DE102011122190A1

DE102011122190A1 - Verfahren zum Einstellen eines Lenkrad-Regelmoments und Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102011122190A1
Application number: DE201110122190
Authority: DE
Inventors: Christophe Bonnet; Marcel Hofmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Einstellen eines Regelmoments (MRegler), das auf ein fahrerbetätigtes Lenkrad aufgebracht wird bereit. Dabei ist das Regelmoment (MRegler) ein den Fahrer bei einem Fahrmanöver unterstützender Hinweis für eine notwendige Lenkeinstellung zum Fahren einer Trajektorie, die zuvor für das Fahrmanöver anhand von Daten der Fahrzeugumgebung berechnet wird. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Festlegen von Gewichtungsfaktoren (β) in Abhängigkeit eines von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (MFahrer) in Bezug zu dem Regelmoment (MRegler), – Erfassen des Lenkmoments (Moll) für das Regelmoment (MRegler) mit dem von dem Lenkmoment (MFahrer) abhängigen Gewichtungsfaktor (β) und Erhalten eines gewichteten Stellwerts (RFStell) für das einzustellende Regelmoment (MRegler). Ferner wird ein Fahrerassistenzsystem beansprucht, das das Verfahren zum Einstellen des Regelmoments (MRegler) ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Regelmoments, das direkt oder indirekt auf ein von einem Fahrer zu betätigendes Lenkrad aufgebracht wird, und ein Fahrerassistenzsystem, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, die Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Fahrzeugs etwa beim Einparken oder beim Manövrieren in schwieriger Umgebung, zum Beispiel beim Befahren von engen Straßen oder Wegen, umsetzen. Bei Einparkassistenzsystemen beispielsweise unterscheiden sich abstandsmessende Systeme, semi-automatische und vollautomatische sowie autonome Systeme, die jeweils einen unterschiedlichen Grad der Fahrerbeteiligung am Parkgeschehen erfordern. Während abstandsmessende Systeme lediglich den Abstand zu einem Objekt anzeigen, führen autonome Systeme den Parkvorgang ohne Fahrereingriff durch. Dazwischen geben semiautomatische Systeme dem Fahrer Fahrhinweise, um einer Trajektorie des Fahrmanövers optimal zu folgen.
So beschreibt die DE 10 2009 046 731 A1 , um einen Fahrer zu notwendigen Lenkeinstellungen haptisch zu informieren, ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrzeuglenkers bei einem Fahrmanöver, wobei zunächst anhand von Daten der Umgebung des Fahrzeugs eine zu fahrende Trajektorie berechnet wird. Der Fahrer erhält dann Hinweise zu notwendigen Lenkeinstellungen zum Fahren dieser Trajektorie. Dies erfolgt über sich ändernde Momente, die auf ein vom Fahrer zu betätigendes Lenkrad aufgebracht werden.
Dieses Verfahren kann von einer Parkhilfe für ein Fahrzeug zur Fahrerunterstützung realisiert werden. Die Fahrerunterstützung besteht hierbei darin, bei einem Parkvorgang ein den Fahrer unterstützendes Moment auf ein Lenkrad des Fahrzeugs auszuüben, um den Fahrer zu veranlassen, das Lenkrad in eine Richtung zu bewegen, die zum Fahren entlang der zu fahrenden Trajektorie erforderlich ist. Das ausgeübte Moment nimmt zu, wenn eine von dem Fahrer durchgeführte Lenkeinstellung von einer zum Fahren der Trajektorie erforderlichen Lenkeinstellung abweicht. Nimmt die Abweichung zu, nimmt auch das ausgeübte Moment zu.
Da mit der Lenkunterstützung kein autonomes Fahren des Fahrzeugs realisiert werden soll, sondern lediglich der Fahrer „dezent” um eine Solltrajektorie bzw. einen Solllenkwinkel unterstützt werden soll, muss die Regelung relativ schwach eingestellt werden. Solange der Fahrer mitlenkt, ist dies auch ausreichend. Um den Fahrer auf ein Verlassen der Trajektorie deutlich hinzuweisen, müsste die Regelung stärker, bzw. die Reglerverstärkung größer sein. Eine derartige Regelung wäre aber für den Fahrer unangenehm oder könnte sogar instabil sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine deutlich wahrnehmbare und gleichzeitig stabile Reglerrückmeldung beim Verlassen der Solltrajektorie bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ferner wird diese Aufgabe mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Des erfindungsgemäße Verfahren gestattet das Einstellen eines Regelmoments, das auf ein von einem Fahrer zu betätigendes Lenkrad aufgebracht wird, so dass eine starke aber stabile Reglerverstärkung erfolgt, wenn ein Abweichen von einer Solltrajektorie etwa durch Überlenken erkannt wird. Das Regelmoment ist bei einem Fahrmanöver ein unterstützender Hinweis für eine notwendige Lenkeinstellung zum Fahren der Trajektorie an den Fahrer. Die Trajektorie wird zuvor für des Fahrmanöver anhand von Daten der Umgebung des Fahrzeugs berechnet. Das Verfahren umfasst das Festlegen von Gewichtungsfaktoren in Abhängigkeit eines von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments in Bezug zu dem Regelmoment, so dass nach Feststellen eines durch den Fahrer ausgeübten Lenkmoments ein Sollwert für das Regelmoment mit dem von dem Lenkmoment abhängigen Gewichtungsfaktor gewichtet wird. So wird ein gewichteter Stellwert für das einzustellende Regelmoment erhalten. Damit kann eine stabile Regelung für die Einstellung des Regelmoments angepasst an das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkmoment erfolgen. Durch den Gewichtungsfaktor kann die Regelung bei einer deutlichen gegenläufigen Abweichung des Lenkmoments von dem Sollregelmoment, zum Beispiel wenn der Fahrer deutlich gegen das System lenkt, stärker eingreifen, ohne instabil zu werden, während die Regelung schwach bleibt, wenn der Fahrer mit dem System lenkt. Es wird eine gewünschte Rückmeldung am Lenkrad erhalten und die Regelung bleibt stabil.
In einer Ausführungsform kann der Gewichtungsfaktor für Lenkmomente in einer Richtung, die der Richtung des Regelmoments entspricht, konstant eingestellt sein. Bevorzugt kann hier der Gewichtungsfaktor gleich 1 sein.
Für Fahrer-Lenkmomente in einer Richtung, die der Richtung des Regelmoments entgegengesetzt ist, kann der Gewichtungsfaktor bis zu einem ersten Grenzlenkmoment ebenfalls konstant eingestellt sein. Hier kann der Gewichtungsfaktor gegebenenfalls größer gewählt werden oder bevorzugt gleich dem Gewichtungsfaktor sein, der für die Lenkmomente in einer Richtung, die der Richtung des Regelmoments entspricht, festgesetzt ist.
Ab diesem ersten Grenzlenkmoment kann der Gewichtungsfaktor für Lenkmomente in einer Richtung, die der Richtung des Regelmoments entgegengesetzt ist, zunehmen, um bei größeren Abweichungen von der Solltrajektorie eine stärkere Rückmeldung an den Fahrer im Lenkrad zu erzeugen. So kann der Gewichtungsfaktor für ein Lenkmoment, dessen Richtung der Richtung des Regelmoments entgegengesetzt ist und das größer als das erste Grenzlenkmoment ist, bis zu einem maximalen Gewichtungsfaktor zunehmen, der an einem zweiten Grenzlenkmoment erreicht wird, das größer als das erste Grenzlenkmoment ist.
Diese Zunahme des Gewichtungsfaktors zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzlenkmoment kann linear erfolgen.
Ab dem zweiten Grenzlenkmoment kann der Gewichtungsfaktor für ein Lenkmoment, dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments entgegengesetzt ist, konstant der maximale Gewichtungsfaktor sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Dazu umfasst das Fahrerassistenzsystem einen Aktuator zum Aufbringen eines Regelmoments auf ein von einem Fahrer zu betätigendes Lenkrad, eine mit Umgebungserfassungsvorrichtungen gekoppelte Recheneinheit zum Berechnen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver und eine Regelungseinheit zum Einstellen des Regelmoments entsprechend der Trajektorie. Die Regelungseinheit umfasst dabei eine Gewichtungseinheit, in der Gewichtungsfaktoren in Abhängigkeit eines von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments in Bezug zu dem Regelmoment festgelegt sind, und eine Erfassungsvorrichtung für das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkmoment. Die Gewichtungseinheit weist als Teil des Regelkreises einen Eingang für einen Sollwert des Regelmoments, einen Eingang für das erfasste Lenkmoments und einen mit dem Aktuator verbundenen Ausgang für einen mit dem von dem Lenkmoment abhängigen Gewichtungsfaktor gewichteten Stellwert auf.
Dabei kann es sich um ein Manövrierassistenzsystem zur Unterstützung des Fahrers beim Durchfahren enger Straßen oder Gassen handeln, die etwa auf Parkplätzen, in Parkhäusern oder in Altstadtbereichen vorkommen. Das Fahrerassistenzsystem kann bevorzugt ein Parkassistenzsystem sein, bei dem das unterstützte Fahrmanöver ein Einparkvorgang in eine Parklücke ist.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 ein Signalflussplan der Regelung,
2 ein Diagramm des Gewichtungsfaktors in Abhängigkeit des Fahrermoments zur Gewichtung des Reglersollmoments.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Einstellung der Regelung anhand des Lenkmoments angepasst, das der Fahrer am Lenkrad aufbringt. Lenkt der Fahrer (deutlich) gegen das System, wird die Regelung stärker. Lenkt er mit dem System, bleibt die Regelung schwach. Somit erreicht man die gewünschte Rückmeldung am Lenkrad und die Regelung bleibt stabil.
1 zeigt dazu den Signalflussplan der Regelung, mit der die bislang gegensätzlichen Ziele der Stabilität der Regelung und der verstärkten Rückmeldung beim Abweichen von der Trajektorie durch die Gewichtung des von dem Fahrer ausgeübten Moments M_Fahrer gemeinsam erfüllt werden können. Die Anforderung für die Stabilität wird durch die geringe Verstärkung des Sollwerts bzw. Sollmoments RF_Soll der Regelung mit dem Gewichtungsfaktor β zu dem Stellwert bzw. Stellmoments RF_Stell erfüllt, mit dem der Aktuator, der das Regelmoment M_Regler auf das Lenkrad ausübt, angesteuert wird. Die Voraussetzung für eine starke Rückmeldung ist eine große Verstärkung des Regelmoments M_Regler, wenn aufgrund des Handmoments M_Fahrer, das in eine Richtung wirkt, die zu einer Richtung entgegengesetzt ist, in die das Regelomoment M_Regler wirkt, eine große Abweichung vom Sollwert RF_Soll vorhanden ist. Dies wird erreicht, indem der Reglerausgang (die Zahnstangenkraft) in Abhängigkeit des Handmoments M_Fahrer am Lenkrad gewichtet wird.
Hierzu wird erfindungsgemäß ein auf das Lenkrad auszuübendes Regelmoment M_Regler auf die folgende Weise eingestellt, wobei 2 das Konzept zur Verstärkung des Reglereinflusses mit Gewichtung des Reglersollmoments verdeutlicht.
Das Regelmoment M_Regler wird mit einem Gewichtungsfaktor β gewichtet. Solange ein von dem Fahrer ausgeübtes Moment M_Fahrer in eine Richtung wirkt, die gleich der Richtung des Regelmoments M_Regler ist, ist der Gewichtungsfaktor β konstant und vorliegend gleich 1 und daher auch das Regelmoment M_Regler konstant. (2, linke Seite: „Momente in gleicher Richtung”).
Wenn das von dem Fahrer ausgeübte Moment M_Fahrer in eine Richtung wirkt, die zu der Richtung des Regelmoments M_Regler entgegengesetzt ist (2, rechte Seite: „Momente in entgegengesetzter Richtung”), ist der Gewichtungsfaktor β und daher das Regelmoment M_Regler bis zu einem ersten Schwellwert, bzw. dem ersten Grenzlenkmoment M_Fahrer,low konstant.
Bei einer größeren Abweichung des Lenkmoments M_Fahrer zu dem Regelmoment M_Regler erhöht sich der Gewichtungsfaktor β und daher das Regelmoment M_Regler (linear) ab dem ersten Grenzlenkmoment M_Fahrer,low bis zu einem zweiten Grenzlenkmoment M_Fahrer,high, das höher als das erste Grenzlenkmoment M_Fahrer,low ist. Vorliegend verläuft die Zunahme des Gewichtungsfaktors β in Abhängigkeit des Lenkmoments M_Fahrer linear bis zu einem maximalen Gewichtungsfaktor β_max. Über dem zweiten Grenzlenkmoment M_Fahrer,high ist der Gewichtungsfaktor β konstant gleich dem maximalen Gewichtungsfaktor β_max und entsprechend auch das auf das Lenkrad aufgebrachte Regelmoment M_Regler konstant.
Der Gewichtungsfaktor β über dem zweiten Grenzlenkmoment M_Fahrer,high ist höher als der Gewichtungsfaktor β unter dem ersten Gewichtungsfaktor M_Fahrer,low.
Auf diese Weise wird eine Regelung erzielt, die aufgrund einer geringen Verstärkung um den Sollwert eine hohe Stabilität und aufgrund einer hohen Verstärkung, wenn bei dem Handmoment M_Fahrer, das in die Richtung wirkt, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in die das Regelmoment M_Regler wirkt, eine hohe Abweichung von dem Sollwert vorliegt, eine starke Rückmeldung aufweist.
Anders als in 2 dargestellt sind selbstverständlich auch andere Verläufe des Gewichtungsfaktors in Abhängigkeit des Lenkmoments denkbar. So kann der Anstieg zwischen dem ersten und zweiten Grenzlenkmoment auch nichtlinear, gegebenenfalls sogar sprunghaft erfolgen. Ferner muss nicht zwangsläufig der Gewichtungsfaktor bis zu dem ersten Grenzlenkmoment konstant gleich dem Gewichtungsfaktor sein, der für ein in Richtung dem Regelmoment entsprechenden Lenkmoment vorgesehen ist. Hier könnte auch schon ein höherer Gewichtungsfaktor festgelegt werden. Auch konnte dieser Abschnitt völlig wegfallen, etwa wenn das erste Grenzlenkmoment bei Null liegt.
Eine Ausgestaltung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels ist wie folgt.
Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, muss von dem Fahrer des Fahrzeugs ein von null verschiedenes Grundmoment M_Grund am Lenkrad ausgeübt werden, dass der Regler kompensieren muss.
Um dieses Grundmoment M_Grund zu kompensieren, kann anstelle des Grundmoments 0 (null), wie es in 2 bei dem Schnittpunkt der x-Achse und der y-Achse gezeigt ist, das von null verschiedene Grundmoment M_Grund verwendet werden, was bedeutet, dass der Graph in 2 in Richtung der x-Achse verschoben ist.
Alternativ kann anstelle eines Vergleichs des Handmoments M_Fahrer und des Regelmoments M_Regler, wie es in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ein Vergleich des Handmoments M_Fahrer abzüglich des Grundmoments M_Grund und des Regelmoments M_Regler abzüglich des Grundmoments M_Grund durchgeführt werden,
Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046731 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Einstellen eines Regelmoments (M_Regler), das auf ein fahrerbetätigtes Lenkrad aufgebracht wird, wobei das Regelmoment (M_Regler) ein den Fahrer bei einem Fahrmanöver unterstützender Hinweis für eine notwendige Lenkeinstellung zum Fahren einer Trajektorie ist, die zuvor für das Fahrmanöver anhand von Daten der Fahrzeugumgebung berechnet wird, umfassend die Schritte: – Festlegen von Gewichtungsfaktoren (β) in Abhängigkeit eines von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (M_Fahrer) in Bezug zu dem Regelmoment (M_Regler), – Erfassen des Lenkmoments (M_Fahrer) und – Gewichten eines Sollwerts (RF_Soll) für des Regelmoment (M_Regler) mit dem von dem Lenkmoment (M_Fahrer) abhängigen Gewichtungsfaktor (β) und Erhalten eines gewichteten Stellwerts (RF_Stell) für das einzustellende Regelmoment (M_Regler).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entspricht, konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entspricht, gleich 1 ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entgegengesetzt ist, bis zu einem ersten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,low) konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entgegengesetzt ist, bis zu dem ersten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,low) gleich dem Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer) ist, dessen Richtung der Richtung des Regelmoments (M_Regler) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entgegengesetzt ist, von dem ersten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,low) bis zu einem zweiten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,high), das größer als das erste Grenzlenkmoment (M_Fahrer,low) ist, bis zu einem maximalen Gewichtungsfaktor (β_max) zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Zunahme des Gewichtungsfaktors (β) von dem ersten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,low) bis zu dem zweiten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,high) linear erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Gewichtungsfaktor (β) für ein Lenkmoment (M_Fahrer), dessen Richtung einer Richtung des Regelmoments (M_Regler) entgegengesetzt ist, ab dem zweiten Grenzlenkmoment (M_Fahrer,high) konstant der maximale Gewichtungsfaktor (β_max) ist.
Fahrerassistenzsystem, das zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist, umfassend – einen Aktuator zum Aufbringen eines Regelmoments (M_Regler) auf ein von einem Fahrer zu betätigendes Lenkrad, – eine mit Umgebungserfassungsvorrichtungen gekoppelte Recheneinheit zum Berechnen einer Trajektorie für ein Fahrmanöver, – eine Regelungseinheit zum Einstellen des Regelmoments (M_Regler) entsprechend der Trajektorie, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit – eine Gewichtungseinheit, in der Gewichtungsfaktoren (β) in Abhängigkeit eines von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (M_Fahrer) in Bezug zu dem Regelmoment (M_Regler) festgelegt sind, und – eine Erfassungsvorrichtung für das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkmoment (M_Fahrer) umfasst, wobei die Gewichtungseinheit einen Eingang für einen Sollwert (RF_Soll) des Regelmoments (M_Regler), einen Eingang für das erfasste Lenkmoment (M_Fahrer) und einen mit dem Aktuator verbundenen Ausgang für einen mit dem von dem Lenkmoment (M_Fahrer) abhängigen Gewichtungsfaktor (β) gewichteten Stellwert (RF_Stell) aufweist.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem ein Manövrierassistenzsystem, bevorzugt ein Parkassistenzsystem ist.