DE102013223129A1

DE102013223129A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102013223129A1
Application number: DE201310223129
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stählin
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2015070996A1

Abstract

Es soll ein besonders robustes und präzises Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigstens einer geforderten Arbitrierungsgröße durchgeführt wird, angegeben werden. Dazu ist vorgesehen, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdynamikgröße ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigstens einer geforderten Arbitrierungsgröße durchgeführt wird. Sie betrifft zudem eine entsprechende Vorrichtung.
In modernen Kraftfahrzeugen wird der Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeuges, insbesondere beim Lenken sowie beim Bremsen bzw. bei gefährlichen fahrdynamischen Manövern wie potentiellem Schleudern, von elektronischen Komponenten unterstützt.
Diese Kraftfahrzeuge sind dazu mit einer stetig größer werdenden Anzahl von Fahrerassistenz- oder Fahrsicherheitssystemen ausgerüstet, die zum Teil autonom in die Fahrdynamik eingreifen können. Elektrische Servolenkungen wie beispielsweis EPS (Electric Power Steering) sowie Fahrassistenzsysteme mit Eingriffen in die Lenkung sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Um den Aufwand der Entwicklung dieser Systeme gering zu halten, werden sie gewöhnlich unabhängig voneinander entwickelt und im Kraftfahrzeug implementiert. Damit diese unabhängig entwickelten Systeme anschließend in einem Fahrzeug gemeinsam funktionieren, wird eine sogenannte Arbitrierung notwendig. Diese entscheidet, welcher Eingriff in welcher Form an die Aktuatoren (Bremse, Lenkung, ...) weitergereicht wird. Die Arbitrierung ist somit gewissermaßen eine Priorisierung der verschiedenen Eingriffe der unterschiedlichen Systeme. Für Eingriffe in die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges, die beispielsweise das Bremsen und Beschleunigen umfasst, hat sich dabei bewährt, das Maximum der Verzögerung, also den maximalen Bremswunsch, als Arbitrierung bzw. Arbitrierungskriterium zu verwenden.
Ein Verfahren zur Unterstützung eines Führens eines Fahrzeuges, wobei sowohl eine Längsdynamikregeleinrichtung als auch eine Querdynamikregeleinrichtung vorgesehen sind, ist aus der DE 10 2005 060 820 A1 bekannt.
Für Eingriffe in die Querdynamik fehlt jedoch bislang eine allgemein anerkannte Methode für die Arbitrierung. Bisher werden beispielsweise Lenkmomente oder der Lenkwinkel zur Arbitrierung hinzugezogen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein besonders präzises und robustes Verfahren zur Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik anzugeben. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens angegeben werden.
In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdynamikgröße ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass prinzipiell für eine zuverlässige, fahrerassistierende Regelung auch eine Arbitrierung der Eingriffe in die Querdynamik des Fahrzeuges, also seine Dynamik senkrecht zur Längsrichtung, erfolgen sollte. Für besonders stabile Fahrdynamik ist dabei die Priorisierung entscheidend.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann eine besonders robuste und zuverlässige Regelung der Querdynamik auch realisiert werden, wenn für die Arbitrierung eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierende physikalische Größe verwendet wird. Unter einer physikalischen Fahrdynamikgröße wird dabei eine Größe verstanden, mit deren Hilfe sich die Fahrdynamik des Fahrzeuges beschreiben lässt und die unabhängig von der konkreten Implementation der im Kraftfahrzeug verbauten Aktuatoren ist. Durch diese Unabhängigkeit von den Aktuatoren ist eine derartige Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik des Kraftfahrzeuges besonders robust und zuverlässig. Zudem ist eine derartige Arbitrierung organisch kombinierbar mit einer Arbitrierung für Eingriffe in die Längsdynamik des Fahrzeuges.
Vorteilhafterweise ist die Fahrdynamikgröße die geforderte Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges oder deren Änderung. Die Querbeschleunigung charakterisiert in besonders direkter und robuster Weise das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeuges in Querrichtung, also senkrecht zur Längsrichtung.
Alternativ dazu kann auch als die Fahrdynamikgröße die Gierrate oder deren Änderung verwendet werden. Die Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit bezeichnet dabei die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeuges um seine Hochachse und charakterisiert somit eine Bewegung des Fahrzeuges, die auch Komponenten in Querrichtung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten die betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße ermittelt und als Arbitrierungsgröße verwendet. Die Abtastzeitpunkte sind bevorzugt zeitlich in vorgegebenen regelmäßigen Abständen angeordnet. Sie können aber auch beim Erkennen einer gegebenenfalls stark regelungsbedürftigen Situation auch in ihrem zeitlichen Abstand angepasst, insbesondere zeitlich verkürzt, werden.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird als Arbitrierungsgröße die während eines Gesamteingriffs maximal geforderte Fahrdynamikgröße gewählt. Dadurch wird sichergestellt, dass das komplette Manöver auch fahrdynamisch umsetzbar bzw. fahrbar ist. Wenn die Größe abschnittsweise ermittelt, kann es vorkommen, dass zu irgendeinem Zeitpunkt größere Querbeschleunigungen notwendig sind, als das Fahrzeug realisieren kann.
Vorzugsweise wird parallel bzw. zeitgleich zur Arbitrierung der Querdynamik auch eine Arbitrierung in Längsrichtung durchgeführt, welche bevorzugt aufgrund der geforderten Längsbeschleunigung oder ihrer geforderten Änderung erfolgt.
Bei einer gleichzeitigen Arbitrierung von Regelungseingriffen in Längs- und in Querrichtung wird bei einer geforderten bzw. resultierenden Längsbeschleunigung die Querbeschleunigung vorteilhafterweise mit Hilfe des Kammschen Kreises begrenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt der Regelung die an den Rädern jeweils wirkende Gesamtkraft derart begrenzt wird, dass bei der jeweils wirkenden Längskraft noch genügend Seitenführungskraft vorhanden ist.
Bevorzugt wird eine für die Regelung von einem Fahrerassistenzsystem geforderte Anforderungsgröße, die nicht der Querbeschleunigung oder ihrer Änderung entspricht, in eine effektive Querbeschleunigung oder ihre Änderung umgerechnet. Damit wird einerseits eine vorteilhaft die querdynamische Fahrsituation charakterisierende Größe für Regelungseingriffe in die Querdynamik des Fahrzeuges verwendet. Andererseits erlaubt eine derartige Ausführung auch die Entkopplung der implementierten Regelungsroutinen von dem Vorhandensein von konkret vorliegenden Aktuatoren. Bei Verwendung unterschiedlicher Aktuatoren muss dann nämlich nur der Teil des – beispielsweise als Computerprogramm, welches auf einer Steuerund Regeleinheit läuft – implementierten Verfahrens ausgetauscht werden, welches die Umrechnung vornimmt. Die Routinen zur Regelung des Fahrzeuges können aber im Wesentlichen unverändert bleiben.
Die oben genannte Umrechnung wird vorzugsweise mittels kinematischer Beziehungen und/oder mittels eines fahrdynamischen Modells des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird. Dazu eignen sich beispielsweise das Einspurmodell, das erweiterte Einspurmodell, das Zweispurmodell, das MKS-Modell, etc.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit Mitteln, insbesondere in einer Steuer- und Regeleinheit hardware- und/oder softwaremäßig implementierten Modulen, zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Verwendung einer physikalischen Reaktionsgröße als Arbitrierungsgröße die Arbitrierung unabhängig von den im Kraftfahrzeug eingesetzten Aktuatoren durchgeführt werden kann. Wird anstelle der Fahrdynamikgröße deren geforderte Änderung zur Arbitrierung der Querdynamik eingesetzt, ist der Regelungsprozess unabhängig von dem aktuell vorhandenen Wert (ohne den geforderten Eingriff).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in stark schematisierter Darstellung ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeugs in einer bevorzugten Ausführungsform.
Das Verfahren wird zur Arbitrierung von Eingriffen in die Querdynamik eines Kraftfahrzeuges verwendet, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern. Es findet zusätzlich auch eine Arbitrierung von Eingriffen in die Längsbeschleunigung statt, wofür als Arbitrierungsgröße die von dem jeweiligen Fahrerunterstützungssystem bzw. Fahrassistenzsystem geforderte Änderung der Längsbeschleunigung verwendet wird.
Die Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik des Kraftfahrzeuges erfolgt aufgrund der jeweils von dem System geforderten Änderung der Querbeschleunigung.
Die in Blöcken 2 bis 10 bzw. 2 bis 14 dargestellten Verfahrensschritte werden schleifenartig zu in regelmäßigen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt.
In Block 2 werden die zudem aktuellen Abtastzeitpunkt von den Fahrassistenzsystemen geforderten Änderungen der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung bestimmt.
In Block 6 wird daraufhin ermittelt, welches der vorhandenen bzw. aktiven Fahrassistenzsysteme für einen Eingriff den betragsmäßig größten Wert der Änderung der Querbeschleunigung fordert. Weiterhin wird in Block 6 der größte geforderte Wert für die Änderung der Längsbeschleunigung ermittelt.
In Block 8 wird aus den geforderten betragsmäßig maximalen Änderungswerten für Quer- und Längsbeschleunigung zusammen mit den jeweils aktuell vorliegenden bzw. gemessenen Werten für Quer- und Längsbeschleunigung jeweils die durch den Eingriff resultierende Quer- bzw. Längsbeschleunigung bestimmt. Mit Hilfe eines das konkrete Kraftfahrzeug charakterisierenden Kammschen Kreises wird nun zu der geforderten Größe der Längsbeschleunigung die entsprechende Querbeschleunigung begrenzt, wonach wiederum die maximal forderbare Änderung der Querbeschleunigung bestimmt wird. In Block 10 werden dann die konkreten Eingriffe durchgeführt, wobei beispielsweise die Bremsen aktiv betätigt werden und/oder die Lenkung aktiv betätigt wird.
In einem optionalen Block 14 werden in dem Fall, dass ein oder mehrere in die Querdynamik eingreifende Fahrassistenzsysteme Größen liefern, die nicht der geforderten Querbeschleunigung oder ihre Änderung entsprechen, diese mittels eines Zweispurmodells für das Kraftfahrzeug in die korrespondierende Querbeschleunigung bzw. ihre Änderung umgerechnet.
Das in der Figur in einer bevorzugten Variante dargestellte Verfahren dient der Unterstützung des Fahrers beim Fahren eines Kraftfahrzeuges, in welchem eine Mehrzahl von Fahrassistenzsystemen aktiv in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges eingreift. Das bedeutet, dass der Fahrer durch die Betätigung des Gaspedals, des Bremspedals und der Lenkung gewissermaßen die gewünschte Bewegung bzw. Dynamik des Fahrzeuges vorgibt und die Fahrassistenten im Wesentlichen immer dann eingreifen, wenn das Auftreten einer potentiell oder unmittelbar gefährlichen Situation entdeckt wird oder auch zur Unterstützung eines regulären Fahrmanövers.
Die Fahrassistenzsysteme bzw. Anwendungen, die der Arbitrierung unterliegen können, sind beispielsweise:

– Notbremsassistenz (EBA)
– Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC)
– Notlenkassistenz (ESA)
– Spurhalteassistenz
– automatische Spurführung
– Spurwechselassistenz
– Hill Descent Assist/Control
– automatisiertes Fahren

Bezugszeichenliste

2: Block
6: Block
8: Block
10: Block
14: Block

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005060820 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigstens einer geforderten Arbitrierungsgröße durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdynamikgröße ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrdynamikgröße die geforderte Querbeschleunigung oder deren Änderung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrdynamikgröße die Gierrate oder deren Änderung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten die betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße ermittelt wird und als Arbitrierungsgröße verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als die Arbitrierungsgröße die während eines des Gesamteingriffs betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Arbitrierung in Längsrichtung aufgrund der geforderten Längsbeschleunigung oder ihrer Änderung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei der durch eine Forderung resultierenden Längsbeschleunigung die Querbeschleunigung mit Hilfe des Kammschen Kreises begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine für die Regelung von einem Fahrerassistenzsystem geforderte Anforderungsgröße, die nicht der Querbeschleunigung oder ihrer Änderung entspricht, in eine effektive Querbeschleunigung oder ihre Änderung umgerechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Umrechnung mittels kinematischer Beziehungen und/oder mittels eines fahrdynamischen Modells des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.