DE102013204833B4 - Spurhalteassistenz-System und -Verfahren - Google Patents

Abstract

Spurhalteassistenz-System mit:einem Empfänger (101), der auf Basis von Information, die von einem Bildsensor (110) und einem Fahrzeugsensor (120) her empfangen wird, Information über ein Fahrzeug und Information über eine Fahrbahn ausgibt, auf der das Fahrzeug fährt;einem Ziel-Routen-Generator (102), der die von dem Empfänger (101) ausgegebene Information empfängt und eine Ziel-Route des Fahrzeugs generiert;einer Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103), welche die Ziel-Route von dem Ziel-Routen-Generator (102) empfängt und eine Ziel-Gierrate des Fahrzeugs berechnet; undeiner Steuervorrichtung (104), die einen Zeitpunkt für eine Spurhalteassistenz-Steuerung des Fahrzeugs auf Basis der von dem Empfänger (101) ausgegebenen Information bestimmt, unter Verwendung der von der Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) her empfangenen Ziel-Gierrate einen Ziel-Lenkwinkel berechnet und eine Lenkvorrichtung (130) entsprechend dem Ziel-Lenkwinkel steuert,dadurch gekennzeichnet, dassder Ziel-Routen-Generator (102) mehrere Ziel-Routen für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von dem Fahrkurs bis zu irgendeinem Ziel abzuweichen, und/oder für einen Fahrweg berechnet, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrbahnbegrenzung abzuweichen, wobei die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) mehrere Ziel-Routen von dem Ziel-Routen-Generator (102) empfängt und für jede Ziel-Route die Ziel-Gierrate berechnet und wobei die Steuervorrichtung (104) aus mehreren Ziel-Gierraten eine Ziel-Gierrate auswählt, die für eine Fahrbedingung geeignet ist, und auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate den Ziel-Lenkwinkel berechnet.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese Anmeldung beansprucht unter 35 U.S.C. § 119 die Priorität der am 23. Mai 2012 eingereichten Koreanischen Patentanmeldung KR 10 2013 0 130 951 A , deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Spurhalteassistenz-System zum Verhindern eines vom Fahrer unbeabsichtigten Ausscherens aus einer Fahrspur, und insbesondere ein Spurhalteassistenz-System und -Verfahren, das auf Basis eines aktuellen Fahrzustand eines Fahrzeugs eine Ziel-Route konzipiert, entsprechend der Ziel-Route eine Ziel-Gierrate berechnet und eine Lenkvorrichtung des Fahrzeugs entsprechend einem auf Basis der Ziel-Gierrate generierten Ziel-Lenkwinkel steuert, so dass ein Ausscheren des Fahrzeugs aus der Fahrspur verhindert wird.
• HINTERGRUND
• Bei einem Spurhalteassistenz-System (Lane Keeping Assist System LKAS) handelt es sich um ein System, das ein fahrendes Fahrzeug derart steuert, dass ein Ausscheren des Fahrzeugs aus der Fahrspur verhindert wird, wenn auf Basis der Fahr-Information des Fahrzeugs und der Fahrbahn-Information zu erwarten ist, dass sich das Fahrzeug aus seiner Spur herausbewegen wird.
• Ein LKAS-Steuerverfahren gemäß dem relevanten Stand der Technik umfasst das Ermitteln eines Abstands und eines Winkels zwischen einem Fahrzeug und einer Fahrspur auf Basis von Fahrspur-Information, die mittels einer am Fahrzeug installierten Bilderfassungsvorrichtung erhalten wird, das Berechnen einer Fahrspur-Abweichungsgeschwindigkeit unter Verwendung einer Fahrrichtung und -geschwindigkeit des Fahrzeugs, die aus CAN-Daten des Fahrzeugs erhalten werden, und das Ausgeben einer Warnung vor einem Ausscheren aus der Fahrspur oder das Durchführen eines Lenk-Steuervorgangs in Abhängigkeit davon, ob sich das Fahrzeug außerhalb der Fahrspur befindet.
• Bei dem Steuerverfahren gemäß dem relevanten Stand der Technik besteht jedoch das Problem, dass ein Steuerbetrag nur anhand eines Abweichungs-Abstands und eines Abweichungs-Winkels berechnet wird, der ein Winkel zwischen einem Host-Fahrzeug und seiner Fahrspur ist, und dass somit oberhalb eines Schwellenwerts der Fahrspur-Abweichungsgeschwindigkeit eine Steuervorrichtung selbst dann mit hohem Ansprechvermögen arbeitet, wenn der Abweichungswinkel nur geringfügig ausgebildet ist. Zudem wird bei dem Steuerverfahren gemäß dem relevanten Stand der Technik eine auf Erfahrung basierende Lenkdrehmoment-Karte verwendet, um den Steuerbetrag zu berechnen, und somit ist bei diesem Verfahren keine Robustheit der Steuer-Leistungsfähigkeit gegenüber Störfaktoren wie z.B. Seitenwind, Steigung bzw. Gefälle der Fahrbahn etc. gewährleistet.
• Es sind bereits Lösungsansätze für diese Probleme vorgeschlagen worden, mittels derer erwartete Fahrzeug-Verhaltensweisen oder -Variablen eingeschätzt und kompensiert werden sollen; jedoch sind diese Lösungsansätze sehr anfällig gegenüber Fehlern in einem Kamera-Signal und weisen zudem einen komplizierten Steuer-Algorithmus auf. Folglich ist bei diesen Ansätzen nicht zu erwarten, dass sie die Leistungsfähigkeit des Steuervorgangs verbessern können. DE 43 00 941 A1 und US 2006 / 0 030 987 A1 offenbaren ein Spurhalteassistenz-System mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
• ÜBERBLICK
• Somit wird mit der vorliegenden Offenbarung ein Steuer-Algorithmus zum Konzipieren einer kinetisch basierten Ziel-Route, auf der ein fahrendes Fahrzeug eine vorausliegende Ziel-Position erreicht, und zum Berechnen einer Ziel-Gierrate zum Verfolgen der Ziel-Route und somit zum Berechnen eines Ziel-Lenkwinkels vorgeschlagen.
• Mit der vorliegenden Offenbarung wird ferner ein für eine Fahrbedingung geeignetes Spurhalteassistenz-System geschaffen, das in Abhängigkeit von der Fahrbedingung mehrere Ziel-Routen erzeugt, mehrere Ziel-Gierraten für jede Ziel-Route berechnet und eine der mehreren Ziel-Gierraten auswählt, um einen Lenk-Steuervorgang durchzuführen.
• Gemäß einem allgemeinen Aspekt weist ein in Anspruch 1 definiertes erfindungsgemäßes Spurhalteassistenz-System auf: einen Empfänger, der auf Basis von Information, die von einem Bildsensor und einem Fahrzeugsensor her empfangen wird, Information über ein Fahrzeug und Information über eine Fahrbahn ausgibt, auf der das Fahrzeug fährt; einen Ziel-Routen-Generator, der die von dem Empfänger ausgegebene Information empfängt und eine Ziel-Route des Fahrzeugs erzeugt; eine Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung, welche die Ziel-Route von dem Ziel-Routen-Generator empfängt und eine Ziel-Gierrate des Fahrzeugs berechnet; und eine Steuervorrichtung, die einen Zeitpunkt für eine Spurhalteassistenz-Steuerung des Fahrzeugs auf Basis der von dem Empfänger ausgegebenen Information bestimmt, unter Verwendung der von der Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung her empfangenen Ziel-Gierrate einen Ziel-Lenkwinkel berechnet und die Lenkvorrichtung entsprechend dem Ziel-Lenkwinkel steuert.
• Der Ziel-Routen-Generator berechnet mehrere Ziel-Routen für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von der Fahrbahn bis zu irgendeinem Ziel abzuweichen, und/oder für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrbahnbegrenzung abzuweichen, und die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung empfängt mehrere Ziel-Routen von dem Ziel-Routen-Generator und berechnet die Ziel-Gierrate für jede Ziel-Route. Die Steuervorrichtung wählt aus den mehreren Ziel-Gierraten eine Ziel-Gierrate, die für die Fahrbedingung geeignet ist, berechnet auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate den Ziel-Lenkwinkel, und steuert eine Lenkvorrichtung.
• Der Ziel-Routen-Generator kann eine Ziel-Route auf Basis eines Abstands zu irgendeiner Ziel-Position des Fahrzeugs und/oder einer Fahrbahnkrümmung zu der Ziel-Position hin und/oder eines seitlichen Versatzes des Fahrzeugs berechnen; die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung kann einen Krümmungsradius der von dem Ziel-Routen-Generator her erhaltenen Ziel-Route berechnen und die Ziel-Gierrate auf Basis des Krümmungsradius berechnen; die Steuervorrichtung kann den Ziel-Lenkwinkel auf Basis der Ziel-Gierrate, des Lenkwinkels in einem stabilen Zustand des Fahrzeugs und einer Gierrate in einem stabilen Zustand des Fahrzeugs berechnen.
• Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Spurhalteassistenz-Verfahren die Schritte gemäß Anspruch 4 11.
• Weitere Merkmale und Aspekte werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
• Figurenliste
• 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Spurhalteassistenz-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 2 veranschaulicht ein Verfahren zum Generieren mehrerer Ziel-Routen mittels des Spurhalteassistenz-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 3 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen eines Krümmungsradius einer Ziel-Route zwecks Berechnens einer Ziel-Gierrate mittels des Spurhalteassistenz-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Spurhalteassistenz-Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die Vorteile, Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Die Erfindung kann jedoch auch in Form anderer Ausführungsformen realisiert werden und ist nicht dahingehend zu interpretieren, dass sie auf die hier angeführten Ausführungsformen beschränkt wäre. Vielmehr verfolgen die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele den Zweck einer gründlichen und vollständigen Offenbarung und vermitteln Fachleuten auf dem Gebiet ein volles Verständnis des Umfangs der Erfindung.
• In der folgenden Beschreibung werden die technischen Ausdrücke nur zur Erläuterung eines bestimmten Ausführungsbeispiels verwendet, jedoch ohne dass sie im Sinne einer Beschränkung des Konzepts der Erfindung zu interpretieren wären. Die im Singular aufgeführten Ausdrücke können auch die Plural-Form umfassen, falls dies nicht ausdrücklich anders erwähnt ist. Die Bedeutung von „weist auf“ und/oder „aufweisend“ liegt in der Spezifizierung eines Elements, eines Schritts, eines Vorgangs und/oder einer Komponente, ohne dass jedoch damit andere Elemente, Schritte, Vorgänge und/oder Komponenten ausgeschlossen wären. Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
• 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Spurhalteassistenz-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Das Spurhalteassistenz-System (LKAS) enthält einen Empfänger 101, einen Ziel-Routen-Generator 102, eine Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 und eine Steuervorrichtung 104.
• Der Empfänger 101 empfängt Bilddetektions-Information und Fahrzeugdetektions-Information von einem Bildsensor 110 und einem Fahrzeugsensor 120 eines Fahrzeugs.
• Der Bildsensor 110 erkennt ein vordere Fahrspur in Echtzeit, schätzt eine Lateralposition, einen Steuerkurswinkel, eine Fahrbahnkrümmung und Fahrspur-Information eines Fahrzeugs auf Basis der Fahrspur und gibt die Lateralposition, den Steuerkurswinkel, die Fahrbahnkrümmung und die Fahrspur-Information des Fahrzeugs an den Empfänger 101 aus.
• Der Fahrzeugsensor 120 übermittelt Information über die Verhaltens-Aspekte des Fahrzeugs, wie z.B. Fahrrichtung, Geschwindigkeit etc. des Fahrzeugs, an den Empfänger 101.
• Der Empfänger 101 übermittelt Information über einen Fahrzustand eines fahrenden Fahrzeugs und Information über eine Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt, die von dem Bildsensor 110 und dem Fahrzeugsensor 120 her zugeführt werden, an den Ziel-Routen-Generator 102.
• Der Ziel-Routen-Generator 102 generiert eine Ziel-Route, auf der das Fahrzeug fahren kann, ohne seine Fahrspur zu verlassen, auf Basis von Fahr-Information über das Fahrzeug und Information über die Fahrbahn, die von dem Empfänger 101 her zugeführt werden. In diesem Fall kann der Ziel-Routen-Generator 102 eine Ziel-Route generieren, auf der eine Fahrt in einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrspur dahingehend möglich ist, dass sich das Fahrzeug sicher innerhalb der Fahrspur bewegen kann. Entsprechend kann der Ziel-Routen-Generator 102 mehrere Ziel-Routen generieren und das Fahrzeug auf Basis einer dieser Ziel-Routen steuern.
• 2 veranschaulicht ein Verfahren zum Generieren mehrerer Ziel-Routen mittels des Spurhalteassistenz-Systems.
• Gemäß 2 können, wenn die aktuelle Position eines Fahrzeugs mit C und ein Ziel-Abstand des Fahrzeugs mit L bezeichnet ist, die Ziel-Punkte, die eine Bewegung des Fahrzeugs ohne Abweichung von seiner Fahrspur ermöglichen, als A und B dargestellt werden. Ferner können die Ziel-Punkte, die eine Bewegung des Fahrzeugs ohne Abweichung von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrspur ermöglichen, als A* und B* dargestellt werden. Somit kann die Ziel-Route als eine Route zum Erreichen der Ziel-Punkte A, B, A* und B* generiert werden.
• Eine Koordinate (x,y) auf einer kurvenförmigen Ziel-Route, auf der die Ziel-Punkte A, B, A* und B* erreicht werden können, kann mittels der Gleichung (1) und der Gleichung (2) berechnet werden. $$\{\begin{array}{c}{x}_i=\sqrt{L^2-y_i{}^2}\\ x_i{}^{*}=\sqrt{L^2-y_i{}^{*2}}\end{array}\left(\text{i}=\text{L},\text{ R}\right)$$

  

  $$\{\begin{array}{c}{y}_i=\frac{L^2-{\epsilon }_i{}^2-2{\epsilon }_i\left(R_i-{\epsilon }_i\right)}{2\left(R_i-{\epsilon }_i\right)}=\frac{{\rho }_i\left(L^2-{\epsilon }_i{}^2\right)}{2\left(1-{\rho }_i{\epsilon }_i\right)}-{\epsilon }_i\\ y_i{}^{*}=\frac{L^2-{\epsilon }_i{}^{*2}-2{\epsilon }_i{}^{*}\left(R_i{}^{*}-{\epsilon }_i{}^{*}\right)}{2\left(R_i{}^{*}-{\epsilon }_i{}^{*}\right)}=\frac{{\rho }_i{}^{*}\left(L^2-{\epsilon }_i{}^{*2}\right)}{2\left(1-{\rho }_i{}^{*}{\epsilon }_i{}^{*}\right)}-{\epsilon }_i{}^{*}\end{array}\left(\text{i}=\text{L},\text{ R}\right)$$

  

  wobei (x₁ , y₁ ) eine Koordinate auf einer Ziel-Route ist, auf der die Ziel-Punkte A und B erreicht werden können, (x₁*, y₁*) eine Koordinate auf einer Ziel-Route ist, auf der die Ziel-Punkte A* und B* erreicht werden können, ρ_i(ρ_i = 1 / R_i) eine Straßenkurve eines Ziel-Punkts ist und ε_i ein lateraler Versatz des Fahrzeugs ist.
• Der Ziel-Routen-Generator 102 gibt Information über mehrere mittels der vorgenannten Gleichungen erzeugte Ziel-Routen an die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 aus.
• Die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 berechnet eine Ziel-Gierrate, bei der es sich um ein Ziel-Verhalten eines Fahrzeugs handelt, auf Basis mehrerer Ziel-Routen, die von dem Ziel-Routen-Generator 102 her empfangen werden, und auf Basis von Fahrzeug-Information und Fahrbahn-Information, die durch den Ziel-Routen-Generator 102 zugeführt wird.
• Die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 berechnet einen Krümmungsradius einer von dem Ziel-Routen-Generator 102 her empfangenen kurvenförmigen Ziel-Route und berechnet dann auf Basis des Krümmungsradius eine Ziel-Gierrate.
• 3 veranschaulicht ein Verfahren, mittels dessen die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 einen Krümmungsradius einer kurvenförmigen Ziel-Route berechnet.
• Wenn ein Krümmungsradius einer Ziel-Route AC mit r_L bezeichnet ist, ein Winkel zwischen OC und AC mit α bezeichnet ist, ein Abweichungswinkel zwischen einem Fahrzeug und seiner Fahrspur mit Φ bezeichnet ist und ein Abstand von einem Ziel-Punkt mit L bezeichnet ist, können die Verhältnisse zwischen ihnen in Form der Gleichung (3) ausgedrückt werden. $$r_L\text{cos}\left(\varphi +\alpha \right)=L/2$$

  
• Somit kann eine Krümmung ρ_K,L der kurvenförmigen Route zum Erreichen des Ziel-Punkts in Form der Gleichung (4) ausgedrückt werden. $${\rho }_{k,L}=\frac{1}{r_L}=\frac{2}{L^2}\left(y_L\text{cos}\varphi -{\text{x}}_L\text{sin}\varphi \right)$$

  

  wobei x_L = Lsinα und y_L = Lcosα.
• Somit können Krümmungen kurvenförmiger Routen zum Erreichen der Ziel-Punkte A, B, A* und B* in Form der Gleichung 5 ausgedrückt werden. $$\{\begin{array}{c}{\rho }_{k,i}=\frac{2}{L^2}\left(y_i\text{cos}\varphi -{\text{x}}_i\text{sin}\varphi \right)\\ {\rho }^{*}{}_{k,i}=\frac{2}{L^2}\left(y_i{}^{*}\text{cos}\varphi -x_i{}^{*}\text{sin}\varphi \right)\end{array}\left(\text{i}=\text{L},\text{ R}\right)$$

  
• Wenn eine Krümmung einer kurvenförmigen Ziel-Route mittels des vorstehend aufgeführten Verfahrens berechnet wird, kann eine Ziel-Gierrate durch Multiplizieren der Krümmung mit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet werden, und somit können mehrere Ziel-Gierraten YR_d,i mittels der Gleichung (6) berechnet werden. $$\{\begin{array}{c}Y{R}_{d,i}={\rho }_{k,i}\cdot {\nu }_x\\ Y{R}^{*}{}_{d,i}={\rho }^{*}{}_{k,i}\cdot {\nu }_x\end{array}\left(\text{i}=\text{L},\text{ R}\right)$$

  
• Die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 gibt Information über die mittels des vorstehenden Vorgangs berechneten mehreren Gierraten an die Steuervorrichtung 104 aus.
• Die Steuervorrichtung 104 empfängt mehrere Ziel-Gierraten von der Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung 103 und überwacht einen Antriebszustand eines Fahrzeugs, um den Zeitpunkt zum Anwenden eines Spurhalteassistenz-Systems zu bestimmen. Die Steuervorrichtung 104 wählt aus mehreren Ziel-Gierraten eine Ziel-Gierrate aus, die für eine Fahrbedingung geeignet ist, und berechnet auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate einen Ziel-Lenkwinkel, wenn das Fahrzeug beginnt, sich aus seiner Fahrspur herauszubewegen, und somit bestimmt die Steuervorrichtung 104, dass der Zeitpunkt zum Einsatz des Systems eingetreten ist.
• Der Ziel-Lenkwinkel wird durch die Gleichung (7) berechnet. $${\delta }_{cmd}=k_p\left({\delta }_{ss}/Y{R}_{SS}\right)Y{R}_d$$

  

  wobei δ_cmd ein Ziel-Lenkwinkel ist, k_p ein Proportional-Verstärkungsfaktor ist, bei dem es sich um einen Steuer-Verstärkungsfaktor handelt, δ_ss ein Lenkwinkel in einem stabilen Zustand ist, YR_ss eine Gierrate in einem stabilen Zustand ist, und YR_d eine Ziel-Gierrate ist.
• Die Steuervorrichtung 104 steuert eine Lenkvorrichtung 130, indem sie an die Lenkvorrichtung 130 Information über den Ziel-Lenkwinkel übermittelt, um einen Fahrvorgang des Fahrzeugs dahingehend zu unterstützen, dass dieses nicht aus seiner Fahrspur ausschert.
• 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Spurhalteassistenz-Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Zur Steuerung der Spurhaltung eines Fahrzeugs empfängt in Schritt S400 das Spurhalteassistenz-System ein Bilddetektionssignal und ein Fahrzeugdetektionssignal von einem Bildsensor und einem Fahrzeugsensor eines Fahrzeugs. Das Spurhalteassistenz-System schätzt in Schritt S410 die Fahrspur-Information, Positions-Information über die Position des Fahrzeugs in der Fahrspur, und eine Fahrbahnkrümmung, schätzt ferner Information wie z.B. die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis des Fahrzeugdetektionssignals, und gibt Fahr-Information und Fahrbahn-Information aus.
• Das Spurhalteassistenz-System generiert in Schritt S420 auf Basis der Fahr-Information und der Fahrbahn-Information eine kurvenförmige Ziel-Route für einen Fahrweg des Fahrzeugs, auf dem dieses fahren kann, ohne aus seiner Fahrspur auszuscheren, oder für einen Fahrweg, auf dem dieses fahren kann, ohne von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrbahn abzuweichen. Die kurvenförmige Ziel-Route kann auf Basis eines Abstands zu irgendeiner Ziel-Position, eines Krümmungsradius der Straße und eines seitlichen Versatzes berechnet werden.
• Das Spurhalteassistenz-System berechnet in Schritt S430 die Krümmungen der mehreren kurvenförmigen Ziel-Routen und multipliziert jede Krümmung mit einer Geschwindigkeit des fahrenden Fahrzeugs, um eine Ziel-Gierrate in Abhängigkeit von jeder Ziel-Route zu berechnen.
• Das Spurhalteassistenz-System überwacht, ob das Fahrzeug aus seiner Spur ausschert, und falls sich das Fahrzeug aus seiner Fahrspur herauszubewegen beginnt, bestimmt das System, dass ein Zeitpunkt zum Anwenden der Spurhalteassistenz-Steuerung eingetreten ist, und wählt in Schritt S450 aus mehreren Ziel-Gierraten für die mehreren kurvenförmigen Ziel-Routen eine Ziel-Gierrate aus, die für eine Fahrbedingung geeignet ist, und berechnet in Schritt S460 auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate einen Ziel-Lenkwinkel.
• Der Ziel-Lenkwinkel kann auf Basis der Ziel-Gierrate, der Lenkrate und der Gierrate in einem stabilen Zustand, und des Proportional-Verstärkungsfaktors berechnet werden.
• Das Spurhalteassistenz-System steuert in Schritt S470 eine Lenkvorrichtung entsprechend dem Ziel-Lenkwinkel, um das Fahrzeug in seiner Fahrbewegung derart zu unterstützen, dass das Fahrzeug während der Fahrt nicht aus seiner Fahrspur ausschert.
• Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Spurhalteassistenz-System geschaffen, das robust gegenüber Fehlern ist, indem es die Spurhaltung des Fahrzeugs mittels einer Ziel-Gierrate steuert, und es wird ein Spurhalteassistenz-System geschaffen, das für eine Fahrbedingung geeignet ist, indem es auf Basis der Fahrbedingung aus mehreren Gierraten eine geeignete Gierrate auswählt, um die Lenkvorrichtung zu steuern.
• Es ist vorteilhafterweise möglich, selektiv einen variablen Ziel-Abstand zu wählen, um die Stärke und Ansprechbarkeit der Steuerung in einer der Benutzeranforderung entsprechenden Weise problemlos einstellen zu können, und einen Steuer-Algorithmus zu erstellen, der sehr leicht implementiert werden kann. Ferner ist die Erfindung auch für autonome Fahrtechnologie wie z.B. autonome Fahr- und automatische Spurwechsel-Technologie anwendbar.
• Der vorstehend erläuterte Gegenstand ist als illustrativ und nicht im Sinne einer Beschränkung zu interpretieren, und die angefügten Ansprüche sind dahingehend zu interpretieren, dass sie sämtliche Modifikationen, Verbesserungen und andere Ausführungsformen umfassen, die innerhalb des wahren Erfindungsgedankens und -umfangs fallen. Somit sollen die Ausführungsformen der Erfindung den technischen Gehalt der Erfindung nicht beschränken, sondern erläutern. Der Umfang der Erfindung wird durch diese Ausführungsformen nicht beschränkt. Der Umfang der Erfindung bemisst sich entsprechend den folgenden Ansprüchen, und sämtliche hier aufgeführten technischen Ideen sind in dem Sinne aufzufassen, dass sie alle Modifikationen, Äquivalente und Ersatzmerkmale abdecken, die unter den Umfang der Erfindung fallen.

Claims (12)

1. Spurhalteassistenz-System mit: einem Empfänger (101), der auf Basis von Information, die von einem Bildsensor (110) und einem Fahrzeugsensor (120) her empfangen wird, Information über ein Fahrzeug und Information über eine Fahrbahn ausgibt, auf der das Fahrzeug fährt; einem Ziel-Routen-Generator (102), der die von dem Empfänger (101) ausgegebene Information empfängt und eine Ziel-Route des Fahrzeugs generiert; einer Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103), welche die Ziel-Route von dem Ziel-Routen-Generator (102) empfängt und eine Ziel-Gierrate des Fahrzeugs berechnet; und einer Steuervorrichtung (104), die einen Zeitpunkt für eine Spurhalteassistenz-Steuerung des Fahrzeugs auf Basis der von dem Empfänger (101) ausgegebenen Information bestimmt, unter Verwendung der von der Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) her empfangenen Ziel-Gierrate einen Ziel-Lenkwinkel berechnet und eine Lenkvorrichtung (130) entsprechend dem Ziel-Lenkwinkel steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziel-Routen-Generator (102) mehrere Ziel-Routen für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von dem Fahrkurs bis zu irgendeinem Ziel abzuweichen, und/oder für einen Fahrweg berechnet, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrbahnbegrenzung abzuweichen, wobei die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) mehrere Ziel-Routen von dem Ziel-Routen-Generator (102) empfängt und für jede Ziel-Route die Ziel-Gierrate berechnet und wobei die Steuervorrichtung (104) aus mehreren Ziel-Gierraten eine Ziel-Gierrate auswählt, die für eine Fahrbedingung geeignet ist, und auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate den Ziel-Lenkwinkel berechnet.
2. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) einen Krümmungsradius der von dem Ziel-Routen-Generator (102) her empfangenen Ziel-Routen berechnet und auf Basis des Krümmungsradius die Ziel-Gierrate berechnet.
3. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) den Krümmungsradius auf Basis eines Abstands zu irgendeiner Ziel-Position des Fahrzeugs und eines Abweichungswinkels zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn berechnet.
4. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) den Krümmungsradius der Ziel-Routen mittels der folgenden Gleichung berechnet: $$R\cdot \text{cos}\left(\varphi +\alpha \right)=\frac{L}{2}$$

   

   wobei R ein Krümmungsradius, Φ ein Abweichungswinkel, α ein Winkel zwischen einer geraden Linie zu einer Ziel-Position und einer geraden Linie zur Mitte eines Kreises ist, der eine Straße als Bogen aufweist, und L ein Abstand zu der Ziel-Position ist.
5. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) die Ziel-Gierraten durch Multiplizieren der Krümmung der Ziel-Route mit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet.
6. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung (103) die Ziel-Gierraten während der Fahrt des Fahrzeugs in Echtzeit aktualisiert.
7. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziel-Routen-Generator (102) die Ziel-Routen auf Basis eines Abstands zu irgendeiner Ziel-Position des Fahrzeugs und/ oder der Fahrbahnkrümmung zu der Ziel-Position hin und/oder eines seitlichen Versatzes des Fahrzeugs berechnet.
8. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziel-Routen-Generator (102) eine Koordinate (x₁, y₁) auf einer der Ziel-Routen, auf der das Fahrzeug fahren kann, ohne von dem Fahrkurs zu irgendeiner Ziel-Position abzuweichen, durch die folgende Gleichung berechnet: $$\begin{array}{cc}{x}_i=\sqrt{L^2-y_i{}^2,}& y_i=\frac{{\rho }_i\left(L^2-{\epsilon }_i{}^2\right)}{2\left(1-{\rho }_i{\epsilon }_i\right)}\end{array}-{\epsilon }_i$$

   

   wobei L irgendein Ziel-Abstand ist, ρ₁ eine Fahrbahnkrümmung ist und ε₁ ein lateraler Versatz eines Fahrzeugs ist.
9. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (104) den Ziel-Lenkwinkel auf Basis der Ziel-Gierrate, des Lenkwinkels in einem stabilen Zustand des Fahrzeugs und einer Gierrate in einem stabilen Zustand des Fahrzeugs berechnet.
10. Spurhalteassistenz-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (104) den Ziel-Lenkwinkel durch die folgende Gleichung berechnet: $${\delta }_{cmd}=k_p\cdot {\delta }_{ss}\cdot \frac{Y{R}_d}{Y{R}_{SS}}$$

    

    wobei δ_cmd ein Ziel-Lenkwinkel ist, k_p ein Proportional-Verstärkungsfaktor ist, der ein Steuer-Verstärkungsfaktor ist, δ_ss ein Lenkwinkel in einem stabilen Zustand ist, YR_ss eine Gierrate in einem stabilen Zustand ist, und YR_d eine Ziel-Gierrate ist.
11. Spurhalteassistenz-Verfahren mit folgenden Schritten: Empfangen eines Bilddetektionssignals und/oder eines Fahrzeugdetektionssignals eines Fahrzeugs und Ausgeben von Fahr-Information über das Fahrzeug; Generieren einer Ziel-Route des Fahrzeugs auf Basis der Fahr-Information; Berechnen einer Ziel-Gierrate und eines Ziel-Verhaltens des Fahrzeugs auf Basis der Ziel-Route; Bestimmen einer Spurhalteassistenz-Steuerzeit auf Basis der Fahr-Information und Berechnen eines Ziel-Lenkwinkels auf Basis der Ziel-Gierrate; und Steuern einer Lenkvorrichtung (130) des Fahrzeugs entsprechend dem Ziel-Lenkwinkel, wobei mehrere Ziel-Routen für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von dem Fahrkurs bis zu irgendeinem Ziel abzuweichen, und/oder für einen Fahrweg, auf dem das Fahrzeug fahren kann, ohne von einem vorgegebenen Versatz-Abstand von der Fahrbahnbegrenzung abzuweichen, berechnet werden und für jede Zielroute die Ziel-Gierrate berechnet wird und wobei aus mehreren Ziel-Gierraten eine Ziel-Gierrate ausgewählt wird, die für eine Fahrbedingung geeignet ist, und auf Basis der gewählten Ziel-Gierrate der Ziel-Lenkwinkel berechnet wird.
12. Spurhalteassistenz-Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Gierraten-Berechnungsvorrichtung einen Krümmungsradius der Ziel-Route berechnet und die Ziel-Gierrate auf Basis des Krümmungsradius und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet.

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