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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Spurhalteassistenten für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Spurhaltesysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, durch die die Lenkung eines Kraftfahrzeugs aktiv beeinflussbar ist. Derartige Systeme weisen Einrichtungen zur optischen Fahrbahnranderkennung auf, die beispielsweise mittels Kameras durchgeführt wird. Hierdurch kann dem Lenkwinkel, der über das Lenkrad des Fahrers eingestellt wird, ein zusätzlicher Lenkwinkel überlagert werden, so dass abhängig von der jeweiligen Situation ein aktiver Eingriff in das Fahrverhalten stattfinden kann. Dieser Eingriff erzeugt ein Lenkmoment, das bei zu starker Annäherung des Fahrzeugs an den Fahrbahnrand das Fahrzeugt zurück in die Fahrbahnmitte bringt.
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Insbesondere sind aus dem Stand der Technik Torque Vectoring Verfahren bekannt, mit denen eine aktive Beeinflussung des Gierwinkels von Kraftfahrzeugen bzw. der Gierwinkel-beschleunigung möglich ist. Durch gezielte Beeinflussung der Antriebsmomente der Räder links und rechts des Fahrzeugs ist eine zusätzliche Lenkung möglich. Dies ist insbesondere bei Kurvenfahrten interessant, da die Kurvenfahrt gezielt gesteuert werden kann. Durch die variable Verteilung von Antriebskräften zu den kurveninneren bzw. zu den kurvenäußeren Rädern können die Giermomente um die Hochachse des Fahrzeugs verändert werden, um Schleuderunfälle zu vermeiden und insgesamt die Fahrzeugstabilität zu verbessern. Ein Beispiel für einderartiges Verfahren findet sich in der
DE 10 2010 001 068 A1 .
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Allerdings ist beispielsweise bei einer ausgeprägten Fahrbahnneigung oder bei einem sehr sportlichen Fahrstil eines Fahrers häufig das subjektiv empfundene Fahrsicherheitsgefühl des Fahrers trotz elektronischer Spurhaltesysteme eher gering.
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Dies begründet sich darin, dass beispielsweise bei einem sportlichen Fahrstil üblicherweise eine Kurve zu ihrem Innenrand nahe dem Fahrbahnrand durchfahren wird, worauf das Spurhaltesystem mit einer Lenkkorrektur zur Fahrbahnmitte hin reagiert. Diese Lenkkorrektur wird wiederum durch den Fahrer kompensiert, so dass die Kurve in einer schwingenden Bewegung durchfahren wird.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Fahrersicherheitsgefühl durch Anpassung des Spurhalteassistenten eines Kraftfahrzeuges an das menschliche Fahrverhalten, insbesondere an verschiedene Fahrstile zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Demnach wird ein Verfahren zur Steuerung eines Spurhalteassistenten für ein Kraftfahrzeug geschaffen, bei dem ein Abstand des Fahrzeugs zu einem Fahrspurrand einer Fahrbahn bestimmt und daraus ein Lenkmoment anhand einer Referenzkurve mit einem Hauptminimum erzeugt wird, wobei ein Kurvenradius der Fahrbahn oder ein Neigungswinkel der Fahrbahn berücksichtigt wird, indem die Referenzkurve derart gekippt wird, dass sich ein Nebenminimum ausbildet.
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Die Erfindung stellt kein in Abhängigkeit des Abstands üblicherweise stetig ansteigendes Lenkmoment während einer Kurvenfahrt bereit. Aufgrund des Nebenminimums während der Kurvenfahrt wird bei einem bestimmten Abstand ein geringeres Lenkmoment erzeugt. Dieser Abstand wird so gewählt, dass im Bereich des Minimums die Fahrbahn beispielsweise nahe dem Kurveninnenrand durchfahren werden kann, wodurch der Einfluss des Spurhalteassistenten geringer ist. Somit kann auf unterschiedliche Fahrstile reagiert werden und die Trajektorie des Fahrzeugs weist keine Schwingbewegung mehr auf. Folglich ist das subjektiv empfundene Fahrsicherheitsgefühl des Fahrers verbessert.
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Gemäß einer Ausführungsform der ist bei dem Verfahren die Referenzkurve spiegelsymmetrisch ist.
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Üblicherweise werden Spurhalteassistenten bei einer Abweichung nach links oder rechts der Fahrspurmitte symmetrisch ausgeführt, so dass das Verfahren auf einfache Weise in dem Spurhalteassistenten realisiert werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Referenzkurve in einem ersten Bereich das Hauptminimum und einen steilen Anstieg, in einem an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich einen flacheren Anstieg, und in einem an den zweiten Bereich angrenzenden dritten Bereich einen steilen Anstieg auf.
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Die Referenzkurve weist folglich zwischen dem zweiten und dem dritten Bereich im Falle des Kippens das Nebenminimum auf. Die Referenzkurve kann beispielsweise im ersten Bereich parabelförmig ausgeführt sein. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich kann ein Wendepunkt vorliegen, so dass die Kurvensteigung nicht mehr zunimmt. Anschließend erfolgt im dritten Bereich wieder ein parabelförmiger oder exponentieller Anstieg.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Verfahren die Form und Lage des Nebenminimums an einen gewählten Fahrstil angepasst.
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Üblicherweise wird ein Fahrstil eines Fahrers in die Kategorien sportlich, konventionell oder komfortabel eingeteilt. Das Verfahren kann diese Fahrstile berücksichtigen, indem die Form und Lage des Nebenminimums an einen gewählten Fahrstil angepasst wird. So wird bei einem sportlichen Fahrstil die Trajektorie beim Durchfahren einer Kurve wenigstens an einem Punkt so nahe wie möglich am inneren Fahrbahnrand liegen. Der konventionelle Fahrmodus entspricht einer Trajektorie, die sich in der Mitte zwischen der Fahrspurbegrenzung befindet. Der komfortable Fahrmodus ist im Spurhalteassistenten dem konventionellen Fahrmodus sehr ähnlich und kann als eine Abweichung von der Mitte zwischen der Fahrspurbegrenzung angegeben werden. Diese Abweichung kann beispielsweise 95% betragen, so dass die Kurve etwas näher am Innenrand durchfahren wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung folgt bei dem Verfahren die Erzeugung des Lenkmoments einer berechneten Trajektorie, die das Fahrzeug durchlaufen soll.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht die Erzeugung des Lenkmoments in Abhängigkeit der berechneten Trajektorie, was sowohl bezüglich des Fahrmodus als auch bezüglich des subjektiv empfundenen Fahrsicherheitsgefühls eine weitere Verbesserung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei dem Verfahren entlang der Trajektorie mehrere Bahnpunkte berechnet und der Verlauf der Bahnkurve durch ein Interpolationsverfahren ermittelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Verfahren eine Vielzahl von unterschiedlichen Referenzkurven bereitgestellt, die jedem der mehreren Bahnpunkte zugeordnet sind.
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Das beschriebene Verfahren für einen Spurhalteassistenten sowie die vorteilhaften Ausgestaltungen können in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in einer Steuereinheit vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise weist die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm auf, wobei das Computerprogramm der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.
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Die Steuereinheit kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als eine in einem Speichermittel abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangsignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nichtflüchtige Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit das Kraftfahrzeug steuern kann.
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Zur Durchführung eines Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann dabei Programmcode-Mittel aufweisen, um alle Schritte des Verfahrens sowie gegebenenfalls die in den Unteransprüchen genannten Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann mit einfachen Mitteln in bereits bestehende Steuereinheiten eingelesen und verwendet werden, um einen Spurhalteassistenten zu steuern.
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Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auch als Nachrüstoption in Steuereinheiten integriert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Apparat zur Steuerung eines Spurhalteassistenten für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- a) Mittel zum Bestimmen eines Abstands des Fahrzeugs zu einem Fahrspurrand einer Fahrbahn,
- b) Mittel zum Erzeugen eines Lenkmoments anhand einer Referenzkurve mit einem Hauptminimum, und
- c) Mittel zum Berücksichtigen eines Kurvenradius, der Fahrbahn oder eines Neigungswinkels der Fahrbahn, indem die Referenzkurve derart gekippt wird, dass sich ein Nebenminimum ausbilde.
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In einer Ausgestaltung des Apparats ist die Referenzkurve spiegelsymmetrisch.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats weist die Referenzkurve in einem ersten Bereich das Hauptminimum und einen steilen Anstieg, in einem an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich einen flacheren Anstieg, und in einem an den zweiten Bereich angrenzenden dritten Bereich einen steilen Anstieg auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats wird die Form und Lage des Nebenminimums an einen gewählten Fahrstil angepasst.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats folgt die Erzeugung des Lenkmoments einer berechneten Trajektorie, die das Fahrzeug durchlaufen soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats werden entlang der Trajektorie mehrere Bahnpunkte berechnet und der Verlauf der Bahnkurve durch ein Interpolationsverfahren ermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Referenzkurven bereitgestellt, die jedem der mehreren Bahnpunkte zugeordnet sind.
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Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit für einen Spurhalteassistenten angegeben, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgestattet ist
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher läutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung von Bahnkurven eines Kraftfahrzeugs in einer Kurve,
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2 eine schematische Darstellung des Algorithmus zur Ermittlung eines Bahnpunktes auf einer geraden Bahnkurve,
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3 eine schematische Darstellung des Algorithmus zur Ermittlung eines Bahnpunktes auf einer gekrümmten Bahnkurve,
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4 ein schematische Darstellung von mehreren Bahnpunkten auf einer gekrümmten Bahnkurve, und
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5 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem Flussdiagramm.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1, das auf einer Fahrbahn 2 fährt, dargestellt. Die Fahrbahn 2 weist die Form einer Kurve 3 mit einer innenliegenden Fahrbahnbegrenzung 4 und einer äußeren Fahrbahnbegrenzung 5 auf und der Fahrbahn 2 kann ein Kurvenradius r zugeordnet werden. Das Fahrzeug 1 kann die Fahrbahn 1 auf verschiedenen Bahnkurven, oder Trajektorien, durchlaufen. Exemplarisch sind in der Zeichnung eine innere Bahnkurve 6, eine äußere Bahnkurve 7 sowie eine mittlere Bahnkurve 8 dargestellt. Zudem ist eine Ziellinie 9 eingezeichnet, die einen Startpunkt für den Beginn der Fahrzeuglenkung darstellt.
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Der Fahrer kann für sein Fahrzeug 1 zwischen verschiedenen Fahrstilen wählen, wobei sportlich, komfortabel und normal üblich sind. So wird bei einem sportlichen Fahrstil die Trajektorie beim Durchfahren der Kurve wenigstens an einem Punkt so nahe wie möglich am inneren Fahrbahnrand 4 liegen. Der konventionelle Fahrmodus entspricht der Trajektorie oder Bahnkurve 8, die sich in der Mitte zwischen der Fahrspurbegrenzung befindet. Der komfortable Fahrmodus ist im Spurhalteassistenten dem konventionellen Fahrmodus sehr ähnlich und kann als eine Abweichung von der Mitte zwischen der Fahrspurbegrenzung angegeben werden. Diese Abweichung kann beispielsweise 95% betragen, so dass die Kurve etwas näher am Innenrand 4 durchfahren wird.
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Vom einem hier nicht näher dargestellten Spurhalteassistenten wird das Fahrzeug 1 auf eine kurvensichere Bahnkurve geführt, wobei es sich dabei bei konventionellem Fahrmodus um eine Kurve im Bereich der mittleren Bahnkurve 8 handelt, da diese einen ausreichenden Abstand sowohl zur inneren Fahrbahnbegrenzung 4 als auch zur äußeren Fahrbahnbegrenzung 5 darstellt.
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In die Berechnung der geeigneten Bahnkurve 8 fließen die Messergebnisse von Umgebungserfassungssensoren wie Kameras und der Fahrzeug-Antriebstechnik ein, so dass eine gegenüber der aktuellen Position des Fahrzeugs vorauseilende Bahn kurvenbestimmung stattfindet, um diese Zeitverzögerung zu kompensieren.
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Wenn sich das Fahrzeug 1 an der in 1 dargestellten Position befindet, wird durch den Spurhalteassistenten der Punkt der Bahnkurve 7 in einer gewissen Entfernung vom Fahrzeug 1 entlang einer gedachten Ziellinie 9 berechnet.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, wird ein Lenkmoment des Spurhalteassistenten anhand einer Referenzkurve 11 erzeugt. Die Referenzkurve 11 ist in einer x-y-Darstellung U-förmig ausgebildet mit einem Hauptminimum 12 am Nullpunkt und zwei Nebenminima 13, 14.
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Die Referenzkurve 11 weist in einem ersten Bereich 20 das Hauptminimum 12 und einen steilen Anstieg, in einem an den ersten Bereich 20 angrenzenden zweiten Bereich 21 einen flacheren Anstieg, und in einem an den zweiten Bereich 21 angrenzenden dritten Bereich 22 einen steilen Anstieg auf. Die Referenzkurve 11 kann auch als Dreifach-U bezeichnet werden.
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Bei Geradeausfahrt gemäß 2 weist beim Abstand x = 0 das Lenkmoment y den Wert null auf, da keine Korrektur vorzunehmen ist. Ein größer werdender Abstand x nach rechts oder links würde zu einem zunehmenden Lenkmoment y führen.
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Bei Kurvenfahrt gemäß 3 ist die Referenzkurve 11 gekippt. Die Referenzkurve 11 weist beim Abstand x = 0 das Lenkmoment y wiederum den Wert null auf, da keine Korrektur vorzunehmen ist. Ein größer werdender Abstand x nach rechts oder links würde zu einem zunehmenden Lenkmoment y führen. In 3 ist Referenzkurve 11 um einen Winkel 19 gekippt. Der Kippwinkel 19 hängt dabei vom Kurvenradius r und der Fahrbahnneigung ab. Somit bildet sich neben dem Hauptminimum 12 das Nebenminimum 14 aus. Bei einer Verkippung zur anderen Seite bildet sich das Nebenminimum 13 aus.
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Die Form der Referenzkurve 11, d. h. die Lage und Form des Hauptminimums und der Nebenminima, ändert sich in Abhängigkeit von dem gewählten Fahrstil des Fahrers (sportlich, komfortabel oder normal). Hierdurch ist eine einfache Anpassung des Algorithmus an die Fahrervorlieben möglich.
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Um das Verhalten des Spurhalteassistenten zu beschreiben, könnte man als Analogie das Verhalten einer Kugel 10 in einem Kraftfeld betrachten, das der Referenzkurve 11 entspricht. Im Falle der Kugel 10 bedeutet dies, dass auf die Kugel eine Rückstellkraft wirkt, so dass diese wieder an den Nullpunkt zurückkehrt. Ist die Fahrbahn gerade, wie in 2 dargestellt, so ist befindet sich die Kugel 10 in einer stabilen Lage im Hauptminimum 12. Die Nebenminima 13, 14 stellen hingegen ein instabile Lage für die Kugel 10 dar.
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Bei einer Auslenkung würde die Kugel 10 zurück in das Hauptminimum 12 geführt. Bei einer Kurvenfahrt stellen die Nebenminima 13, 14 hingegen ein stabile Lage für die Kugel 10 dar. Folglich wird die Kugel an den Nebenminima 13, 14 verweilen. An diesen Stellen wird folglich kein Lenkmoment y erzeugt, so dass beispielsweise bei sportlicher Fahrt der Innenrand der Kurve ohne Korrektur durch Lenkmomente durchfahren werden kann.
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Die dem Verfahren zugrunde liegende Referenzkurve 11 lässt sich durch die variable Festlegung der Wendepunkte und der lokalen Minima leicht verändern und an den jeweils gewählten Fahrstil anpassen. Dies gilt gleichermaßen für den einstellbaren Kippwinkel 19 des Kraftfeldes 11, in den der Kurvenradius r und der Neigungswinkel der Fahrbahn eingehen.
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In 4 ist die berechnete Bahnkurve 8, die das Fahrzeug 1 durchlaufen sollte, dargestellt. Vorteilhafterweise wird die Referenzkurve 11 an verschiedenen Punkten 15, 16, 17 und 18 berechnet und der Verlauf der Bahnkurve 8 dann durch Interpolationsverfahren ermittelt.
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Insgesamt ist somit ein Verfahren geschaffen, das zu einer Erhöhung der gefühlten Fahrsicherheit führt, da der gewünschte Fahrstil des Fahrers (normal, sportlich, komfortabel) Berücksichtigung findet.
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Bei diesem Verfahren zur Steuerung eines Spurhalteassistenten für das Kraftfahrzeug 1 wird in einem ersten Schritt 100 der Abstand x des Fahrzeugs 1 zu einem Fahrspurrand der Fahrbahn 2 bestimmt, wie in 5 gezeigt ist. Daraus wird anschließend in Schritt 101 das Lenkmoment y anhand der Referenzkurve 11 mit einem Hauptminimum 12 erzeugt. Der Kurvenradius r der Fahrbahn 2 oder der Neigungswinkel der Fahrbahn 2 wird in Schritt 102 berücksichtigt, indem die Referenzkurve 11 derart gekippt wird, dass sich das Nebenminimum 13 oder 14 ausbildet.
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Gleichwohl in der vorangehenden Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführung zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrbahn
- 3
- Kurve
- 4
- innere Fahrbahnbegrenzung
- 5
- äußere Fahrbahnbegrenzung
- 6
- innere Bahnkurve
- 7
- äußere Bahnkurve
- 8
- mittlere Bahnkurve
- 9
- Ziellinie
- 10
- Kugel
- 11
- Referenzkurve
- 12
- Hauptminimum
- 13
- 1. Nebenminimum
- 14
- 2. Nebenminimum
- 15
- Bahnpunkt
- 16
- Bahnpunkt
- 17
- Bahnpunkt
- 18
- Bahnpunkt
- 19
- Kippwinkel
- 20
- erster Bereich
- 21
- zweiter Bereich
- 22
- dritter Bereich
- x
- Abstand
- y
- Lenkmoment
- r
- Kurvenradius
- 100
- erster Schritt
- 101
- zweiter Schritt
- 102
- dritter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010001068 A1 [0003]
