DE102010054355B4

DE102010054355B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs nach einem Ausweichmanöver

Info

Publication number: DE102010054355B4
Application number: DE102010054355.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Förster; Andreas Hartmann; Ning Bian
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2009-12-12
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: DE102010054355A1; DE102009058147A1

Abstract

Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs nach einem Ausweichmanöver in einer neuen Fahrspur, wobei anhand der Lenkaktivität des Fahrers und anhand von Daten aus einem Fahrspurerkennungssystem eine vom Fahrer angestrebte Zielfahrspur erkannt und eine Stabilisierung des Fahrzeugs auf der Zielfahrspur automatisch unterstützt wird dadurch gekennzeichnet, dass die vom Fahrer angestrebte Zielfahrspur nach der Erkennung einer Einlenkphase und dem Beginn einer darauf folgenden Zurücklenkphase bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs nach einem Ausweichmanöver und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. 10.
Die Druckschrift DE 10 2010 002 067 A1 offenbart ein Fahrerassistenzverfahren für ein Kraftfahrzeug mit einer Spurführungsassistenzfunktion, welche den Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Halten der Fahrspur entlang einer Solltrajektorie unterstützt. Durch Auswertung wenigstens eines vorgegebenen Kriteriums wird ein bevorstehender Fahrspurwechsel des Kraftfahrzeugs erkannt, wobei bei einem erkannten bevorstehenden Fahrspurwechsel die Solltrajektorie derart angepasst wird, dass sie als Spurwechseltrajektorie auf die neue Fahrspur führt.
Die Druckschrift DE 10 2004 039 741 A1 offenbart ein Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge mit einer Erkennungseinrichtung für Spurwechsel des eigenen Fahrzeugs. Die Erkennungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein für die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentatives Gierratensignal zu überwachen und einen Spurwechsel daran zu erkennen, dass das Gierratensignal nach einer Richtung von einem Referenzwert abweicht und danach innerhalb einer begrenzten Zeitspanne zu dem Referenzwert zurückkehrt und mit einer Änderungsrate, die größer als ein bestimmter Schwellenwert ist, zur anderen Seite des Referenzwertes durchschwingt.
Die Druckschrift DE 103 56 510 A1 offenbart ein Verfahren zum Stabilisieren eines Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen, bei dem eine kritische Fahrsituation mittels einer Sensorik erkannt wird und ein Regelalgorithmus unter einer vorgegebenen Bedingung mittels eines Bremssystems in den Fahrbetrieb des Fahrzeugs eingreift. An einer Radbremse eines Rades, an dem in Kürze ein Stabilisierungseingriff erwartet wird, wird bereits vor dem Stabilisierungseingriff ein Vorbereitungs-Bremsdruck mit geringem Pegel aufgebaut.
Ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers bei einem Ausweichmanöver wird in der Patentschrift EP 1 735 187 B1 offenbart. Dabei wird vom System eine optimale Ausweichtrajektorie ermittelt. Wenn der Fahrer ein Ausweichmanöver einleitet wird die Bahnführung auf dieser optimalen Trajektorie von einem automatischen System unterstützt.
Nachteil dieses Verfahren ist die Unkenntnis des Systems über die Fahrerabsicht auf Manöverebene, d.h. wohin will der Fahrer ausweichen, welches ist die Zielfahrspur des Fahrers. Wenn die vom System berechnete Trajektorie und das vom Fahrer beabsichtigte Ausweichmanöver nicht übereinstimmen, besteht die Gefahr einer falschen bzw. behindernden Unterstützung durch das System.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Fahrer eines Fahrzeugs bei einem Ausweichmanöver, insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, beim Erreichen eines stabilen Fahrzustands in der Zielfahrspur zu unterstützen.
Ein Ausweichmanöver besteht aus einer Einlenkphase, einer Zurücklenkphase in die Zielfahrspur und ggf. einer Korrekturphase bzw. Einschwingphase.
Viele Fahrer führen ein Ausweichmanöver insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder einer unmittelbar bevorstehenden Kollision nicht optimal durch, sondern zeigen eine Überreaktion beim Einlenken. Es wird insbesondere zu lang eingelenkt, wodurch die Zurücklenkphase zu spät gestartet wird. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug einen zu großen Spurversatz auf Manöverebene vollzieht. Zudem wird ein hoher Gierwinkel aufgebaut, was auf der Stabilitätsebene zu einem instabilen Fahrzeugverhalten führen kann wie Übersteuern, Verlust der Seitenführungskraft an den Hinterrädern, Aufbau hoher Schwimmwinkel etc. In der Korrekturphase muss der Fahrer das Fahrzeug im Falle eines durch das Ausweichmanöver hervorgerufenen instabilen Fahrzeugzustandes das Fahrzeug in der Zielfahrspur durch weitere Lenkaktionen stabilisieren. Er wird hierbei in modernen Fahrzeugen durch ein ESC System unterstützt, was den Stand der Technik darstellt. ESC Systeme sorgen dabei nicht für ein Erreichen eines lateral stationären Fahrzustandes auf der Manöverebene in einer Zielfahrspur, sondern nur für ein Erreichen eines stabilen Fahrzustandes.
Selbst ohne Eintreten eines instabilen Fahrzeugzustandes und stabilisierenden Eingriff eines ESC Systems treten bereits Wankreaktionen des Fahrzeugs aufgrund der dynamischen Lastwechsel auf, was bei weiteren Überreaktionen des Fahrers beim vermeintlichen Korrigieren zu einem Schlingern und Aufschaukeln des Fahrzeugs führen kann. Dies kann zu einer erhöhten Kollisionsgefahr mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Straßenbegrenzungen führen, bis hin zum Verlassen der Fahrbahn.
Aufgrund der Fahrfehler beim Einlenken sind daher häufig korrigierende Lenkeingriffe durch den Fahrer nötig, um einen lateral stationären Fahrzustand in der Zielfahrspur zu erreichen. Dies wird als Einschwingphase bezeichnet.
Zur Unterstützung eines Fahrers wird deshalb das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Es baut im Kern auf einer Erkennung der Zurücklenkphase in einem Ausweichmanöver auf, wodurch die vom Fahrer angesteuerte Zielfahrspur erkannt wird, da ein Zurücklenken typischerweise erst bei Erreichen der angestrebten Zielfahrspur erfolgt. Somit ist die laterale Position des Fahrzeugs zu Beginn der Zurücklenkphase näherungsweise diejenige, die der Fahrer anstrebt. Es kann in einer vorteilhaften Ausführungsform auch die Richtung der Rücklenkbewegung bei der Bestimmung der Zielfahrspur berücksichtigt werden, da eine Überreaktion beim Einlenken häufig auftritt. Die möglichen Fahrspuren auf der Fahrbahn werden mit Hilfe von Daten eines Fahrspurerkennungssystems identifiziert. Wenn sich das Fahrzeug zum Startzeitpunkt der Rücklenkphase zwischen zwei Fahrspuren befindet, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung diejenige als Zielfahrspur ausgewählt, die in Richtung der Rücklenkbewegung liegt. Ein Fahrspurerkennungssystem besteht z.B. aus einem Kamerasystem und einer Auswerteeinheit. Fahrspurmarkierungen oder der Fahrbahnrand vor dem Fahrzeug werden vom System erkannt und anhand dieser Informationen die möglichen Fahrspuren auf einer Fahrbahn bestimmt. Somit bietet das System eine angemessene Unterstützung des Fahrers in der Korrektur- bzw. Einschwingphase nach einem Ausweichmanöver. Das Fahrzeug wird auf der Zielfahrspur stabilisiert. Typisch für eine Einlenkphase ist z.B. ein hoher Lenkwinkelgradient, ein hohes Lenkmoment durch Fahrer, ein hoher Lenkwinkel. Zusätzlich können zur besseren Erkennung des Vorliegens einer Ausweichsituation auch die Daten von Umfelderfassungssensoren (Radarsensoren, Lidarsensoren und/oder Kamerasensoren oder fusionierte Daten von verschiedenartigen Sensoren) herangezogen werden, die Hindernisse auf der eigenen Fahrspur erkennen. Der erkannte Ausweichvorgang und die damit einhergehend die Erkennung der Einlenkphase ist Voraussetzung für die Erkennung der Zurücklenkphase und die Erkennung, welche Zielfahrspur vom Fahrer gewählt wurde.
Die Zurücklenkphase wird durch den Start des Zurücklenkens des Fahrers erkannt. Die Zurücklenkphase ist durch eine Lenkaktivität des Fahrers gekennzeichnet, die in ihrer Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zum Einlenkvorgang ist. Weitere Kriterien für die Erkennung der Zurücklenkphase sind z.B., dass eine Größe wie ein Lenkwinkel oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit oder ein Lenkmoment oder eine Lenkdauer einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Nach der Erkennung der Zurücklenkphase wird die vom Fahrer angestrebte Zielfahrspur identifiziert. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der aktuellen Position zum Zeitpunkt der Erkennung der Zurücklenkphase ggf. und Fortführung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkels und der Lage der Fahrspuren, wie sie vom Fahrspurerkennungssystem erkannt werden.
Eine Beispiel für ein Ausweichmanöver mit Einlenkphase und Zurücklenkphase ist in 1 dargestellt. Die Einlenkphase dauert etwas zu lang an, das Zurücklenken wirkt effektiv erst zu einem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug schon am äußeren Rand der neuen Fahrspur angekommen ist. Hier kann unter Berücksichtigung der Position zu Beginn der Rücklenkphase und ggf. der Richtung des vom Fahrers aufgebrachten Lenkwinkels die richtige Zielfahrspur, nämlich die Nachbarfahrspur, erkannt werden. Der Fahrer wird nun in der Korrektur- bzw. Einschwingphase bei der Stabilisierung und beim Erreichen eines stationären Fahrzustands in der Zielfahrspur unterstützt. Dies erfolgt z.B. indem das Fahrzeug nach dem Notausweichvorgang auf die neue Zielfahrspur durch ein aktives Lenksystem, das geeignete Lenkmomente zur Stabilisierung ausgibt, geführt wird. Das Fahrzeug wird ggf. mit einer gleichzeitigen Bremsung stabilisiert. Ohne Unterstützung des Fahrers durch eine Stabilisierung basierend auf der erkannten Zielfahrspur gemäß der Erfindung könnte das Fahrzeug schlingern oder sich durch falsche Lenkbewegungen des Fahrers aufschaukeln, wie durch die geschlängelte Linie dargestellt wird.
Insbesondere kann die Erfindung als überlagerte Regelung der Lenkung basierend auf einer Spurerfassung und im Zusammenspiel mit Stabilisierungssystemen wie ABS, ESP und DSR arbeiten.
Im Weiteren wird geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Die Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung des Fahrzeugs kann ein aktives Lenksystem, insbesondere ein elektrisches Lenksystem wie eine elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS (Electric Power Steering), mit Momenten- oder Winkelüberlagerung sein, und die Steuereinheit kann über die Steuersignale das aktive Lenksystem derart ansteuern, dass Lenkmomente aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und der Spurhaltung der lateralen Fahrzeugposition unterstützen. Bei einem aktiven Lenksystem mit Momentenüberlagerung wird der Fahrer dadurch unterstützt, dass haptisch signalisiert wird, wie er lenken soll. Bei einem aktiven Lenksystem mit Winkelüberlagerung kann dagegen aktiv eine Lenkbewegung durch die Vorrichtung erzeugt werden. Durch das aktive Lenksystem aufgebrachte Lenkmomente können insbesondere aus Sicherheitsgründen vom Fahrer durch eine größere eigene Gegenkraft übersteuert werden. Die Vorrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass die Ansteuerung des aktiven Lenksystems abgebrochen wird, wenn erkannt wird, dass der Fahrer eine bewusste, gewollte Lenkaktion durchführen will.
Eine derartige Lenkaktion kann beispielsweise durch Messung des vom Fahrer selbst aufgebrachten Lenkwinkels und/oder und/oder Lenkwinkelgradients und/oder der vom Fahrer selbst aufgebrachten Lenkkraft erkannt werden.
Das System zur Unterstützung des Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung des Fahrzeugs kann auch eine Fahrdynamikregelung mit Bremseingriff sein, und die Steuereinheit kann über die Steuersignale die Fahrdynamikregelung derart ansteuern, dass Giermomente über radindividuelle Bremseingriffe aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und der Spurhaltung der lateralen Fahrzeugposition unterstützen. Durch das Aufbringen von radindividuellen Bremseingriffen können Giermomente um die Hochachse des Fahrzeugs erzeugt werden, die zur Fahrzeugstabilisierung und Spurhaltung dienen können.
In 2 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs bei einer Bremsung gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Fahrspurerfassungseinheit 10 auf, die beispielsweise eine Front-Kamera eines LDW (Lane Departure Warning)-Systems, eine Radar- oder Lidarsensorik aufweist. Die Fahrspurerfassungseinheit 10 weist ferner eine Fahrspurerkennungseinheit auf, die in Form einer Algorithmik in einem Programm zur Fahrspurerfassung ausgebildet sein kann. Die Einheit 10 kann Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, das eine LDW-Funktionalität beinhaltet, oder als gesonderte Einheit vorgesehen sein, die ihre Daten anderen Fahrerassistenzsystemen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt. Hierzu gibt die Fahrspurerfassungseinheit 10 Fahrspurdaten 14 digital über eine Schnittstelle aus. Die Fahrspurdaten 14 können beispielsweise über einen Fahrzeug-Bus anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden.
Vorteilhafterweise liefert die Fahrspurerfassungseinheit neben der aktuellen Fahrspur ebenfalls Daten über die Nachbarfahrspuren, die mögliche Zielfahrspuren bei einem Ausweichmanöver sind.
An einen solchen Bus ist eine Steuereinheit 12 angeschlossen, die eine Schnittstelle 121 zum Empfangen der Fahrspurdaten 14 und einen Prozessor 122 zum Verarbeiten der empfangenen Daten aufweist. Die Steuereinheit 12 empfängt ferner über die Schnittstelle 121 Geschwindigkeitsdaten Vx des Fahrzeugs, longitudinale Beschleunigungsdaten ax und/oder Bremsdruckdaten pF von jeweiligen Sensoriken. Diese Daten können beispielsweise auch von einem ABS- oder ESP-System über einen Fahrzeug-Bus bereitgestellt und von der Steuereinheit 12 über den Bus empfangen werden.
Die Steuereinheit 12, genauer gesagt der Prozessor 122, erzeugt auf Basis der empfangenen Daten Steuersignale 16 für ein aktives Lenksystem 18 und/oder eine Fahrdynamikregelung 20 mit radindividuellem Bremseingriff, wie beispielsweise ein ABS- oder ESP-System. Die Erzeugung der Steuersignale 16 und deren Wirkung auf die Systeme 18 und 20 werden im Folgenden im Detail erläutert.
Bezugszeichenliste

10: Fahrspurerfassungseinheit
12: Steuereinheit
121: Schnittstelle
122: Prozessor
14: Fahrspurdaten
16: Steuersignale
18: aktives Lenksystem
20: Fahrdynamikregelung

Claims

Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs nach einem Ausweichmanöver in einer neuen Fahrspur, wobei anhand der Lenkaktivität des Fahrers und anhand von Daten aus einem Fahrspurerkennungssystem eine vom Fahrer angestrebte Zielfahrspur erkannt und eine Stabilisierung des Fahrzeugs auf der Zielfahrspur automatisch unterstützt wird dadurch gekennzeichnet, dass die vom Fahrer angestrebte Zielfahrspur nach der Erkennung einer Einlenkphase und dem Beginn einer darauf folgenden Zurücklenkphase bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Fahrer angestrebte Zielspur unter Berücksichtigung der aktuellen Position zum Zeitpunkt der Erkennung der Zurücklenkphase und ggf. der Richtung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkels erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlenkphase erkannt wird, wenn ein Lenkwinkelgradient oder das durch den Fahrer erzeugte Lenkmoment oder Lenkwinkel größer als ein vorgegebener Wert ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung des Vorliegens einer Ausweichsituation Daten eines Umfelderfassungssystems berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zurücklenkphase wird durch den Start einer Lenkaktivität des Fahrers erkannt, wobei diese der Einlenkphase unmittelbar folgt und eine Richtung aufweist, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Richtung des Einlenkvorgangs ist
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zurücklenkphase erkannt wird, wenn der Lenkwinkel oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit oder ein Lenkmoment einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder die Lenkaktivität länger als eine vorgegebene Zeit andauert
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung und Spurhaltung des Fahrzeugs über die Ansteuerung eines aktives Lenksystem (18) Lenkmomente aufgebracht werden, die die Stabilisierung des Fahrzeugs und die Spurhaltung bezüglich der lateralen Fahrzeugposition unterstützen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung und Spurhaltung des Fahrzeugs eine Fahrdynamikregelung (20) mit Bremseinheit derart angesteuert wird, dass Giermomente über radindividuelle Bremseingriffe aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und der Spurhaltung der lateralen Fahrzeugposition unterstützen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spurhaltung einer lateralen Fahrzeugposition des Fahrzeugs in der Fahrspur als laterale Fahrzeugposition die aktuelle laterale Fahrzeugposition des Fahrzeugs in der Fahrspur oder eine andere laterale Fahrzeugposition des Fahrzeugs, insbesondere die Mitte der Fahrspur oder ein gleicher Abstand zu seitlichen Hindernissen, als Sollgröße vorgegeben ist.
Vorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung eines Fahrzeugs nach einem Ausweichmanöver in einer neuen Fahrspur, umfassend - einer Fahrspurerfassungseinheit (10) und - einer Steuereinheit (12), der Fahrspurdaten (14) von der Fahrspurerfassungseinheit und Daten über die Lenkaktivität des Fahrer und ggf. Bremsdaten zugeführt werden, und die ausgebildet ist, basierend auf den zugeführten Daten anhand eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 Steuersignale (16) für ein System (18, 20) zur Unterstützung des Fahrers bei der Stabilisierung und Spurhaltung des Fahrzeugs zu erzeugen.