzusetzen, über die der Abstand zur Sollspur noch vergrößert werden würde. Die Gegenlenkmomentfunktion ist insbesondere wannenförmig ausgebildet, wobei der tiefste Punkt der Funktion im Bereich der Sollspur liegt und mit zunehmendem Abstand zur Sollspur anwächst. Das Gegenlenkmoment ist im Bereich der Sollspur zweckmäßigerweise Null, wobei hiermit lediglich das zusätzliche Moment bezeichnet ist, welches bei einer Abweichung von der Sollspur erzeugt wird. Dem Gegenlenkmoment kann noch dasjenige Lenkmoment überlagert werden, welches zur Verbesserung des subjektiven Lenkgefühls auch bei Einhaltung der Sollspur und bei einer Lenkradposition um die Lenkmittellage erzeugt wird.
Die wannenförmige Gegenlenkmomentfunktion ist zweckmäßigerweise auf einen Maximalwert begrenzt, der mit Erreichen einer bestimmten Abweichung von der Sollspur erreicht wird.
Die Polynomfunktion nimmt entweder den gesamten Verlauf für das Gegenlenkmoment oder nur einen Abschnitt aus dem Verlauf ein. Im Falle eines nur abschnittsweisen Verlaufes können die übrigen Abschnitte des Gegenlenkmomentes gemäß anderen Funktionen ausgebildet sein, beispielsweise als Geradenabschnitte. Typischerweise wird die Polynomfunktion im Übergang zum steileren Anstieg im Gegenlenkmomentverlauf gewählt, wohingegen der Abschnitt zwischen dem tiefsten Punkt und dem Beginn der Polynomfunktion als Gerade oder als sonstige Funktion ausgebildet ist. Auch der Anstieg bis zum Maximalwert kann als Geradenfunktion oder sonstige Funktion ausgeführt sein.
Die Polynomfunktion wird vorteilhafterweise über mehrere vorzugebende Punkte definiert, insbesondere über drei Punkte, deren Position vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeuges bzw. den Umgebungsbedingungen abhängt. So wird beispielsweise ein erster Punkt vorgegeben und die beiden weiteren Punkte aus einem vorgegebenen x-Abstand zum ersten Punkt sowie einer vorgegebenen Steigung berechnet. Diese weiteren Parameter, also der x-Abstand sowie die Steigung, stellen den Verlauf der Polynomfunktion charakterisierende Einflussgrößen dar. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, als Einflussgrößen die Fahrzeuggeschwindigkeit, die aktuelle Fahrbahnbreite und/oder die Fahrbahnkrümmung heranzuziehen, die jeweils als aktuelle Werte in die Bestimmung der Polynomfunktion einfließen. Beispielsweise kann bei hoher Fahrgeschwindigkeit zur genauen Zentrierung des Fahrzeugs in der Sollspur ein verhältnismäßig hoher y-Wert des ersten vorzugebenden Punktes eingestellt werden. Gleiches gilt für schmale Fahrbahnen, da in diesem Fall bereits bei einer geringeren Abweichung von der Sollspur ein höherer Wert für das Gegenlenkmoment angestrebt wird. Auch bei einer hohen Krümmung einer Fahrbahnkurve werden verhältnismäßig früh bereits hohe Gegenlenkmomentwerte eingestellt. Desweiteren kann der Momentenverlauf auch in Abhängigkeit des Bewegungszustandes des Fahrzeugs in der Spur variiert werden, beispielsweise für den Fall, dass das Fahrzeug sich auf den Fahrbahnrand zubewegt oder sich vom Fahrbahnrand wegbewegt.
Als Polynomfunktion können verschiedenartige Funktionen realisiert werden. In Betracht kommt beispielsweise eine Bezierkurve, aus der das Gegenlenkmoment als Bernsteinpolynom zweiten Grades ermittelt wird. Der hierin enthaltene Parameter, welcher im Wertebereich zwischen Null und eins variiert wird, wird aus der Abweichung von der Sollspur bestimmt, wobei eine Skalierung bzw. Transformation zwischen dem niedrigsten und dem höchsten gewählten Punkt der Polynomkurve auf den vorgegebenen Wertebereich des Parameters des Bernsteinpolynoms durchgeführt wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor, über den ein Lenkmoment im Lenksystem erzeugbar ist,
2 ein Schaubild mit drei eingetragenen Punkten, die der Erzeugung einer Polynomfunktion für ein Gegenlenkmoment im Lenksystem zu Grunde gelegt werden,
3 die Funktion des Gegenlenkmomentes.
In 1 ist ein Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt, das ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgetriebe 4, ein Lenkgestänge 5 sowie einen elektrischen Servomotor 7 umfasst. Über das Lenkrad 2 gibt der Fahrer einen Lenkwinkel δ_L vor, der über die Lenkwelle 3 und das Lenkgetriebe 4 sowie das Lenkgestänge 5 in einen Radlenkwinkel δ_V umgesetzt wird. Über den elektrischen Servomotor 7 kann in das Lenkgetriebe 4 ein Lenkmoment eingespeist werden, beispielsweise ein unterstützendes Moment oder ein Gegenlenkmoment. Das einzuspeisende Lenkmoment hängt von diversen Zustands- und Kenngrößen des Fahrzeuges sowie der Umgebung ab.
Falls das Fahrzeug sich nicht auf der Sollspur befindet, sondern die Ist-Position des Fahrzeuges eine laterale Abweichung zur Sollspur aufweist bzw. der Ist-Lenkwinkel nicht mit dem Soll-Lenkwinkel übereinstimmt, wird ein Gegenlenkmoment erzeugt, welches geeignet ist, das Fahrzeug wieder auf die Sollspur zu bringen. Außerdem hat das Gegenlenkmoment zur Folge, dass weitere Auslenkungen, die geeignet sind, das Fahrzeug noch weiter von der Sollspur zu entfernen, mit einem zunehmenden Widerstand im Lenkrad verbunden sind, was ebenfalls der Aufgabe dient, dass die Sollspur wieder eingenommen wird.
Die Sollspur sowie das Verlassen der Sollspur werden mithilfe einer geeigneten Sensorik festgestellt, beispielsweise kamerabasierten Systemen oder Sensorsystemen, die auf Radar oder Lidar beruhen. Infrage kommen auch Navigationssysteme (GPS) mit hinterlegter Straßenkarte.
Wird festgestellt, dass die Sollspur verlassen wird, beispielsweise anhand der y- bzw. Querkoordinate des Fahrzeuges oder anhand einer Abweichung zwischen dem Ist-Lenkwinkel und dem Soll-Lenkwinkel, so wird ein Gegenlenkmoment in Abhängigkeit aktueller Fahrzustandsgrößen sowie der Umgebungsbedingungen im elektrischen Servomotor erzeugt. Hierzu werden drei Punkte P₀, P₁ und P₂ bestimmt (2, 3), die den Verlauf der Gegenlenkmomentkurve maßgeblich bestimmen. Die Position dieser Punkte P₀, P₁ und P₂ hängt von den Zuständen und Bedingungen im Fahrzeug und der Umgebung ab und kann während der Fahrt fortlaufend aktualisiert werden, um auch sich ändernden Bedingungen bzw. Zuständen Rechnung zu tragen.
Im Schaubild nach 2 markiert der Null-Wert der x-Koordinate die Sollspur, dementsprechend markiert jeder Punkt im Schaubild mit einer x-Koordinate größer Null die Abweichung von der Sollspur. Die y-Koordinate stellt dagegen das Gegenlenkmoment dar.
Vorgegeben wird zunächst ein erster Punkt P₁, dessen x-Koordinate und y-Koordinate von den Zustands- und Umgebungsbedingungen abhängen. Bei höherer Geschwindigkeit des Fahrzeuges kann die x-Koordinate kleiner und die y-Koordinate höher gewählt werden. Entsprechend gibt es auch weitere Abhängigkeiten beispielsweise von der Fahrbahnkrümmung, der Fahrbahnbreite und insbesondere auch den weiteren Umgebungsbedingungen, beispielsweise Witterungseinflüssen. Auch die weitere Fahrzeuglängs- und Querdynamik wie z. B. die Gierrate des Fahrzeuges kann in die Bestimmung der Punkte P₀, P₁ und P₂ einfließen.
Nach Festlegung des Punktes P₁ werden die beiden weiteren Punkte P₀ und P₂ durch den Abstand dx einerseits sowie die Festlegung der Steigung m₂ zwischen dem Punkt P₁ und P₂ andererseits definiert. Sowohl der Abstand dx, der im Ausführungsbeispiel nach 2 sowohl für den Abstand zwischen P₀ und P₁ als auch dem Abstand zwischen P1 und P₂ gleich ist, als auch die Steigung m₂ hängen von Zustands- und Umgebungsbedingungen ab. Die Steigung m₁ im Abschnitt zwischen dem Ursprung und dem Punkt P₀ ist üblicherweise bereits mit der Festlegung des Punktes P₁ definiert, da m₁ die Steigung der Geraden zwischen dem Ursprung und dem Punkt P₁ bezeichnet.
Es kann ggf. zweckmäßig sein, für den Abstand des Punktes P₁ zum weiter links liegenden Punkt P₀ und zum weiter rechts liegenden Punkt P₂ unterschiedlich große Werte für dx zu wählen.
Ausgehend von den festgelegten Punkten P₀, P₁ und P₂ wird eine Polynomfunktion zwischen P₀ und P₂ festgelegt. Im zuvor liegenden Abschnitt zwischen dem Ursprung und P₀ wird die Geradenfunktion mit Steigung m₁ beibehalten, ebenso im Abschnitt, welcher auf den Punkt P₂ folgt. Die gesamte Funktion ist auf einen Maximalwert M_R,max gedeckelt. Außerdem ist die Funktion spiegelbildlich aufgebaut, die Spiegelachse befindet sich bei der x-Koordinate gleich Null.
Ausgehend von den drei Punkten P₀, P₁, P₂ wird eine quadratische Bezierkurve zugrunde gelegt, aus der das Gegenlenkmoment M_R als Bernsteinpolynom 2. Grades gemäß folgender Funktion ermittelt wird: MR = (1 – t)2P0 + 2t(1 – t)P1 + t2P2.
Hierin stellt t einen Parameter dar, der im Wertebereich zwischen 0 und 1 liegt. Die Abweichung Δδ oder Δy zwischen dem niedrigsten Punkt P₀ und dem höchsten Punkt P₂ wird auf den vorgegebenen Wertebereich zwischen 0 und 1 des Parameters t transformiert, wobei mit Δδ als Sollspurabweichung die Differenz zwischen Soll- und Ist-Lenkwinkel und mit Δy die Differenz zwischen Soll- und Ist-Lage des Fahrzeugs in Querrichtung bezeichnet wird.
Das vorbeschriebene System stellt eine Spurhaltefunktion dar, mit dem der Fahrer beim Einhalten der Sollspur unterstützt wird. Durch Beeinflussung der Parameter kann hierbei ein unerwünschtes Aufschwingen der Spurhaltefunktion dynamisch so beeinflusst werden, dass die Schwingungen abklingen bzw. bereits im Ansatz unterdrückt werden.
Mit dem System kann flexibel auf den aktuellen Fahr- bzw. Betriebszustand im Fahrzeug reagiert werden. Beispielsweise kann mit einer relativ hohen Steigung im ersten Kurvenbereich ein verhältnismäßig hoher Assistenz- bzw. Unterstützungsgrad eingestellt werden. In diesem Fall muss der Fahrer nur unterstützend eingreifen, der Hauptanteil der Fahrzeugführung wird hingegen durch das Spurführungssystem übernommen.
Des Weiteren kann das Spurführungssystem mit einem Modul zur Beobachtung des Fahrerverhaltens erweitert werden. Bei diesem Modul wird bei nicht aktiviertem Spurführungssystem die vom Fahrer gefahrene Trajektorie mit dem Streckenverlauf vergleichen, der beispielsweise mit der fahrzeugeigenen Sensorik wie der Kamera ermittelt wird. Aus dem Vergleich kann ein fahrerindividuelles Fahrverhalten abgeleitet werden, das mithilfe von Parametern definiert wird, wobei die wannenförmige Funktion des Gegenlenkmomentverlaufes in der Weise ausgeformt werden kann, dass bei eingeschaltetem Spurführungssystem ein Fahrverhalten erzeugt wird, welches dem vom Fahrer bevorzugten Verhalten entspricht oder doch zumindest nahe kommt.

1: Lenksystem
2: Lenkrad
3: Lenkwelle
4: Lenkgetriebe
5: Lenkgestänge
6: Vorderrad
7: Elektrischer Servomotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005003177 A1 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zur automatischen Beeinflussung des Lenkmoments in einem mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung versehenen Fahrzeuglenksystem (1), bei dem für den Fall, dass das Fahrzeug von einer Sollspur abweicht, ein der Abweichung (Δδ, Δy) entgegen gerichtetes Gegenlenkmoment (M_R) erzeugt wird, das mit zunehmender Abweichung (Δδ, Δy) anwächst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlenkmoment (M_R) zumindest abschnittsweise als parametrierbare Polynomfunktion ausgeführt ist, wobei das Gegenlenkmoment (M_R) im Bereich der Sollspur ein Minimum aufweist und mit zunehmendem Abstand zur Sollspur ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlenkmoment (M_R) mit zunehmendem Abstand zur Sollspur progressiv ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Punkte (P₀, P₁, P₂) für die Gegenlenkmoment(M_R)-Funktion vorgegeben werden, die der Polynomfunktion zugrunde gelegt werden, wobei die drei Punkte (P₀, P₁, P₂) abhängig vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder den Umgebungsbedingungen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Punkt (P₁) vorgegeben wird und die beiden weiteren Punkte (P₀, P₂) aus einem vorgegebenen x-Abstand (dx) zum ersten Punkt (P₁) sowie einer vorgegebenen Steigung (m₂) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Punkte (P₀, P₁, P₂) einer quadratischen Bezierkurve zugrunde gelegt werden, aus der das Gegenlenkmoment (M_R) als Bernsteinpolynom 2. Grades ermittelt wird: MR = (1 – t)2P0 + 2t(1 – t)P1 + t2P2,worin (t) einen Parameter darstellt, der im Wertebereich zwischen 0 und 1 liegt, wobei die Abweichung (Δδ, Δy) zwischen dem niedrigsten Punkt (P₀) und dem höchsten Punkt (P₂) auf den vorgegebenen Wertebereich des Parameters (t) transformiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion nur zwischen den niedrigsten Punkt (P₀) und den höchsten Punkt (P₂) gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlenkmoment (M_R) außerhalb des Intervalls zwischen dem niedrigsten Punkt (P₀) und dem höchsten Punkt (P₂) geradlinig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der niedrigste Punkt (P₀), der der Polynomfunktion zugrunde gelegt wird, mit Abstand zur Sollspur liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlenkmoment (M_R) auf einen Maximalwert (M_R,max) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion von der aktuellen Fahrbahnbreite (d) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion von der aktuellen Fahrbahnkrümmung (1/r) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion vom aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugs abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Abweichung die Lenkwinkeldifferenz (Δδ) zwischen Ist- und Soll-Lenkwinkel herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Abweichung der Querabstand (Δy) zwischen Ist- und Solllage des Fahrzeugs herangezogen wird.
Lenksystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.