DE102009028880A1

DE102009028880A1 - Fahrtrichtungsstabilisierungssystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102009028880A1
Application number: DE102009028880A
Authority: DE
Inventors: Stephan Stabrey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-03
Also published as: US20110054741A1; CN102001359B; FR2949414A1; CN102001359A; US8958953B2; US20130166151A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (1). Um das Unfallrisiko in Fahrsituationen zu senken, in denen der Fahrer, weil er beispielsweise überrascht ist, falsch reagiert, wird vorgeschlagen, den Fahrbetrieb in Bezug auf das Eintreten eines Ereignisses zu überwachen, aufgrund dessen sich die Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (1) abweichend von der am Lenkrad vorgegebenen Fahrtrichtung ändert, und bei Feststellung eines solchen Ereignisses einen automatischen Eingriff in den Fahrbetrieb durchführen, mittels dessen das Fahrzeug (1) etwa in die ursprüngliche Fahrtrichtung zurückbewegt wird, die es vor Eintritt des Ereignisses hatte.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
In den meisten Kraftfahrzeugen sind heute Fahrdynamikregler, wie z. B. ESP, eingebaut, die den Fahrer in kritischen Fahrsituationen unterstützen und das Fahrzeug automatisch stabilisieren. Bekannte Fahrdynamikregler führen üblicherweise eine Gierratenregelung durch, bei der unter Berücksichtigung der Lenkradstellung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und weiterer Größen ein Sollwert für die Gierrate des Fahrzeugs berechnet wird. In Fahrsituationen, in denen die gemessene Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate zu stark abweicht, weil das Fahrzeug beispielsweise über- oder untersteuert, wird ein automatischer Brems- oder Lenkeingriff ausgeübt, der das Fahrzeug wieder stabilisiert. Das Fahrzeug wird dabei auf eine Bewegungsbahn geführt, deren Radius vom Fahrer im Wesentlichen durch die Lenkradstellung vorgegeben wird.
Es können nun Fahrsituationen auftreten, in denen die vom Fahrer gewählte Lenkradstellung ungünstig ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fahrzeug durch ein Ereignis, wie z. B. eine Kollision, ein Giermoment erfährt, infolge dessen sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ändert. Wenn der Fahrer in einer solchen Situation – weil er z. B. überrascht ist oder aufgrund eines Schockzustands – nicht gegenlenkt, greift zwar der Fahrdynamikregler ein und stabilisiert das Fahrzeug. Die Fahrtrichtung, in der das Fahrzeug stabilisiert wird, entspricht aber nicht der ursprünglichen Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Eintritt des Ereignisses. Fährt ein Fahrzeug beispielsweise auf einer geraden Fahrbahn in eine bestimmte Richtung und wird durch eine versetzte Heckkollision in Rotation um die Hochachse versetzt, greift der Fahrdynamikregler ein und verzögert die Gierbewegung des Fahrzeugs. Sobald sich das Fahrzeug stabilisiert hat, bewegt es sich entsprechend der vom Fahrer gewählten Lenkradstellung weiter. Hat der Fahrer die Lenkradstellung nach der Heckkollision nicht geändert, bewegt es sich auf einem Kurs weiter, der gegenüber der ursprünglichen Bewegungsrichtung um einen bestimmten Winkel gedreht ist. Im weiteren Verlauf kommt das Fahrzeug von der Fahrbahn ab, wodurch sich die Gefahr eines Folgeunfalls erhöht.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Fahrsituationen zu erkennen und Maßnahmen einzuleiten, mit denen die Fahrsicherheit verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, den Fahrzustand des Fahrzeugs in Bezug auf das Eintreten eines Ereignisses, wie z. B. eine Kollision, zu überwachen, aufgrund dessen sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs abweichend von der vom am Lenkrad vorgegebenen Fahrtrichtung (ungewollt) ändert. Bei Feststellung eines solchen Ereignisses wird ein automatischer Eingriff durchgeführt, mittels dessen das Fahrzeug um einen relativen Gierwinkel zurückgedreht wird, um den es sich zuvor infolge des Ereignisses relativ zur Fahrbahn gedreht hat. Der Lenkradwinkel, den der Fahrer nach Eintritt des Ereignisses am Lenkrad vorgibt, wird bei der Bestimmung des relativen Gierwinkels vorzugsweise nicht berücksichtigt. Mit diesem Verfahren ist es möglich, ein Fahrzeug so auszurichten, dass die Fahrzeugbewegungsrichtung nach der Kollision im Wesentlichen der Richtung der Fahrbahn entspricht.
Ein Fahrzeug, das sich vor Eintritt des Ereignisses auf einer Geraden in eine bestimmte Richtung bewegt hat und durch eine Kollision ausgelenkt wurde, wird durch das erfindungsgemäße Assistenzsystem wieder auf eine Gerade in derselben Richtung zurückgeführt. Der relative Gierwinkel ist in diesem Fall derjenige Winkel, den sich das Fahrzeug infolge des Ereignisses um die Hochachse gedreht hat.
Bewegt sich das Fahrzeug vor Eintritt des Ereignisses auf einer gekrümmten Bewegungsbahn mit einem bestimmten Kurvenradius, wird es nach einer Kollision so ausgerichtet, dass der Winkel zwischen Fahrbahnrichtung und Fahrzeug-Längsrichtung etwa gleich groß ist wie vor der Kollision. D. h., das Fahrzeug wird um einen relativen Gierwinkel zurück gedreht, den sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs relativ zur Fahrbahnrichtung geändert hat.
Sobald die neue Fahrtrichtung erreicht wurde, wird die Assistenzfunktion vorzugsweise deaktiviert und die konventionelle Fahrdynamikregelung aktiviert, so dass das Fahrzeug wieder der Fahrerlenkvorgabe folgt.
Da der Fahrer vom erfindungsgemäßen Assistenzsystem quasi übergangen wird, ist es von höchster Bedeutung, ein solches Ereignis zuverlässig festzustellen. Gemäß ein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, ein solches Ereignis zu erkennen, wenn sich die ursprüngliche Fahrtrichtung des Fahrzeuges ändert, der vom Fahrer vorgegebene Lenkradwinkel aber nicht ausreichend mit dem Fahrzeugverhalten korrespondiert. Es wird also eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt, bei der das Gierverhalten des Fahrzeuges und das Lenkverhalten des Fahrers in Relation gesetzt werden. Darüber hinaus werden vorzugsweise weitere physikalische Größen, die mit einem solchen Ereignis einhergehen, überwacht. So kann beispielsweise mittels Beschleunigungssensoren eine Kollision festgestellt werden. Außerdem kann überprüft werden, ob ein Airbag ausgelöst worden ist, ein Reifendefekt aufgetreten ist und/oder ein anderes Signal vorliegt, das auf ein solches Ereignis hinweist.
Der automatische Eingriff wird vorzugsweise mit Hilfe des Bremssystems und/oder des Lenksystems und/oder eines aktiven Differentials des Fahrzeugs durchgeführt. Der erfindungsgemäße Stelleingriff kann im Rahmen einer Steuerung oder Regelung durchgeführt werden.
Um den relativen Gierwinkel zu bestimmen, den das Fahrzeug zurück gelenkt werden soll, wird vorzugsweise die zeitliche Änderung des Fahrzeug-Gierwinkels nach dem Eintritt des Ereignisses aufintegriert. Außerdem wird vorzugsweise noch die Fahrzeuggeschwindigkeit zeitlich integriert und daraus unter Berücksichtigung der Fahrbahnkrümmung die Richtungsänderung der Fahrbahn bestimmt.
Unter der Annahme, dass die Krümmung κ der Fahrbahn für nicht zu lange Wege etwa konstant ist, ergibt sich die Winkeländerung Δψ_FB der Fahrbahn zu: Δψ_FB = κ∫vdt
Die Winkeländerung des Fahrzeugs aufgrund des Ereignisses ergibt sich durch Integration der gemessenen Gierrate ψ . zu: Δψ_FZ = ∫ψ .dt
Das z. B. mit den Radbremsen einzustellende Giermoment M_Z ergibt sich dann im einfachsten Fall bei Verwendung eines P-Reglers zu: M_Z = K(Δψ_FB – Δψ_FZ)
Die Winkeldifferenz (Δψ_FB – Δψ_FZ) ist dabei der relative Gierwinkel, den sich das Fahrzeug relativ zur Fahrbahn gedreht hat. Neben P-Reglern sind natürlich auch andere Reglerstrukturen denkbar. So kann z. B. ein zusätzlicher D-Anteil im Regler vorgesehen werden, um ein Überschwingen des Gierwinkels zu vermeiden. Das vom Algorithmus ermittelte Giermoment M_Z wird vorzugsweise durch unterlagerte Regler, die z. B. das an den Bremsen wirkende Bremsmoment regeln, eingestellt. Wie bereits erwähnt können aber auch andere Stellglieder, wie z. B. ein Lenksteller oder ein aktives Differential angesteuert werden, um das Fahrzeug zu drehen.
Die erfindungsgemäße Assistenzfunktion einschließlich Signalauswertung und Regelung ist vorzugsweise als Software realisiert, die auf einem Steuergerät läuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 die Bewegung eines Fahrzeuges nach Eintritt eines externen Ereignisses mit herkömmlicher Fahrdynamikregelung;
2 die Bewegung eines Fahrzeuges nach Eintritt eines externen Ereignisses mit erfindungsgemäßer Fahrtrichtungsregelung;
3 eine schematische Funktionsstruktur eines erfindungsgemäßen Fahrdynamik-Regelungssystems mit integriertem Fahrtrichtungsregler; und
4 die Bewegung eines Fahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Fahrtrichtungsregelung, das sich auf einer gekrümmten Fahrbahn bewegt, nach einer Kollision.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Fahrbahn 10 mit Seitenstreifen 12 dargestellt, auf der sich ein Fahrzeug 1 von links nach rechts bewegt. Die Zeichnung veranschaulicht dabei das Bewegungsverhalten eines Fahrzeugs, das mit einem herkömmlichen Fahrdynamikregler ausgestattet ist, nach einer Kollision. Im Zustand A bewegt sich das Fahrzeug 1 mit einer Geschwindigkeit v auf einer im Wesentlichen geraden Bewegungsbahn 3. Kurz darauf, im Zustand B, wird das Fahrzeug 1 durch eine versetzte Heckkollision mit einem anderen Fahrzeug 4 ausgelenkt und in Rotation versetzt. Sobald der Fahrdynamikregler eine zu hohe Abweichung der Ist- von der Soll-Gierrate erkennt, wird über die Radbremsen ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs ausgeübt, das der Gierbewegung des Fahrzeugs entgegenwirkt und das Fahrzeug stabilisiert. Sofern der Fahrer, weil er beispielsweise unter Schock steht oder falsch reagiert, das Lenkrad in der ursprünglichen Stellung festhält, wird das Fahrzeug 1 vom Fahrdynamikregler auf eine gerade Bewegungsbahn geregelt. Das Fahrzeug 1 fährt in diesem Fall in der neuen Richtung geradeaus weiter und kommt von der Fahrbahn ab, wie in den Zuständen C–E gezeigt ist.
2 zeigt vergleichsweise das Bewegungsverhalten eines Fahrzeugs in derselben Unfallsituation, wobei das Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Fahrdynamikregler mit zusätzlicher Fahrtrichtungs-Stabilisierungsfunktion ausgestattet ist. In diesem Fall erfolgt im Zustand B wiederum eine versetzte Heckkollision, durch die das Fahrzeug 1 ausgelenkt wird. Der Fahrdynamikregler erkennt wie zuvor eine Gierratenabweichung und stellt z. B. über unterlagerte Bremsregler ein Bremsmoment an den Radbremsen ein, das der Gierbewegung des Fahrzeugs 1 entgegenwirkt. Das vom Regler ausgeübte Giermoment M_z ist im Unterschied zu herkömmlichen Reglern allerdings so bemessen, dass das Fahrzeug um einen relativen Gierwinkel zurückgedreht wird, den es sich zuvor infolge des Ereignisses relativ zur Fahrbahn gedreht hat. Der vom Fahrer am Lenkrad vorgegebene Lenkwinkel wird dabei im Wesentlichen ignoriert, da die Gierratenabweichung durch zusätzliche Informationen vom Airbagsteuergerät auf die Kollision zurückgeführt werden kann.
Wie aus der Figur zu erkennen ist, wird das Fahrzeug 1 in den Zuständen C–E auf eine Bewegungsbahn geführt, die parallel zur ursprünglichen Bewegungsbahn und damit in dieselbe Richtung verläuft.
3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrdynamik-Regelungssystems. Dieses umfasst einen oder mehrere Sensoren 15a, 15b zur Überwachung des Fahrzustands in Bezug auf ein Ereignis, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die Sensoren 15a, 15b können z. B. Querbeschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren, einen Gierratensensor, eine Kamera oder beliebige andere Sensoren umfassen, die für die Erkennung eines solchen Ereignisses geeignet sind. Zusätzlich werden die Signale anderer Fahrzeugsysteme, wie z. B. eines Airbag-Systems 16 ausgewertet, aus denen sich ein Hinweis auf ein solches Ereignis ergibt. Das Gesamtsystem umfasst ferner auch solche Sensoren (nicht gezeigt), die zur Durchführung einer herkömmlichen Fahrdynamikregelung erforderlich sind.
Ein Algorithmus 18 zur Situationserkennung wertet die Sensorsignale aus und führt vorzugsweise eine Plausibilitätsprüfung durch, bei der das Gierverhalten des Fahrzeugs 1 und das Lenkverhalten des Fahrers in Relation gesetzt werden. Bei einer zu hohen Gierratenabweichung ohne Vorliegen weiterer Faktoren, die auf eine Kollision hinweisen, liegt lediglich eine Fahrsituation vor, in der das Fahrzeug über- oder untersteuert, weil der Fahrer beispielsweise zu schnell in die Kurve gefahren ist. In diesem Fall wird ein Signal 19 erzeugt, und der Fahrdynamikregler 21 greift in herkömmlicher Weise in den Fahrbetrieb ein, um das Fahrzeug 1 zu stabilisieren. Das vom Fahrdynamik-Regler 21 berechnete Giermoment M_z wird dabei mittels unterlagerter Bremsmomenten-Regler 23 und der Radbremsen 24 umgesetzt.
Wenn zusätzlich ein Signal vorliegt, das z. B. eine Airbag-Auslösung signalisiert, erkennt die Situationserkennung 18 ein erfindungsrelevantes Ereignis. In diesem Fall wird eine modifizierte Fahrdynamikregelung durchgeführt, bei der ein Giermoment M_z berechnet wird, das das Fahrzeug stabilisiert und darüber hinaus um einen relativen Gierwinkel zurück bewegt, den sich das Fahrzeug infolge der Kollision gegenüber der Fahrbahn gedreht hat. Der modifizierte Algorithmus ist hier mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. Das vom Fahrdynamik-Regler 22 berechnete Giermoment M_z wird wiederum mittels unterlagerter Bremsmomenten-Regler 23 und der Radbremsen 24 umgesetzt. Je nach Auslegung des Systems kann anstelle der Bremsen oder zusätzlich auch ein Lenksteller 25 angesteuert werden, um das Fahrzeug in die ursprüngliche Fahrtrichtung zurück zu lenken.
4 zeigt das Bewegungsverhalten eines Fahrzeugs 1, das auf einer gekrümmten Fahrbahn 10 fährt, nach einer Heckkollision. Im Zustand A bewegt sich das Fahrzeug 1 noch mit einer Geschwindigkeit v in Richtung der Fahrbahn 10. Im Zustand B wird von einem hinterher fahrenden Fahrzeug 4 eine versetzte Heckkollision verursacht, die das Fahrzeug 1 auslenkt und in Rotation versetzt. Der Fahrdynamikregler erkennt in diesem Fall eine Kollision in Verbindung mit einer Gierratenabweichung und stellt ein Bremsmoment an den Radbremsen ein, das der Gierbewegung des Fahrzeugs 1 entgegenwirkt.
Das vom Regler ausgeübte Giermoment M_z ist wiederum so bemessen, dass das Fahrzeug 1 um einen relativen Gierwinkel zurückgedreht wird, den es sich infolge des Ereignisses relativ zur Fahrbahnrichtung gedreht hat. Der Winkel, den sich das Fahrzeug relativ zu seiner ursprünglichen Fahrtrichtung gedreht hat, ist mit Δψ_FZ bezeichnet. Der Winkel, den sich die Richtung der Fahrbahn seit der Kollision geändert hat, ist mit Δψ_FB bezeichnet. Der relative Gierwinkel bestimmt sich in diesem Fall zu Δψ = (Δψ_FB – Δψ_FZ). Die Regelung erfolgt so lange, bis der relative Gierwinkel Δψ gleich Null ist.

Claims

Verfahren zur Beeinflussung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (1), das sich in einer bestimmten Fahrtrichtung (3) auf einer Fahrbahn (10) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Fahrbetrieb in Bezug auf ein Ereignis (2) überwacht wird, aufgrund dessen sich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) abweichend von der am Lenkrad vorgegebenen Fahrtrichtung ändert, – ein relativer Gierwinkel bestimmt wird, den sich das Fahrzeug infolge des Ereignisses relativ zur Fahrbahn (10) gedreht hat, und – dass ein automatischer Eingriff in den Fahrbetrieb durchgeführt wird, mittels dessen das Fahrzeug (1) im Wesentlichen um den relativen Gierwinkel zurück gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines solchen Ereignisses eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird, bei der das Gierverhalten des Fahrzeuges (1) und das Lenkverhalten des Fahrers in Relation gesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Ereignis mit Hilfe einer Sensorik zur Kollisionserkennung, durch Auswertung eines Airbagsensors, eines Sensors zum Erkennen eines Reifendefekts und/oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Sensors erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gierwinkel ermittelt wird, den sich das Fahrzeug (1) infolge des Ereignisses aus seiner ursprünglichen Richtung heraus gedreht hat.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung des Fahrzeug-Gierwinkeis nach dem Eintritt des Ereignisses aufintegriert wird, um die Gierwinkeländerung zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) nach dem Eintritt des Ereignisses aufintegriert wird und unter Berücksichtigung der Fahrbahnkrümmung ein Winkel ermittelt wird, den sich die Fahrbahnrichtung seit dem Eintritt des Ereignisses geändert hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeug (1), das sich vor Eintritt des Ereignisses auf einer Geraden in eine bestimmte Richtung bewegt hat, nach dem Eintritt des Ereignisses wieder auf eine Gerade in derselben Richtung zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Eingriff mit Hilfe des Bremssystems (24) und/oder des Lenksystems (25) und/oder eines aktiven Differentials des Fahrzeugs (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Eingriff im Rahmen einer Steuerung oder Regelung durchgeführt wird.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät für ein Fahrzeug, umfassend Mittel zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren.