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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Spurhalteassistenten
in einem Fahrzeug sowie einen Spurhalteassistenten.
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In
der Automobilindustrie sind bereits seit geraumer Zeit sogenannte
Spurhalteassistenten bekannt, die die Unfallgefahr reduzieren und
die Sicherheit im Straßenverkehr insgesamt verbessern.
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Herkömmliche,
aus dem Stand der Technik bekannte Spurhalteassistenten berechnen
beispielsweise ein Spurhalteunterstützungsmoment in Abhängigkeit
von einer Querabweichung des Fahrzeugs gegenüber einer
Soll-Fahrlinie. Dabei misst eine Videokamera in einer definierten
Vorausschaudistanz den lateralen Versatz des Fahrzeugs zur idealen Soll-Fahrlinie.
Bei Unachtsamkeit des Fahrers weicht das Fahrzeug von der Soll-Fahrlinie
ab, sodass sich die Querabweichung vergrößert.
Sobald die Querabweichung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
wird der Spurhalteassistent aktiviert. Dieser stellt dann ein Spurhalteunterstützungsmoment,
eine asymmetrische Bremskraft oder eine sonstige geeignete Maßnahme
zur Beeinflussung der Fahrtrichtung bereit, um die Querabweichung
wieder zu reduzieren. Bei Erreichen der idealen Soll-Fahrlinie des Fahrzeugs
(in der Regel der Fahrspurmitte) wird der Spurhalteassistent gewöhnlich
deaktiviert, sodass die Bestimmung der Fahrtrichtung wieder im Wesentlichen
dem Fahrer obliegt. Ein derartiger Spurhalteassistent ist beispielsweise
in der
US 6,487,501
B1 gezeigt.
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Bei
Versuchen mit herkömmlichen Spurhalteassistenten hat sich
allerdings herausgestellt, dass der Fahrer die Fahrzeuglenkung bei
aktiviertem Spurhalteassistenten als „unsymmetrisch” empfindet,
was zu einem unerwünschten und ungewohnten Lenkgefühl
führt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Fahrzeug-Spurhalteassistenten so anzusteuern,
dass dem Fahrer ein gewohntes und sicheres Lenkgefühl vermittelt
wird.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung eines Spurhalteassistenten
in einem Fahrzeug gelöst, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
- a) Ermitteln einer Ist-Position
sowie einer Soll-Fahrlinie des Fahrzeugs;
- b) Bestimmen einer Querabweichung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung
der Ist-Position und der Soll-Fahrlinie;
- c) Aktivieren des Spurhalteassistenten, sobald die Querabweichung
einen vordefinierten Schwellenwert übersteigt; und
- d) Deaktivieren des Spurhalteassistenten bevor die Ist-Position
des Fahrzeugs die Soll-Fahrlinie erreicht.
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Durch
Unachtsamkeit des Fahrers überschreitet die Querabweichung
des Fahrzeugs den vordefinierten Schwellenwert, wodurch der Spurhalteassistent
in bekannter Weise aktiviert wird. Da die Maßnahmen des
Spurhalteassistenten zur Korrektur der Fahrtrichtung gewöhnlich
nicht abrupt, sondern allmählich ansteigend einsetzen,
wird das Fahrzeug erst nach der Aktivierung des Spurhalteassistenten ein
Querabweichungsmaximum erreichen und sich anschließend,
gesteuert vom Spurhalteassistenten, wieder der Soll-Fahrlinie des
Fahrzeugs annähern, bis diese erreicht ist. Die Aufmerksamkeit
des Fahrers wird sich in der Regel kurz nach der Aktivierung des
Spurhalteassistenten oder kurz nach Erreichen der maximalen Querabweichung
wieder soweit erhöhen, dass er nach einer Phase der Unachtsamkeit wieder „lenkbereit” ist.
Das Fahrzeug führt zu diesem Zeitpunkt infolge des nach
wie vor aktivierten Spurhalteassistenten eine „automatische
Kurvenfahrt” in Richtung zur Fahrspurmitte durch. Im üblichen
Lenkbetrieb ist der Fahrer jedoch gewohnt, beispielsweise durch
die Mittenzentrierung einer Servolenkung, dass die Lenkkraft symmetrisch
zu einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs ansteigt. Dementsprechend
sind die „automatische Kurvenfahrt” und die notwendige, manuelle
Lenkkraft für eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs für
den Fahrer ungewohnt und führen zu einem unsymmetrischen
Lenkeindruck. Um dieses unerwünschte Lenkgefühl
beim Fahrer zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
den Spurhalteassistenten bereits zu deaktivieren, bevor die Ist-Position
des Fahrzeugs die Soll-Fahrlinie erreicht.
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Vorzugsweise
wird der Spurhalteassistent erst dann deaktiviert, wenn sich das
Fahrzeug bereits in Richtung zur Soll-Fahrlinie hin bewegt. Hierzu
ist vorgesehen, dass die Querabweichung des Fahrzeugs nach der Aktivierung
des Spurhalteassistenten im Schritt c) ein Querabweichungsmaximum
erreicht und anschließend abnimmt, wobei das Querabweichungsmaximum
zumindest näherungsweise erfasst wird.
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Nach
dem Erreichen des Querabweichungsmaximums nähert sich das
Fahrzeug wieder der Soll-Fahrlinie an. Diese Bewegung in Richtung
zur Soll-Fahrlinie hin wird auch bei einer Deaktivierung des Spurhalteassistenten
beibehalten, da das Fahrzeug nach der Deaktivierung des Spurhalteassistenten üblicherweise
durch die Mittenzentrierung der Servolenkung in eine Geradeausfahrt
beaufschlagt wird. Diese Geradeausfahrt führt jedoch nach Überschreitung
des Querabweichungsmaximums ebenfalls zu einer Bewegung in Richtung
auf die Soll-Fahrlinie zu. Diese Annäherung an die Soll-Fahrlinie
findet dabei unter Umständen langsamer statt als bei einer
aktiven Kurvenfahrt mit aktiviertem Spurhalteassistenten, vermittelt
dafür aber dem Fahrer ein vertrautes Lenkgefühl.
Es steht dem Fahrer jederzeit frei, durch einen manuell aufgebrachten
Lenkeinschlag die Annäherung zur Soll-Fahrlinie hin zu
beschleunigen. Durch das frühere Abschalten des Spurhalteassistenten
wird also eine sichere Spurführung sowie die Insassensicherheit
in keinster Weise beeinträchtigt, sondern lediglich das
Lenkgefühl für den Fahrer verbessert, was insgesamt
eher zu einer verbesserten Verkehrssicherheit führt.
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Insbesondere
wird der Spurhalteassistent im Schritt d) mit Ablauf eines vordefinierten
Zeitintervalls deaktiviert, wobei das Zeitintervall bevorzugt nach Erfassung
des Querabweichungsmaximums zu laufen beginnt.
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Das
angesprochene, vordefinierte Zeitintervall liegt vorzugsweise unter
einer Sekunde. Besonders bevorzugt liegt das Zeitintervall im Bereich
von 0,15 s bis 0,35 s, beispielsweise 0,25 s.
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In
einer Verfahrensvariante wird das Querabweichungsmaximum im Schritt
c) zumindest näherungsweise mittels einer Querabweichungsrate
bestimmt, wobei das Querabweichungsmaximum als erreicht gilt, wenn
der Betrag der Querab weichungsrate unter einen vordefinierten Grenzwert
sinkt. Die Bestimmung des Querabweichungsmaximums mithilfe der Querabweichungsrate
ist sensorisch mit besonders geringem Aufwand durchführbar.
Selbstverständlich kann das Querabweichungsmaximum aber auch
direkt oder mittels weiterer bzw. anderer Hilfsgrößen
bestimmt werden. Der Grenzwert der Querabweichungsrate kann unter
0,3 m/s, vorzugsweise unter 0,2 m/s liegen. Je näher dieser
Grenzwert bei 0 liegt, desto exakter lässt sich das Querabweichungsmaximum
bestimmen. Allerdings ist eine besonders exakte Bestimmung des Querabweichungsmaximums
in der Regel nicht notwendig und aufgrund der eingesetzten Sensorik
auch nur eingeschränkt möglich. Der oben erwähnte
Grenzwert von etwa 0,2 m/s erlaubt üblicherweise eine hinreichend
genaue Bestimmung des Querabweichungsmaximums.
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In
einer weiteren Verfahrensvariante wird der Spurhalteassistent im
Schritt d) deaktiviert, wenn die Querabweichung den vordefinierten
Schwellenwert wieder unterschreitet. Diese Bedingung zur Deaktivierung
des Spurhalteassistenten kann unter Umständen mit der Bedingung
eines vordefinierten Zeitintervalls verknüpft werden. So
ist beispielsweise denkbar, dass der Spurhalteassistent erst dann deaktiviert
wird, wenn ein vordefiniertes Zeitintervall nach Erfassung des Querabweichungsmaximums abgelaufen
ist und darüber hinaus die Querabweichung den vordefinierten
Schwellenwert unterschreitet. Alternativ ist auch eine „Oder-Verknüpfung” denkbar,
sodass der Spurhalteassistent deaktiviert wird, wenn ein vordefiniertes
Zeitintervall nach Erfassung des Querabweichungsmaximums abgelaufen
ist oder wenn die Querabweichung den vordefinierten Schwellenwert
wieder unterschreitet.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante wird im Schritt c) ein
Lenksystem des Fahrzeugs aktiv durch den Spurhalteassistenten betätigt.
Dies ist vor allem bei Personenkraftwagen eine geeignete Möglichkeit,
die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Insbesondere bei
Lastkraftwagen kann die Beeinflussung der Fahrtrichtung alternativ
oder zusätzlich auch durch eine asymmetrische Bremsbetätigung
erfolgen.
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Für
den Fall, dass der Spurhalteassistent ein Lenksystem des Fahrzeugs
betätigt, erzeugt das Lenksystem im Schritt c) bei Überschreiten
eines ersten vordefinierten Schwellenwerts der Querabweichung ein
Spurhalteunterstützungsmoment, wobei das Spurhalteunterstützungsmoment
vorzugsweise zwischen dem ersten Schwellenwert und einem betragsmäßig
größeren, zweiten vordefinierten Schwellenwert
der Querabweichung ansteigt und bei Überschreiten des zweiten
Schwellenwerts im Wesentlichen konstant bleibt.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Spurhalteassistenten eines Fahrzeugs.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsvarianten unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine
Skizze des dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde
liegenden Fahrzeugmodells mit relevanten geometrischen und physikalischen Größen;
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2 eine
beispielhafte Kennlinie eines Spurhalteunterstützungsmoments
für das erfindungsgemäße Verfahren und
den erfindungsgemäßen Spurhalteassistenten;
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3 ein
Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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4 ein
Ablaufdiagramm bezogen auf einen Bereich „A” des
Blockschaltbilds gemäß 3;
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5 ein
Diagramm, in dem bei Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verschiedene Größen über der
Zeit aufgetragen sind; und
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6 ein
Diagramm, in dem bei Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Querabweichung und das Spurhalteunterstützungsmoment über
der Zeit aufgetragen sind.
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Die 1 zeigt
schematisch vereinfacht ein Fahrzeug 10 mit einem Schwerpunkt
S auf einer Fahrbahn 12 in einer Ist-Position 14,
wobei die Ist-Position 14 des Fahrzeugs 10 z.
B. als Position des Schwerpunkts S definiert ist. Des Weiteren ist eine
Soll-Fahrlinie 16 eingezeichnet, welche genau wie die Ist-Position 14 in
bekannter Art und Weise mittels wenigstens eines geeigneten Fahrzeugsensors
ermittelt wird. Eine entsprechende Fahrzeugsensorik weist beispielsweise
eine Videokamera auf, welche Fahrbahnmarkierungen erfassen und daraus
die Ist-Position 14 und die Soll-Fahrlinie 16 des
Fahrzeugs 10 berechnen kann.
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Darüber
hinaus sind in 1 drei Koordinatensysteme sowie
geometrische und physikalische Größen eingezeichnet,
welche zur Beschreibung der Fahrzeugsituation hilfreich sind. Mit
den Koordinatenachsen xE und yE wird
ein globales, ”erdfestes”, erstes Koordinatensystem
definiert. Ein zweites Koordinatensystem mit den Achsen xV und yV wird als ”fahrzeugfestes” Fahrzeugkoordinatensystem
bezeichnet und bezieht sich auf den Fahrzeugschwerpunkt S. Auf der
Soll-Fahrlinie 16 des Fahrzeugs 10 ist schließlich
noch ein drittes Koordinatensystem mit den Achsen xC und
yC definiert. Üblicherweise entspricht
die Soll-Fahrlinie 16 im Wesentlichen einer Fahrspurmitte
der Fahrbahn 12. Wie in 1 zu sehen,
wird das Fahrzeug 10 beispielhaft und vereinfachend gemäß dem
Einspurmodell nach Riekert und Schunck betrachtet, welches die Räder
an Vorder- und Hinterachse jeweils zu einem Einzelrad zusammenfasst.
Die fahrzeugseitigen, physikalischen Größen sind
folgendermaßen definiert:
- – Ein
Gierwinkel Ψ des Fahrzeugs 10 ist der Relativwinkel
zwischen der xE-Achse des ersten Koordinatensystems
und der xV-Achse des zweiten Koordinatensystems;
- – ein Schwimmwinkel β des Fahrzeugs 10 ist
der Relativwinkel zwischen der xV-Achse
des zweiten Koordinatensystems und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsvektor
v = [vX vY]T,
- – an einem Fahrzeugrad greifen longitudinale Kräfte
FX,f, FX,r an;
- – an einem Fahrzeugrad greifen laterale Kräfte FY,f, FY,r an;
- – am Fahrzeug ist ein Lenkwinkel bzw. Radwinkel δW eingestellt;
- – am Fahrzeug ist ein Lenkradwinkel δH eingestellt;
- – als Verhältnis von Lenkradwinkel δH zu Lenkwinkel δW ist
eine Lenkübersetzung iS eingezeichnet;
- – die Vorder- und Hinterachse weisen zum Fahrzeugschwerpunkt
S einen Abstand If bzw. einen Abstand Ir auf;
- – ein vordefinierter Vorausschaupunkt P weist zum Fahrzeugschwerpunkt
S einen Abstand Ip auf, wobei der Vorausschaupunkt
P ein fahrzeugfester Referenzpunkt ist;
- – eine Querabweichung Δr ist der Abstand des Punktes
(xC, yC) = (0, 0)
des dritten Koordinatensystems zur Achse xV des
zweiten Koordinatensystems.
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In
einem vorgegebenen Abstand von der Ist-Position 14 des
Fahrzeugs 10 (Vorausschaudistanz Ip)
wird beispielsweise mithilfe einer Videokamera die Querabweichung Δr
des Fahrzeugs 10 von der Soll-Fahrlinie 16 ermittelt.
Diese Querabweichung Δr steht somit als Sensorsignal zur
Verfügung, vorzugsweise für eine Momentenüberlagerung
in einem aktiven Lenksystem. Sobald die Querabweichung Δr
einen vordefinierten Schwellenwert ΔrS der
Querabweichung Δr übersteigt, wird ein Spurhalteassistent
des Fahrzeugs 10 aktiviert. Unter Spurhalteassistent ist dabei
eine Baueinheit zu verstehen, die in einem passiven Zustand relevante
physikalische Größen erfasst und vorgegebene Bedingungen überprüft.
In einem aktiven Zustand beeinflusst die Baueinheit darüber
hinaus aktiv die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10. Je nachdem,
ob die physikalischen Größen die vorgegebenen
Bedingungen erfüllen oder nicht, befindet sich der Spurhalteassistent
im passiven oder aktiven Zustand. Zur Beeinflussung der Fahrtrichtung wird
beispielsweise ein Lenksystem des Fahrzeugs 10 aktiv durch
den Spurhalteassistenten betätigt, vorzugsweise mit Hilfe
der in 1 dargestellten Größen. Das
Lenksystem erzeugt dann bei Überschreitung des vordefinierten
Schwellenwerts ΔrS der Querabweichung Δr
ein Spurhalteunterstützungsmoment TUM.
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In 2 ist
ein möglicher Verlauf des Spurhalteunterstützungsmoments
TUM über der Querabweichung Δr
aufgetragen. Das Spurhalteunterstützungsmoment TUM steigt dabei zwischen einem ersten Schwellenwert ΔrS1 und einem betragsmäßig
größeren, zweiten vordefinierten Schwellenwert ΔrS2 monoton an und bleibt bei Überschreiten
des zweiten Schwellenwerts ΔrS2 im
Wesentlichen konstant auf einem vorgegebenen Niveau eines maximalen
Unterstützungsmoments TMAX.
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Die 3 zeigt
ein Blockschaltbild mit einer schematischen Darstellung des Verfahrens
zur Steuerung des Spurhalteassistenten im Fahrzeug 10 gemäß einer
bevorzugten Verfahrensvariante. Insbesondere betrifft der dargestellte
Ablauf die Deaktivierung des Spurhalteassistenten, da von einem
Spurhalteunterstützungsmoment TUM ≠ 0
ausgegangen wird.
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Neben
dem Spurhalteunterstützungsmoment TUM werden
als weitere Eingangssignale noch die Querabweichung Δr,
ein vordefinierter Grenzwert ΔṙG einer
Querabweichungsrate Δṙ sowie ein vordefiniertes
Zeitintervall tV verwendet. In dieser Verfahrensvariante
steigt die Querabweichung Δr des Fahrzeugs 10 nach
der Aktivierung des Spurhalteassistenten auf ein Querabweichungsmaximum ΔrMAX (vgl. 5 und 6)
an und nimmt anschließend ab, wobei das Querabweichungsmaximum ΔrMAX näherungsweise erfasst wird
und der Spurhalteassistent mit Ablauf des vordefinierten Zeitintervalls
tV nach Erfassung des Querabweichungsmaximums ΔrMAX deaktiviert wird.
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Gemäß 3 wird
das Querabweichungsmaximum ΔrMAX mithilfe
der Ableitung der Querabweichung Δr, also der sogenannten
Querabweichungsrate Δṙ ermittelt. Dabei muss der
Betrag der ermittelten Querabweichungsrate |Δṙ|
kleiner oder gleich dem vordefinierten Grenzwert ΔṙG sein und zugleich ein Spurhaltemoment TUM ≠ 0 vorliegen, damit ein Merker
D gesetzt wird. Je kleiner dabei der Betrag des vordefinierten Grenzwerts ΔṙG der Querabweichungsrate Δṙ gesetzt
wird, desto genauer entspricht der Zeitpunkt, zu dem der Merker
D gesetzt wird, dem Erreichen des Querabweichungsmaximums ΔrMAX.
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Die 4 zeigt
ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße
Verfahren, unter Bezugnahme auf den in 3 mit „A” markierten
Bereich. Mit dem Setzen des Merkers D wird auch ein Zeitzähler
tint = t gesetzt. Falls t ≥ tint + tV, wird ein
weiterer Merker F auf den Wert 1 gesetzt. Sobald der Merker F den Wert
1 annimmt, wird der Spurhalteassistent deaktiviert und der Merker
F wieder zu 0 gesetzt. Der Ablauf für diesen Verfahrensausschnitt
zum Setzen der Merker D und F ist in dem Ablaufdiagramm gemäß 4 detailliert
dargestellt.
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Die 5 gibt
den Verlauf der Querabweichung Δr, der Querabweichungsrate Δṙ und
des Spurhalteunterstützungsmoments TUM über
der Zeit t an, wenn der Spurhalteassistent gemäß dem
oben erwähnten Verfahren angesteuert wird. Des weiteren sind
auch die Grenzwerte ΔṙG der
Querabweichungsrate Δṙ sowie die Zeitpunkte zum
Setzen der Merker D und F eingezeichnet.
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Die
Besonderheit des Verfahrens zur Steuerung des Spurhalteassistenten
besteht darin, dass das Spurhalteunterstützungsmoment TUM bereits auf 0 absinkt, bevor das Fahrzeug 10 seine
Soll-Fahrlinie 16 (Δr = 0) erreicht hat.
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Mit
anderen Worten wird der Spurhalteassistent bereits deaktiviert,
bevor die Ist-Position 14 des Fahrzeugs 10 die
Soll-Fahrlinie 16 erreicht. Durch ein solches, gegenüber
dem Stand der Technik vorgezogenes Abschalten des Spurhalteassistenten
werden hinsichtlich des Fahrgefühls die eingangs erwähnten Vorteile
erreicht. Maßgebend für die Deaktivierung des
Spurhalteassistenten sind in der dargestellten Verfahrensvariante
die zumindest näherungsweise Erfassung des Querabweichungsmaximums ΔrMAX sowie ein vordefiniertes Zeitintervall
tV. Nach Ablauf dieses Zeitintervalls tV, ausgehend vom Zeitpunkt der Erfassung
des Querabweichungsmaximums ΔrMAX, ist
bei der Abschaltung des Spurhalteassistenten sichergestellt, dass
sich das Fahrzeug 10 auch ohne aktive Spurhaltung in Richtung
zur Soll-Fahrlinie 16 hin bewegt. Somit bleibt auch bei
vorgezogener Deaktivierung des Spurhalteassistenten eine maximale
Fahrzeugsicherheit erhalten.
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Vorzugsweise
wird der Spurhalteassistent spätestens dann deaktiviert,
wenn die Querabweichung Δr den vordefinierten Schwellenwert ΔrS (6: ΔrS ≈ 0,5 m) wieder unterschreitet.
Dies ist in 6 mit der gepunkteten Linie
T'UM angedeutet.
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Obwohl
die Zahlenwerte in den 5 und 6 lediglich
als Beispiele zu verstehen sind und vom jeweiligen Fahrzeugtyp sowie
der Konstruktion der Fahrzeuglenkung bzw. der Fahrzeugbremsanlage
abhängen, haben sich die nachfolgenden Zahlenwerte in ihrer
Größenordnung als geeignet und vorteilhaft erwiesen.
So beträgt z. B. das vordefinierte Zeitintervall tV vorzugsweise weniger als eine Sekunde,
besonders bevorzugt liegt es im Bereich von 0,15 s bis 0,35 s, insbesondere
bei 0,25 s.
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Der
Grenzwert ΔṙG der Querabweichungsrate Δṙ liegt
vorzugsweise unter 0,3 m/s, besonders bevorzugt unter 0,2 m/s.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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