DE102012224125B4 - Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs und Spurhalteassistenzsystem - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs (A), wobei eine Querablage und eine Ausrichtung des Kraftfahrzeugs (A) relativ zu einer Fahrspur (10) ermittelt werden, daraus eine Referenzbahn (4) zur Rückführung des Kraftfahrzeugs (A) auf eine Zielspurlinie (2) derart berechnet wird, dass eine Krümmung der Referenzbahn (4) und eine zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der Krümmung der Referenzbahn (4) jeweils einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten, aus der Krümmung der Referenzbahn (4) und einer Längsgeschwindigkeit eine Referenzgierrate ermittelt wird, durch Vergleich der Referenzgierrate mit einer Istgierrate eine Regelabweichung ermittelt wird und der Regelfehler durch Einbringen eines Korrektur-Lenkmoments in die Lenkung des Kraftfahrzeugs (A) minimiert wird, wobei eine Krümmung der Fahrspur (10) ermittelt wird und die Referenzbahn (4) zur Rückführung des Kraftfahrzeugs (A) auf eine entsprechend gekrümmte Zielspurlinie (2) berechnet wird, wobei aufgrund der ermittelten Krümmung der Fahrspur (10) eine Vorsteuerung der eingebrachten Lenkungskraft erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Spurhalteassistenzsystem.
• Eine Hauptaufgabe beim Führen von Kraftfahrzeugen besteht aus dem Einstellen eines Lenkwinkels, um einer gewünschten Fahrlinie zu folgen, die beispielsweise durch eine markierte Fahrspur auf einer Straße bestimmt sein kann. Das Verlassen der eigenen Fahrspur aufgrund von Unaufmerksamkeit des Fahrers ist ein häufiger Unfallgrund.
• Um die aktive Sicherheit von Kraftfahrzeugen zu erhöhen, sind deshalb Einrichtungen vorgeschlagen worden, die einen unaufmerksamen Fahrer bei einem unbeabsichtigten Verlassen der Fahrspur informieren. Ein größerer Sicherheitsgewinn kann jedoch durch eine Einrichtung in einem Kraftfahrzeug erzielt werden, die eine aktuelle Gefahrensituation selbstständig auflöst. Hierfür ist es eine Voraussetzung, dass in das Lenksystem des Kraftfahrzeugs derart eingegriffen werden kann, dass Lenkwinkel und Fahrzeugreaktionen selbstständig beeinflußt oder hervorgerufen werden können.
• Aus der DE 10 2004 047 861 A1 ist es bekannt, dass bei Erkennung eines Verlassens einer Fahrspur und fehlender Fahreraktivität überprüft wird, ob der Fahrer seien Lenkaufgabe wahrnimmt. Das Verlassen der Fahrspur kann dabei mit Hilfe von bildgebenden Sensoren erkannt werden, die den Fahrspurverlauf durch Bildmustererkennung der Fahrspurbegrenzungen erfassen. Bei nicht wahrgenommener Lenkaufgabe erfolgt eine optische, akustische oder haptische Warnung des Fahrers. Alternativ oder zusätzlich zur Warnung kann auch ein korrigierender Lenkeingriff durch Aufschaltung eines Lenkraddrehmoments initiiert werden.
• In der US 2008/0091318 A1 ist ein System zur Spurzentrierungskontrolle offenbart, bei dem eine Führung entlang einer Zielspur erfolgt, die aufgrund von Informationen eines Spursensors ermittelt wird. Hierfür wird von einem Prozessor aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gierrate und des Lenkwinkels eine vorhergesagte Bahn berechnet und von einem Regler ein Regelungssignal erzeugt und ein Vorderradlenkungsaktuator angesteuert, um eine Differenz zwischen vorhergesagter Bahn und Zielspur zu verringern.
• Bei dem vorgenannten Stand der Technik ist keine Regelung entlang einer vorbestimmbaren Bahn zur optimalen Rückführung des Kraftfahrzeugs zur Spurmitte vorgesehen.
• Gemäß der DE 103 12 513 A1 wird die Position eines Fahrzeugs relativ zur Fahrspur mit Hilfe einer Lageerkennungseinrichtung ermittelt und der Bestimmung eines Soll-Lenkwinkels in einem Fahrspurregler zugrunde gelegt, aus dem ein Soll-Lenkmoment bestimmt wird, das einem vom Fahrer erzeugten Lenkmoment überlagert wird. Dem Fahrspurregler, in dem ein nicht näher beschriebener Spurregelalgorithmus hinterlegt ist, werden die Signale aus der Lageerkennungseinrichtung, Daten von einem Sollspurgeber über den einzuhaltenden lateralen Soll-Versatz relativ zur Fahrbahn und Signale einer Fahrzustandserkennungssensorik zugeführt.
• Aus der DE 10 2005 056 211 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Querbewegung eines Fahrzeugs bekannt, bei dem eine die Querposition des Fahrzeugs bezüglich einer Fahrspur charakterisierende Quergröße ermittelt wird, eine den Verlauf der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur charakterisierende Fahrspurgröße erfasst wird und eine Steuerung und/oder Regelung der Querbewegung des Fahrzeugs abhängig von der Quergröße und der Fahrspurgröße erfolgt.
• Die bekannten Lösungen erzeugen nicht immer ein optimales Verhalten des Fahrzeugs in der jeweiligen aktuellen Situation. So können beispielsweise die Reaktionen bei Geradeaus- und Kurvenfahrt erheblich unterschiedlich ausfallen. Ferner ist das Zusammenwirken der bekannten Verfahren mit Lenkeingriffen des Fahrers nicht immer befriedigend.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Spurhalteassistenzsystem anzugeben, wobei die oben genannten Nachteile vermieden werden und wobei insbesondere die Unterstützung des Fahrers und das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert sind.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein Spurhalteassistenzsystem wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs werden eine Querablage und eine Ausrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Fahrspur des Kraftfahrzeugs ermittelt. Hierfür geeignete Verfahren, insbesondere optische Verfahren zur Spurmarkierungserkennung, sind an sich bekannt. Hierbei werden beispielsweise durch eine oder mehrere vorausschauende Kameras mit entsprechender Bildverarbeitung oder auch durch eine nach unten schauende Sensorik am Fahrzeugboden die Markierungen der aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs erkannt und die Position, insbesondere die Querablage, und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zu den Markierungen ermittelt.
• Unter Verwendung der ermittelten Querablage und Ausrichtung des Kraftfahrzeugs wird eine Referenzbahn zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf eine Zielspurlinie der Fahrspur berechnet. Die Referenzbahn weist eine Krümmung auf, um nach einer gewissen Fahrstrecke eine Abweichung zur Zielspurlinie ausgeglichen zu haben. Die Referenzbahn ist insbesondere derart bestimmt, dass ein möglicherweise gefährlicher Bereich rasch verlassen und in einer hinsichtlich Sicherheit und Komfort optimalen Weise die Zielspurlinie erreicht wird. Die Zielspurlinie kann beispielsweise die Mitte der durch die Spurmarkierungserkennung erkannten Fahrspur sein.
• Weiterhin wird aus der Krümmung der Referenzbahn und einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise durch einen Sensor ermittelt wird bzw. in einem Informationssystem des Kraftfahrzeugs, etwa einem Fahrzeugbus, für die Verwendung in anderen Systemen zur Verfügung steht, eine Referenzgierrate ermittelt. Durch Vergleich der Referenzgierrate mit einer gemessenen Istgierrate des Kraftfahrzeugs, die ebenfalls durch einen Sensor erfaßt werden bzw. in einem Informationssystem des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen kann, wird eine Regelabweichung ermittelt bzw. in einem Regelkreis eine entsprechende Regelabweichung erzeugt. Erfindungsgemäß wird ein Lenkmoment derart in die Lenkung des Kraftfahrzeugs eingebracht, dass diese Regelabweichung minimiert wird. Dieses eingebrachte Lenkmoment wird im Folgenden als Korrektur-Lenkmoment bezeichnet. Gleichwertig mit dem Einbringen eines Lenkmoments, je nach Ausgestaltung eines entsprechenden Aktuators, ist das Einbringen einer Lenkungskraft; wenn im Folgenden von einem Lenkmoment die Rede ist, ist daher darunter ebenfalls eine entsprechende Lenkungskraft zu verstehen. Das zur Minimierung der Regelabweichung ermittelte Lenkmoment bzw. die entsprechende Lenkungskraft wirkt somit zusätzlich zu dem vom Fahrer eingebrachten Lenkmoment, das im Folgenden als Fahrer-Lenkmoment bezeichnet wird bzw. der vom Fahrer eingebrachten Lenkungskraft. Bei einem Kraftfahrzeug mit regelbarer Lenkungsunterstützung ist das Fahrer-Lenkmoment bzw. die vom Fahrer eingebrachte Lenkungskraft insbesondere das von der Lenkungsunterstützung aufgrund eines Lenkeingriffs des Fahrers erzeugte Lenkmoment bzw. die aufgrund eines Lenkeingriffs des Fahrers erzeugte Lenkungskraft. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit regelbarer Lenkungsunterstützung geeignet.
• Dadurch, dass durch einen Vergleich der Referenzgierrate mit der Istgierrate eine Regelabweichung ermittelt und diese minimiert wird, kann in einer Vielzahl von Fahrsituationen und insbesondere unabhängig von dem u.a. durch den Fahrbahnbelag bestimmten Schlupf der Reifen des Kraftfahrzeugs gegenüber der Fahrbahn eine optimale Rückführung auf eine gewünschte Zielspurlinie erreicht werden. Demgegenüber würde eine automatische Regelung über den Lenkwinkel bei einem schlupfbehafteten Fahrzeug nur teilweise zu der gewünschten Reaktion des Fahrzeugs führen, da aufgrund wechselnder Oberflächen für eine Fahrsituation unterschiedliche Schlupfwinkel zwischen Reifen und Straße auftreten können, so dass eine unbekannte Abweichung zwischen der Referenzbahn und der tatsächlichen Bahn des Kraftfahrzeugs verbleiben würde. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einer Vielzahl von Fahrsituationen auch bei einem schlupfbehafteten Fahrzeug noch ein quasistatisches Fahrzeugverhalten angenommen werden kann, wobei eine feste mathematische Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Referenzbahnkrümmung und der Gierrate des Fahrzeugs besteht. Somit kann aus der Fahrzeuggierrate direkt auf den Kurvenradius geschlossen werden. Erfindungsgemäß wird deshalb die aus der Referenzbahn berechnete Referenzgierrate mit der im Fahrzeug gemessenen Istgierrate verglichen und der Regelung zugrunde gelegt. Die Annahme der quasistatischen Bedingungen ermöglicht es somit, den Regelkreis zur Rückführung auf die Zielspurlinie über die Gierrate zu schließen. Hierdurch kann das Fahrzeug zuverlässig wieder in seine Spur gelenkt und parallel zu den vorhandenen Markierungen ausgerichtet werden.
• Ferner wird dadurch, dass eine Lenkungskraft bzw. ein Lenkmoment eingespeist wird, im Vergleich zu einer Überlagerung eines zusätzlichen Lenkwinkels zu dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel, eine wirksamere und sicherere Unterstützung des Fahrers ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird die Referenzbahn derart berechnet, dass die Krümmung der Referenzbahn und eine zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der Krümmung, die beispielsweise durch die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs entlang der unterschiedlich gekrümmten Referenzbahn entsteht, jeweils einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten. Hierdurch kann mit erhöhter Sicherheit gewährleistet werden, dass die Eingriffe in die Lenkung jederzeit beherrschbar sind und den Fahrkomfort nicht wesentlich beeinträchtigen.
• In vorteilhafter Weise können die Querablage und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs bei der Berechnung der Referenzbahn unabhängig voneinander gewichtet werden, wobei die Gewichtungen einstellbar und/oder abhängig von der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sind. Hierdurch kann eine weitere Verbesserung der Sicherheit und des Fahrkomforts bei unterschiedlichen Fahrsituationen erzielt werden.
• Gemäß der Erfindung wird eine Krümmung der Fahrspur bzw. der Straße ermittelt und die Referenzbahn zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf eine entsprechend der Krümmung der voraus liegenden Fahrspur gekrümmte Zielspurlinie berechnet. Insbesondere kann die Krümmung der erkannten Fahrspur der berechneten Referenzbahn überlagert werden. Hierdurch kann eine besonders genaue, sichere und komfortable Rückführung des Kraftfahrzeugs auf die gewünschte Spur auch in dem Fall, dass die Fahrspur gekrümmt ist, erreicht werden.
• Erfindungsgemäß wird die bei der Spurerkennung ermittelte Krümmung der Fahrspur für eine Vorsteuerung des eingebrachten Korrektur-Lenkmoments bzw. der eingebrachten Lenkungskraft genutzt. Insbesondere kann mit der aktuell ermittelten Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs aufgrund einer ermittelten Straßenkrümmung eine entsprechende Querbeschleunigung des Fahrzeugs errechnet werden. Hieraus kann beispielsweise bei gegebener Gewichtsverteilung im Fahrzeug direkt eine Querkraft an der lenkbaren Vorderachse ermittelt werden. Bei den hierbei angenommenen kleinen Spurkrümmungen kann in der Regel eine lineare Übersetzung der Lenkgeometrie angenommen werden, wobei die für die Vorsteuerung entsprechend der Straßenkrümmung benötigte Zahnstangenkraft bzw. das entsprechende einzuspeisende Lenkmoment linear mit der . Krümmung und quadratisch mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Das zur Minimierung der Regelabweichung aus Istgierrate und Referenzgierrate ermittelte Lenkmoment wird mit dem aus der Krümmungsvorsteuerung gewonnenen Lenkmoment überlagert. Zum Eingriff in das Lenksystem wird dem Lenksystem das so gewonnene gesamte Korrektur-Lenkmoment bzw. eine entsprechend bestimmte Gesamtlenkungskraft zugeführt, wofür eine Überlagerungsschnittstelle vorgesehen sein kann. Das genannte gesamte Korrektur-Lenkmoment bzw. die genannte Gesamtlenkungskraft wirkt somit zusätzlich zu dem vom Fahrer eingebrachten Fahrer-Lenkmoment bzw. der vom Fahrer eingebrachten Lenkungskraft. Hierdurch kann eine besonders genaue, sichere und komfortable Rückführung des Kraftfahrzeugs auf die Zielspurlinie einer gekrümmten Fahrspur erzielt werden.
• Weiterhin ist es vorteilhaft, dem zur Minimierung der Regelabweichung aus Istgierrate und Referenzgierrate ermittelten Korrektur-Lenkmoment eine Reibungskompensationskraft zur Kompensation einer Lenkungsreibung und/oder eine Dämpfungskraft zur Dämpfung von nicht vom Fahrer verursachten schnellen Lenkeingriffen, die beispielsweise auf die beschriebene Regelung oder auf äußere Einflüsse zurückgehen, zu überlagern. In das Lenksystem wird das entsprechende gesamte Korrektur-Lenkmoment bzw. eine entsprechende Gesamtlenkungskraft eingebracht, das bzw. die zusätzlich zu dem vom Fahrer eingebrachten Fahrer-Lenkmoment bzw. der entsprechenden Lenkungskraft wirkt. Hierdurch wird die Qualität der Lenkungseingriffe im Hinblick auf Sicherheit und Komfort weiter erhöht.
• Da ein dauerhafter Eingriff dieser Art in die Lenkung zu einer ungewohnten Lenkungsrückmeldung führen kann, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, diese Eingriffe erst bei drohender Gefahr des Spurverlassens zu aktivieren. Insbesondere werden das zur Minimierung der Regelabweichung aus Istgierrate und Referenzgierrate ermittelte Korrektur-Lenkmoment sowie ggf. die oben erwähnten weiteren Anteile des gesamten Korrektur-Lenkmoments erst bei Befahren einer Eingriffszone in die Lenkung eingebracht. Hierfür können innerhalb und/oder außerhalb der Spurmarkierungen eine oder mehrere Eingriffszonen definiert sein, deren Befahren das oben beschriebene Verfahren aktiviert, oder wobei nur bei Befahren einer Eingriffszone ein Eingriff in die Lenkung erfolgt. Hierdurch können Komfort und Sicherheit weiter erhöht werden.
• Insbesondere kann die Anordnung und/oder die Größe der mindestens einen Eingriffszone von einer ermittelten Breite der aktuellen Fahrspur, von einer Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrspur, von der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder von einer Krümmung der Zielspurlinie bzw. einem Kurvenradius der Fahrspur abhängig sein. Die Anordnung und/oder die Größe der Eingriffszonen, beispielsweise ein Abstand einer Eingriffszone von einer Zielspurlinie oder von einer erkannten Fahrspurbegrenzung, kann auch von der Richtung der Abweichung des Kraftfahrzeugs von der Zielspurlinie abhängig sein, so dass eine in Fahrtrichtung gesehen auf der linken Seite der Fahrspur befindliche Eingriffszone eine andere Größe haben kann und/oder in einem anderen Abstand von einer Mitte der Fahrspur angeordnet sein kann als eine auf der rechten Seite befindliche Eingriffszone.
• Insbesondere kann auch nur ein endlicher Bruchteil der gesamten Referenzbahn zur Rückführung auf die Zielspurlinie vorausberechnet werden.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs in die Lenkung eingebrachtes Fahrer-Lenkmoment ermittelt, und in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrer-Lenkmoment wird das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment modifiziert. Das vom Fahrer in die Lenkung eingebrachte Fahrer-Lenkmoment kann beispielsweise aus dem eingebrachten Korrektur-Lenkmoment und dem gesamten auf die Lenkung bzw. auf das Fahrwerk wirkenden Lenkmoment, das etwa mittels eines in der Lenkung angeordneten Torsionsstabes, dessen Torsion gemessen wird, ermittelt werden. Ferner ist ein Sensor, der die Ermittlung des vom Fahrer ausgeübten und somit auch die Ermittlung des ggf. über eine Lenkungsunterstützung in die Lenkung eingebrachten Fahrer-Lenkmoments ermöglicht, in Kraftfahrzeugen mit einer regelbaren Lenkungsunterstützung häufig bereits vorhanden. Gleichwertig mit dem Ermitteln des Lenkmoments ist, je nach Ausgestaltung einer entsprechenden Sensoranordnung, das Ermitteln einer Lenkungskraft. Dadurch, dass ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs in die Lenkung eingebrachtes Fahrer-Lenkmoment ermittelt und in Abhängigkeit von diesem das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment modifiziert wird, können die Lenkaktivitäten bzw. ein Lenkeingriff des Fahrers besser berücksichtigt werden. Hierdurch kann das Zusammenwirken zwischen dem Fahrer und der Spurkorrektur durch automatisches Einbringen eines Korrektur-Lenkmoments zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf eine Zielspurlinie verbessert werden.
• Vorzugsweise wird das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment gemäß einer nichtlinearen Funktion in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrer-Lenkmoment modifiziert. Hierdurch kann in weiter verbesserter Weise ein Lenkeingriff des Fahrers berücksichtigt werden.
• Weiterhin ist es bevorzugt, dass das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von einer Richtung des ermittelten Fahrer-Lenkmoments modifiziert wird. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Modifikation in folgender Weise:
• - Ist festgestellt worden, dass der Fahrer nicht eingreift, d.h. in dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment im Wesentlichen null ist, erfolgt keine Veränderung des Korrektur-Lenkmoments. Dieses wird somit gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Minimierung der Regelabweichung der Gierrate ermittelt und mit der ermittelten Größe und Richtung in die Lenkung eingebracht.
• - In dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment in dieselbe Richtung wirkt wie das Korrektur-Lenkmoment, wird der Betrag des in die Lenkung eingebrachten Korrektur-Lenkmoments gegenüber dem wie oben beschrieben ermittelten reduziert. Eine solche Reduzierung ist möglich, da in diesem Fall der Fahrer der zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf die Zielspurlinie ermittelten Richtung des Korrektur-Lenkmoments folgt und selbst ein in diese Richtung wirkendes Fahrer-Lenkmoment ausübt. Eine derartige Reduzierung ist vorteilhaft, da der Fahrer hierdurch ein erhöhtes Maß an Kontrolle gewinnt, wodurch die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Überschreitet das Fahrer-Lenkmoment einen vorgebbaren Schwellwert, der vom ermittelten Korrektur-Lenkmoment abhängig sein kann, so kann es weiter vorteilhaft sein, das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment auf null zu reduzieren.
• - In dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment in die umgekehrte Richtung wirkt wie das Korrektur-Lenkmoment, wird das Korrektur-Lenkmoment mit einem gegenüber dem wie oben beschrieben ermittelten unveränderten oder in gewissen Maße vergrößerten Betrag in die Lenkung eingebracht. Hierdurch kann die Rückführung des Kraftfahrzeugs auf die Zielspurlinie verbessert und dem Fahrer die hierfür zu wählende Richtung eines Lenkeingriffs signalisiert werden.
• Auf diese Weise kann, ähnlich wie bei einem Regelkreis, eine Rückkopplung unter Einbeziehung des vom Fahrer ausgeübten Lenkmoments ermöglicht werden. Hierdurch kann die Sicherheit weiter verbessert werden, indem der Fahrer dann, wenn er selbst in einer Richtung eingreift, die zur Rückführung auf die Zielspurlinie geeignet ist, ein erhöhtes Maß an Kontrolle über das Kraftfahrzeug gewinnt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment auf null reduziert, wenn das ermittelte Fahrer-Lenkmoment einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet. In diesem Fall ist anzunehmen, dass der Fahrer die vollständige Kontrolle über sein Fahrzeug haben möchte und nicht wünscht, dass in die Lenkung ein automatisch ermitteltes Korrektur-Lenkmoment eingebracht wird. Wird nach einer erfolgten Rückführung des Kraftfahrzeugs auf die Zielspurlinie erneut ein erfolgtes oder drohendes Spurverlassen erkannt, etwa durch Befahren einer Eingriffszone, und erneut ein Korrektur-Lenkmoment zur Rückführung auf die Zielspurlinie ermittelt, so kann dann das Korrektur-Lenkmoment wieder in die Lenkung eingebracht werden. Zur Verbesserung der Kontrolle des Kraftfahrzeugs durch den Fahrer kann das Einbringen eines derartigen Korrektur-Lenkmoments durch den Fahrer jedoch auch vollständig abschaltbar sein.
• Weiterhin ist es bevorzugt, dass das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment auf null reduziert wird, wenn nach Erfüllen einer Eingriffsbedingung eine vorbestimmbare Zeitspanne, beispielsweise 3 bis 10 s, vergangen ist, ohne dass das Kraftfahrzeug durch das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment und ggf. erfolgte Lenkeingriffe des Fahrers auf die Zielspurlinie zurückgekehrt ist. Die Eingriffsbedingung stellt eine Bedingung für das Einbringen eines ermittelten Korrektur-Lenkmoments in die Lenkung des Kraftfahrzeugs dar, die insbesondere ein bereits erfolgtes oder drohendes Verlassen einer aktuell benutzten Fahrspur des Kraftfahrzeugs anzeigt. Als Eingriffsbedingung kann beispielsweise das Befahren einer Eingriffszone verwendet werden. Ist nach Erfüllung der Eingriffsbedingung und nach nachfolgendem Ablauf der vorgebbaren Zeitspanne das Kraftfahrzeug noch nicht auf die Zielspurlinie zurückgeführt worden, so ist anzunehmen, dass der Fahrer keinen automatischen Lenkeingriff durch Einbringen eines Korrektur-Lenkmoments wünscht. Beim nächsten Erkennen des drohenden Spurverlassens kann erneut während der vorbestimmbaren Zeitspanne das ermittelte Korrekturmoment in die Lenkung eingebracht werden und danach abgeschaltet werden. Auch hierdurch kann die Bedienbarkeit des Kraftfahrzeugs verbessert werden.
• Wenn in den oben genannten Fällen eine Abschaltung des Korrektur-Lenkmoments erfolgt bzw. dieses auf null reduziert wird, so erfolgt dieses Abschalten bzw. diese Reduzierung vorzugsweise nicht schlagartig, sondern kontinuierlich, bevorzugt rampenartig. Hierdurch können plötzliche Lenkausschläge sicher vermieden werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Lenkwinkel modifiziert, insbesondere in Abhängigkeit vom Absolutbetrag des Lenkwinkels. So kann es insbesondere vorgesehen sein, dass bei Geradeausfahrt das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment schwächer als bei Kurvenfahrt gewählt wird, d.h. das wie oben beschrieben zur Minimierung der Regelabweichung ermittelte Korrektur-Lenkmoment wird bei Geradeausfahrt in einem geringeren Maße in die Lenkung eingebracht als bei Kurvenfahrt. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment bei einer Kurvenfahrt vom Fahrer in der Regel geringer wahrgenommen wird als bei einer Geradeausfahrt, und somit die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs verbessert werden. Das Maß der Berücksichtigung des Lenkwinkels zur Modifikation des eingebrachten Korrektur-Lenkmoments kann auch von der aktuellen Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig sein.
• Weiterhin ist es bevorzugt, dass das in die Lenkung eingebrachte Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von einer zeitlichen Ableitung des ermittelten Fahrer-Lenkmoments und/oder einer zeitlichen Ableitung des Lenkwinkels, d.h. einer ermittelten Winkelgeschwindigkeit der Lenkbewegung, modifiziert wird. Hierdurch kann die Bedienbarkeit des Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden.
• Ein erfindungsgemäßes Spurhalteassistenzsystem zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs umfaßt eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung einer Querablage und einer Ausrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zu einer aktuellen Fahrspur des Kraftfahrzeugs. Eine derartige Lageerkennungseinrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Kameras mit einer entsprechenden Bildverarbeitung zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen umfassen oder auch eine nach unten gerichtete, etwa am Fahrzeugboden angeordnete Sensoranordnung zur Erkennung die Markierungen der aktuellen Fahrspur.
• Weiterhin umfaßt das Spurhalteassistenzsystem einen Eingang zur Erfassung einer Längsgeschwindigkeit und einer Istgierrate des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise in einem Informationssystem des Kraftfahrzeugs, etwa in einem Fahrzeugbus, zur Verfügung stehen. Das Spurhalteassistenzsystem kann zusätzlich oder statt dessen auch Sensoreinrichtungen zur Ermittlung der Längsgeschwindigkeit und der Istgierrate umfassen.
• Ferner umfaßt das Spurhalteassistenzsystem eine Prozessoreinrichtung, die zur Berechnung einer Referenzbahn zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf eine Zielspurlinie der Fahrspur, zur Ermittlung einer Referenzgierrate aus einer Krümmung der Referenzbahn und der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, zur Erzeugung einer Regelabweichung durch Vergleich der Referenzgierrate mit der Istgierrate, zum Ermitteln eines Korrektur-Lenkmoments zur Minimierung der Regelabweichung und zum Ansteuern einer Einrichtung zum Einbringen des Korrektur-Lenkmoments in die Lenkung des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Das Spurhalteassistenzsystem kann etwa zum Zusammenwirken mit Aktuatoren einer regelbaren Lenkungsunterstützungseinrichtung ausgebildet sein.
• Insbesondere ist das erfindungsgemäße Spurhalteassistenzsystem zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein Beispiel einer Fahrsituation in Draufsicht;
• 2 beispielhaft dargestellte Eingriffszonen in Draufsicht, und
• 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Wie in 1 beispielhaft gezeigt, ist ein symbolisch dargestelltes Kraftfahrzeug A in einer Ausgangsposition 1 um eine Querablage d_y von einer Zielspurlinie 2 entfernt, und eine Vorwärtsrichtung 3 des Kraftfahrzeugs A schließt mit der Zielspurlinie 2 einen Ausrichtungswinkel ψ ein. Die Querablage d_y und der Winkel ψ werden von einem Lageerkennungssystem ermittelt. Eine Soll- oder Referenzbahn 4 wird mit Hilfe der Querablage d_y und des Winkels ψ derart berechnet, dass das Kraftfahrzeug A unter Berücksichtigung von fahrdynamischen sowie Sicherheits- und Komfortanforderungen aus der Ausgangsposition 1 in eine Zielposition 5 überführt wird, in der es der Zielspurlinie 2 folgt. Die Referenzbahn weist an jedem Punkt eine Krümmung auf, die bei gegebener Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs A einer Referenzgierrate entspricht. Andererseits kann zu jedem Zeitpunkt eine Istgierrate des Kraftfahrzeugs A ermittelt werden, die aufgrund von Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn im Allgemeinen nicht mit der Referenzgierrate übereinstimmt. Erfindungsgemäß wird die Differenz zwischen Referenz- und Istgierrate zur Minimierung einer Abweichung des Kraftfahrzeugs A von der Referenzbahn 4 innerhalb eines Regelkreises genutzt, um ein verbessertes Fahrverhalten bei der Rückführung auf die Zielspurlinie 2 zu erzielen. In 1 ist eine etwaige Krümmung der erkannten Spur, die zusätzlich überlagert sein kann, nicht dargestellt.
• Gemäß 2 können eine linke Eingriffszone 6 und eine rechte Eingriffszone 7 definiert sein, die durch die linke Markierung 8 bzw. die rechte Markierung 9 der aktuellen Fahrspur 10 des Kraftfahrzeugs A bestimmt sind, die beispielsweise Leit- oder Begrenzungslinien sein können. Die Eingriffszonen 6, 7 umfassen ausgehend von der jeweiligen Markierung 8, 9 jeweils einen inneren Bereich mit der Breite z_i1 bzw. z_i2 und einen äußeren Bereich mit der Breite z_o1 bzw. z_o2. Die Fahrspur 10 hat eine Breite W_L, das Kraftfahrzeug A weist eine Breite W_V auf. Von einem Lageerkennungssystem kann beispielsweise eine Querablage des Kraftfahrzeugs A von der Mitte der Fahrspur 10 und daraus der linke Abstand d_y1 bzw_. der rechte Abstand d_y2 einer Mittelachse 11 des Kraftfahrzeugs A von den Markierungen 8, 9 ermittelt werden. Eine Aktivierung des beschriebenen Verfahrens zur Spurhalteunterstützung bzw. ein Eingriff in die Lenkung des Kraftfahrzeugs A kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das Kraftfahrzeug A mit der linken Seite die linke Eingriffszone 6 befährt, d.h. wenn gilt: $${\text{d}}_{\text{y}1}-{\text{W}}_{\text{V}}/2<{\text{z}}_{\text{i}1}$$

  

  oder wenn das Kraftfahrzeug mit seiner rechten Seite die rechte Eingriffszone 7 befährt, d. h.: $${\text{d}}_{\text{y}2}-{\text{W}}_{\text{V}}/2<{\text{z}}_{\text{i}2}$$

  
• Zur Aktivierung des beschriebenen Verfahrens zur Spurhalteunterstützung bzw. zum Auslösen eines Eingriffs in die Lenkung des Kraftfahrzeugs A kann ferner die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs A relativ zur Fahrspur 10 bzw. zu den Markierungen 8, 9 herangezogen werden (in 2 nicht gezeigt).
• In 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer vereinfachten Form schematisch dargestellt. Von einem Lageerkennungssystem werden eine Querablage dy und ein Ausrichtungswinkel ψ des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Fahrspur ermittelt. Sofern eine Eingriffsbedingung erfüllt ist, wird aus den vom Lageerkennungssystem gelieferten Daten eine Referenzbahn zur Rückführung des Kraftfahrzeugs auf eine Zielspurlinie und eine jeweils aktuelle Krümmung der Referenzbahn berechnet. Mit Hilfe der vom Fahrzeugbus zur Verfügung gestellten Fahrgeschwindigkeit wird eine Referenzgierrate und mit einer vom Fahrzeugbus gelieferten Istgierrate die Differenz zwischen Referenz- und Istgierrate ermittelt, die als Regelabweichung in dem Regelkreis zur Minimierung der Abweichungen von der Referenzbahn dient. Es wird ein Korrektur-Lenkmoment zur Minimierung der Regelabweichung ermittelt und in das Lenksystem des Kraftfahrzeugs eingespeist. Dabei kann auch ein vom Fahrer eingebrachtes Fahrer-Lenkmoment ermittelt werden und das eingespeiste Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von dem Fahrer-Lenkmoment modifiziert werden (nicht dargestellt). In einem durch die Auslegung der Sensorik und des Regelkreises vorgegebenen Takt werden sodann erneut die aktuelle, dem aktuellen Ort des Kraftfahrzeugs entsprechende Krümmung der Referenzbahn ermittelt und die weiteren Schritte des Verfahrens wiederholt. Es kann auch vorgesehen sein, dass innerhalb des Regelkreises erneut die Querablage und die Ausrichtung ermittelt und ggf. die Referenzbahn jeweils aktuell neu berechnet wird (nicht dargestellt). Nach vollständigem Durchlaufen der Referenzbahn bzw. nach Unterschreiten einer Mindestablage d_y des Kraftfahrzeugs und eines Mindestausrichtungswinkels ψ wird das Verfahren beendet bzw. erfolgt erneut die Erkennung der Fahrspur, die Ermittlung der Querablage d_y und des Ausrichtungswinkels ψ und die Überwachung einer Eingriffsbedingung.
• Bezugszeichenliste

A

Kraftfahrzeug

1

Ausgangsposition

2

Zielspurlinie

3

Vorwärtsrichtung

4

Referenzbahn

5

Zielposition

6

Linke Eingriffszone

7

Rechte Eingriffszone

8

Markierung

9

Markierung

10

Fahrspur

11

Mittelachse

Claims (13)

1. Verfahren zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs (A), wobei eine Querablage und eine Ausrichtung des Kraftfahrzeugs (A) relativ zu einer Fahrspur (10) ermittelt werden, daraus eine Referenzbahn (4) zur Rückführung des Kraftfahrzeugs (A) auf eine Zielspurlinie (2) derart berechnet wird, dass eine Krümmung der Referenzbahn (4) und eine zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der Krümmung der Referenzbahn (4) jeweils einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten, aus der Krümmung der Referenzbahn (4) und einer Längsgeschwindigkeit eine Referenzgierrate ermittelt wird, durch Vergleich der Referenzgierrate mit einer Istgierrate eine Regelabweichung ermittelt wird und der Regelfehler durch Einbringen eines Korrektur-Lenkmoments in die Lenkung des Kraftfahrzeugs (A) minimiert wird, wobei eine Krümmung der Fahrspur (10) ermittelt wird und die Referenzbahn (4) zur Rückführung des Kraftfahrzeugs (A) auf eine entsprechend gekrümmte Zielspurlinie (2) berechnet wird, wobei aufgrund der ermittelten Krümmung der Fahrspur (10) eine Vorsteuerung der eingebrachten Lenkungskraft erfolgt.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkungskraft eine Reibungskompensationskraft zur Kompensation einer Lenkungsreibung überlagert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkungskraft eine Dämpfungskraft zur Dämpfung von nicht vom Fahrer verursachten schnellen Lenkeingriffen überlagert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungskraft erst bei Befahren einer Eingriffszone (6, 7) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein endlicher Bruchteil der gesamten Referenzbahn zur Rückführung auf die Zielspurlinie vorausberechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs (A) eingebrachtes Fahrer-Lenkmoment ermittelt wird und in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrer-Lenkmoment das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment modifiziert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment gemäß einer nichtlinearen Funktion in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrer-Lenkmoment modifiziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment derart modifiziert wird, dass in dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment null ist, keine Modifikation erfolgt, in dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment in dieselbe Richtung wirkt wie das Korrektur-Lenkmoment, der Betrag des eingebrachten Korrektur-Lenkmoments verringert wird, und in dem Fall, dass das ermittelte Fahrer-Lenkmoment in entgegengesetzte Richtung wirkt wie das Korrektur-Lenkmoment, der Betrag des eingebrachten Korrektur-Lenkmoments unverändert bleibt oder vergrößert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektur-Lenkmoment auf null reduziert wird, wenn das ermittelte Fahrer-Lenkmoment einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektur-Lenkmoment auf null reduziert wird, wenn nach Erfüllung einer Eingriffsbedingung eine vorbestimmbare Zeitspanne vergangen ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Lenkwinkel modifiziert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Korrektur-Lenkmoment in Abhängigkeit von einer zeitlichen Ableitung des ermittelten Fahrer-Lenkmoments und/oder einer zeitlichen Ableitung des Lenkwinkels modifiziert wird.
13. Spurhalteassistenzsystem zur Spurhalteunterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs (A), dadurch gekennzeichnet, dass das Spurhalteassistenzsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

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