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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
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Die
DE 603 18 919 T2 befasst sich mit eine elektrischen Fahrzeugsteuervorrichtung mit einer Servolenkung, durch die einem Lenkmechanismus eines Fahrzeuges ein Hilfsmoment oder eine Lenkwinkel-Stellgröße zugeführt wird. Es ist eine Kompensationslenkwinkel-Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Kompensationslenkwinkels in Bezug zu einem Istwinkel des Lenkmechanismus vorgesehen, um eine Gierbewegung zu unterdrücken oder abzuschwächen. Wenn also eine außergewöhnliche Gierbewegung erfasst wird, wird der Kompensationslenkwinkel berechnet, um die außergewöhnliche Gierbewegung zu unterdrücken, so dass die Geradeausstabilität des Fahrzeuges verbessert werden könne. Ebenso ist eine Objekterfassungseinrichtung zur Erfassung eines im Bereich des Fahrzeuges befindlichen Hindernisses offenbart. Wird ein Hindernis erkannt, wird der Kompensationslenkwinkelvorgang aufgehoben, so dass der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug zu manövrieren, um eine Notsituation handhaben zu können.
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Um für „Steer-by-wire“ Systemen und für EPS-Systeme mit einem Regelungskonzept zur Regelung des Lenkmomentes ein Lenkgefühl durch Erzeugung eines Soll-Lenkmomentes zu realisieren, das an unterschiedlichen Lenkungen beziehungsweise Fahrzeugtypen anpassbar ist, und bei dem das sich ergebende Lenkgefühl in allen Fahrzuständen und Fahrsituationen ein gleichwertiges und verbessertes Lenkgefühl aufweisen soll, schlägt die
DE 10 2009 000 638 A1 vor, ein Basismoment, ein Dämpfungsmoment, ein Hysteresemoment und ein Mittenmoment In Richtung Geradeausstellung bestimmt werden, welche Einzelkomponenten bilden, in Abhängigkeit derer das Soll-Lenkmoment bestimmt wird. Bei einem sportlichen Fahrmodus des Fahrers beispielsweise könnten so z. B. verstärkt Informationen über die aktuelle Querbeschleunigung an den Fahrer übermittelt werden.
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Aus der
DE 10 2009 028 880 A1 ist ein Fahrtrichtungsstabilisierungssystem für Fahrzeuge bekannt, bei welchem die Fahrtrichtung des Fahrzeuges in Bezug auf das Eintreten eines Ereignisses überwacht wird, aufgrund dessen sich die Fahrtrichtung des Fahrzeuges abweichend von der am Lenkrad vorgegebene Fahrtrichtung ungewollt ändert. Bei Feststellung eines solchen Ereignisses wird ein automatischer Eingriff durchgeführt, mittels dessen das Fahrzeug um einen relativen Gierwinkel zurückgedreht wird, um den es sich zuvor infolge des Ereignisses relativ zur Fahrbahn gedreht hat. Der Lenkradwinkel, den der Fahrer nach Eintritt des Ereignisses am Lenkrad vorgibt, wird bei der Bestimmung des relativen Gierwinkels nicht berücksichtigt. So soll es möglich sein, das Fahrzeug so auszurichten, dass die Fahrzeugbewegungsrichtung nach der Kollision im Wesentlichen der Fahrtrichtung vor der Kollision entspricht. Dabei wird jedoch eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt, bei welcher das Gierverhalten des Fahrzeuges und das Lenkverhaltens des Fahrers in Relation gesetzt werden, so dass der automatischen Eingriff sichergestellt nur nach einer Kollision durchgeführt wird. Nachteilig ist jedoch, dass der automatische Eingriff lediglich dazu führt die ursprüngliche Fahrtrichtung zu erreichen, wobei das Fahrzeug durchaus seitenversetzt zur ursprünglichen Linie nicht zu dieser zurückgeführt wird.
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Die
DE 103 54 662 A1 betrifft ein Verfahren zum Unterstützen des Fahrers eines Kraftfahrzeuges in fahrdynamischen Grenzsituationen, in denen das Fahrzeug übersteuert. Um den Fahrer auf das richtige Lenkverhalten hinzuweisen, wird mittels eines Stellers auf das Lenkrad ein Lenkmoment ausgeübt.
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Mit geeigneten Unterstützungs- sowie Assistenzsysteme ausgestattete Lenkvorrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind hinreichend bekannt. Diese reichen von mittlerweile nahezu vollständig etablierten Servolenkungen bis hin zu selbsttätig agierenden Lenksystemen, beispielsweise in Einparksituationen. Als Servolenkungen ausgebildete Lenkvorrichtungen werden zumeist hydraulisch betrieben (HPS = „Hydraulic Power Steering“), wobei sie primär der reinen Lenkkraftunterstützung dienen. Neuere Systeme hingegen weisen eine Servolenkung mit einem elektrisch angetriebene Motor auf (EPS = „Electric Power Steering“). Durch den Wegfall der ansonsten erforderlichen Hydraulikpumpe bieten diese Systeme entsprechende energetische Vorteile. So liegt durch die nur bedarfsweise erfolgende Zuschaltung des Elektromotors kein durchgehender Leistungsverlust für den im Betrieb befindlichen Fahrzeugmotor vor.
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EPS-Systemen bieten die einfache Möglichkeit der Kombination mit weiteren Assistenzsystemen. So können über das Assistenzsystem erkannte Fahrzustände beispielsweise an die das Fahrzeug bedienende Person gemeldet werden. Neben einem elektrohydraulischen Betrieb (EHPS = „Electro-Hydraulic Power Steering“) ist auch die rein elektromechanische Umsetzung bekannt (EPAS = „Electro Power Assisted Steering“). EHPS-Systeme behalten dabei das hydraulisch unterstützte Lenksystem bei. Gegenüber einfachen EPS-Systeme sehen diese allerdings eine von dem Fahrzeugmotor unabhängig agierende, elektrisch betriebene Hydraulikpumpe vor. EPAS-Systeme hingegen verzichten gänzlich auf ein hydraulisches System, indem diese einen direkt mit der Lenkung gekoppelten Elektromotor aufweisen.
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Derartigen Systemen kann auch der aktive Eingriff in den Lenkvorgang gestattet werden. Hierzu sind im Stand der Technik Verfahren bekannt, welchen insbesondere die Aufbringung eines korrigierenden Drehmoments zugrunde liegt.
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So offenbart die
DE 11 2004 002 252 B4 ein Verfahren zum Unterstützen einer Bedienperson beim Stabilisieren eines Fahrzeugs. Hierzu wird vorgeschlagen, den Lenkstrang des Fahrzeugs mit einem Zusatzlenkmoment zu beaufschlagen. Ein Anteil des Zusatzlenkmoments soll in Abhängigkeit einer Lenkwinkelabweichung zwischen einem momentanen Lenkwinkel und einem Solllenkwinkel der lenkbaren Räder bestimmt werden. Die Lenkwinkelabweichung selbst wird in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einem momentanen Wert einer Gierrate des Fahrzeugs und einem Wert einer Referenzgierrate zum Zeitpunkt eines Beginns einer instabilen Fahrsituation bestimmt. Die Ermittlung des Werts der Referenzgierrate soll dabei anhand eines Werts wenigstens einer von der Bedienperson vorgegebenen Größe in einem Fahrzeugmodell ermittelt werden. Als durch die Bedienperson vorgegebene Größe kommt beispielsweise der jeweilige an einem Lenkrad eingestellte Lenkwinkel in Betracht.
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Weiterhin soll das Zusatzlenkmoment zurückgenommen werden, sobald der momentane Wert der Gierrate des Fahrzeugs unter einen Wert der Referenzgierrate sinkt, welcher zum Zeitpunkt des Beginns der instabilen Fahrsituation ermittelt wird. Besagter Zeitpunkt des Beginns der instabilen Fahrsituation kann durch eine Aktivierungslogik erfolgen, welche hierfür auf Ergebnisse einer Fahrsituationserkennung zugreifen kann. Ein weiterer Anteil des Zusatzlenkmoments kann ferner in Abhängigkeit eines geschätzten Wertes eines Reifenrückstellmoments bestimmt werden. Die Schätzung des Wertes für das Reifenrückstellmoment kann beispielsweise durch einen Störgrößenbeobachter erfolgen.
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Das zuvor aufgezeigte, im Stand der Technik bekannte Verfahren unterstützt die das Fahrzeug bedienende Person in einer instabilen Fahrsituation. Hierzu fließen Werte über die seitens der Bedienperson eingeleiteten und die seitens einer Elektronik in Abhängigkeit der Gierrate des Fahrzeugs ermittelten Werte zusammen. Gleichwohl können die hieraus berechneten und über einen Stellmotor auf den Lenkstrang übertragenen Drehmomente eine unzutreffende Korrektur in der jeweiligen Fahrsituation vornehmen. Dies lässt sich im Wesentlichen mit den nur begrenzt vorhandenen Informationen und insbesondere durch die daraus berechneten und auf eine reine Stabilisierung des Fahrzeugs gerichteten Korrekturmaßnahmen begründen.
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Folglich bieten derartige Verfahren sowie entsprechend betriebene Lenksysteme und damit ausgestattete Fahrzeuge in Bezug auf zutreffendere dynamische Korrekturmaßnahmen in instabilen Fahrsituationen noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass die seitens der Elektronik berechneten und auf das Lenksystem des Fahrzeugs wirkenden Korrekturmaßnahmen eine über die reine Stabilisierung des Fahrzeugs hinausgehende realistischere Anpassung an die jeweilige Fahrsituation ermöglichen. Des Weiteren sollen ein zugehöriges Lenksystem sowie ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug aufgezeigt werden, welche dank über die reine Stabilisierung des Fahrzeugs hinausgehender elektronischer Korrekturmaßnahmen eine realistischere Anpassung an die jeweilige Fahrsituation aufweisen.
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Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs betrifft ein solches Fahrzeug, welches ein Lenksystem mit einer aktiven Lenkunterstützung aufweist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um ein EHPS- oder ein EPAS-System handeln. Bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass es mit einer elektromechanischen Lenkunterstützung (EPAS) kombiniert wird. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass diese wegen des vergleichsweise preiswerten Aufbaus und/oder ihres wirtschaftlichen Betriebs weit verbreitet sind und eine besonders genaue Ansteuerbarkeit ermöglichen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lenkunterstützung bei Bedarf mit einem Korrektur-Drehmoment angesteuert. Das Korrektur-Drehmoment dient der Berichtigung oder zumindest der Verbesserung eines momentanen Ist-Drehmoments. Besagtes Ist-Drehmoment wird in der Regel durch eine das Fahrzeug bedienende Person auf das Lenksystem ausgeübt, also durch eine Fahrerin oder einen Fahrer. Dabei stellt das Korrektur-Drehmoment die Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Drehmoment und einem durch eine Elektronik errechneten Soll-Drehmoment dar. Bevorzugt wird das Ist-Drehmoment am Lenksystem gemessen, beispielsweise am Lenkgestänge oder am zugehörigen Steuerritzel. Mit anderen Worten wird das Korrektur-Drehmoment als Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Drehmoment und dem errechneten Soll-Drehmoment berechnet.
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Anschließend wird das Lenksystem, insbesondere dessen Lenkunterstützung mit dem so berechneten Korrektur-Drehmoment angesteuert.
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Erfindungsgemäß wird das Soll-Drehmoment auf Basis von Daten zur Fahrdynamik und einer weitergehenden Information, die Umgebung um das Fahrzeug herum sowie die Ausrichtung des Fahrzeugs hierzu betreffend, berechnet. Mit Bezug auf die Daten zur Fahrdynamik werden diese spätestens zu Beginn der als instabil erfassten Fahrsituation erfasst. Bevorzugt handelt es sich dabei um solche Daten, welche die jeweiligen Bewegungs- und/oder Belastungszustände des Fahrzeugs repräsentieren.
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Besonders bevorzugt sind die hierfür zu erfassenden Daten aus der folgenden Gruppe einzeln oder in einer sinnvollen Kombination ausgewählt:
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Giergeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Lenkwinkel, Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, Fahrzeuggeschwindigkeit, Torsionsstabdrehmoment, Lenkradstellwinkel, Zahnstangenverschiebung und Zahnstangengeschwindigkeit.
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In vorteilhafter Weise können zumindest Giergeschwindigkeit, Querbeschleunigung und Lenkradstellwinkel als Daten für die Erfassung der Fahrzeugdynamik verwendet werden. Dabei werden die Daten möglichst direkt zu Beginn der instabilen Fahrsituation erfasst. Auf diese Weise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine möglichst ohne zeitliche Verzögerung erfolgende Stabilisierung der als instabil erkannten Fahrsituation erfolgen. Selbstverständlich kann die Erfassung besagter Daten auch durchgehend erfolgen. Bevorzugt werden dann die jeweils zuletzt erfassten Daten bei Beginn der instabilen Fahrsituation als Basis verwendet.
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Grundsätzlich können zum Erfassen der Daten zur Fahrdynamik bekannte und zumeist bereits im oder am Fahrzeug vorhandene Einrichtungen genutzt werden. So können beispielweise Giergeschwindigkeit und Querbeschleunigung mittels eines im Fahrzeug vorhandenen elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP-System) bestimmt und ausgegeben werden. Diese können dann als Daten zur Fahrdynamik durch das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Derartige Stabilitätsprogramme sind auch unter dem Kürzel ESC oder DSC bekannt.
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Besonders bevorzugt wird ein bereits vorhandenes oder noch zu installierendes ESP-System genutzt, um eine Fahrsituation als instabil zu erkennen. Da derartige Systeme zum Erkennen eben solcher Fahrsituation vorgesehen sind, kann das Anspringen des ESP-Systems zum Anstoßen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Folglich kann die Erfassung der Daten zur Fahrdynamik durch das Anspringen des ESP-Systems eingeleitet werden.
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Bei der wenigstens einen Information zur Umgebung um das Fahrzeug herum kann es sich beispielsweise um eine solche handeln, welche Auskunft über den aktuellen Straßenverlauf oder erfindungsgemäß über etwaige Hindernisse gibt. Mit anderen Worten wird hierbei eine Information zur körperhaften Umgebung genutzt, um in Kombination mit den erfassten Daten zur Fahrdynamik ein geeignetes Soll-Drehmoment zu berechnen. Weiterhin enthält die Information auch Angaben zur Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber der jeweiligen Umgebung. Auf diese Weise liegt wenigstens eine Information dahingehend vor, ob überhaupt ausreichend Raum für etwaige stabilisierende Maßnahmen um das Fahrzeug herum vorliegt.
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Bei der Information zur körperhaften Umgebung um das Fahrzeug sowie dessen Ausrichtung hierzu kann es sich beispielsweise um eine beim Erkennen der instabilen Fahrsituation erfasste und/oder eine bereits vorhandene Information handeln. Eine aktuell erfasste Information kann beispielsweise von einer bereits im oder am Fahrzeug angeordneten Anordnung stammen. Hierbei kann es sich um ein geeignetes Erfassungssystem oder gar um mehrere Erfassungssysteme handeln. So liefern beispielsweise Weg- und/oder Näherungssensoren eine Information darüber, ob sich ein relevantes körperhaftes Hindernis in der Umgebung um das Fahrzeug herum befindet. Weiterhin kann diese Information die Lage des Hindernisses sowie die Entfernung zum Fahrzeug und die Ausrichtung des Fahrzeugs hierzu enthalten.
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Derartige Informationen können auch beispielsweise über geeignete Kamera-, Radar- und/oder Lasersysteme geliefert werden. Denkbar ist auch die Kombination eines Kamerasystems mit einer Erkennungssoftware, um beispielsweise eine in der Nähe des Fahrzeugs befindliche Person oder ein Tier zu erkennen.
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Weiterhin kann die jeweilige Information auch oder zusätzlich über ein GPS-System zur Verfügung gestellt werden. So kann das GPS-System eine Information über den aktuellen Straßenverlauf und/oder etwaige Ausweichflächen liefern.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in besonders vorteilhafter Weise die Daten zur Fahrdynamik und die wenigstens eine Information zur Umgebung um das Fahrzeug genutzt werden, um ein Korrektur-Drehmoment zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu berechnen. Der besondere Vorteil besteht hierbei in der kombinierten Nutzung von Daten zur Fahrdynamik und zur aktuellen Umgebung um das Fahrzeug, so dass eine an die jeweiligen Gegebenheiten angepasste und daher überaus realistische Korrektur vorgenommen werden kann.
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Auf diese Weise wird eine zwar stabilisierende aber das Fahrzeug vom Straßenverlauf abbringende oder eine Kollision mit etwaigen Hindernissen, Personen oder Tieren provozierende Korrektur zugunsten einer vorteilhafteren Korrektur unterbunden. In jedem Fall basiert das berechnete Korrektur-Drehmoment auf wenigstens zwei Arten von Ausgangsdaten, welche nicht nur die reine Stabilisierung des Fahrzeugs, sondern darüber hinaus auch eine realistischere Korrektur seitens der Elektronik ermöglichen.
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Als Arten von Ausgangsdaten werden im Sinne der Erfindung jene "blinden" Daten zur Fahrdynamik und jene "sehenden" Informationen zur zutreffenden Einschätzung von Auswirkungen einer Korrektur-Maßnahme verstanden.
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Das jeweils berechnete Korrektur-Drehmoment liefert der das Fahrzeug steuernden Person über den direkten Eingriff in das Lenksystem eine direkte Rückmeldung. Sofern die seitens der steuernden Person vorgenommene Lenkbewegung dem zuvor errechneten Soll-Drehmoment entspricht, wird kein Korrektur-Drehmoment geliefert. Leichte Abweichungen des Ist-Drehmoments von dem Soll-Drehmoment können dabei durch eine behutsame Ansteuerung der Lenkunterstützung korrigiert werden, um die Person nicht unnötig zu überraschen. Denkbar wäre hierbei auch eine zeitlich abhängige Steigerung der Korrekturmaßnahmen. Demgegenüber können große Abweichung des Ist-Drehmoments von dem Soll-Drehmoment ein hartes Eingreifen und somit eine abrupte Ansteuerung der Lenkunterstützung erfordern, um die instabile Fahrsituation schnellstmöglich zu korrigieren. Da in einem solchen Fall Gefahr im Verzug ist und die Person offensichtlich Gefahr läuft die Kontrolle über das Fahrzeug vollständig zu verlieren, ist ein solch hartes Eingreifen zu vertreten.
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Insbesondere in solchen Fällen, in denen die das Fahrzeug lenkende Person aufgrund der instabilen Fahrsituation in Panik gerät, kann das erfindungsgemäße Verfahren zu einem deutlichen Gewinn an Fahrsicherheit beitragen.
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Durch eine Nutzung bereits fahrzeugseitig vorhandener Anordnungen bzw. Systeme sowie deren Sensoren kann die erfindungsgemäße Lösung folglich ohne zusätzlich erforderliche Komponenten auskommen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf Basis der erfassten Daten zur Fahrdynamik und der wenigstens einen Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu zunächst ein Bewegungspfad berechnet wird. Bei dem Bewegungspfad handelt es sich um ein Fahrzeugmodell, welches eine stabilisierende und an die Umgebung angepasste Führung des Fahrzeugs in der jeweiligen Situation beinhaltet. Auf diese Weise werden die zuvor erfassten Daten und die wenigstens eine bereitgestellte Information genutzt, um einen möglichen Weg für das in Bewegung befindliche Fahrzeug im Voraus zu berechnen.
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Hierdurch wird in vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung sämtlicher für das Führen des Fahrzeugs relevanter Ausgangsdaten eine Route berechnet, welche die Stabilisierung des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Vermeidung möglicher Kollisionen oder die Beherrschung des Fahrzeugs anderweitig erschwerender Umstände ermöglicht. So wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme innerhalb kürzester Zeit nach dem Eintreten sowie Erkennen der instabilen Fahrsituation eine individuelle Lösung berechnet. Diese beinhaltet den einzuhaltenden optimalen Weg für das Fahrzeug, dessen Einhaltung die Fahrsituation sowohl korrigiert als auch eine mögliche Kollision oder generell einen Unfall wirksam verhindert.
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In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass die Berechnung des Bewegungspfades insoweit eine Entscheidungsfreiheit erhält, als dass beispielsweise eine mögliche Kollision mit als untergeordnet einzustufenden Hindernissen in Kauf genommen werden kann, um eine ansonsten nicht mehr zu beherrschende Fahrsituation zu stabilisieren. Diese Entscheidungsfreiheit könnte beispielsweise auch ein Abkommen von dem regulären Straßenverlauf beinhalten. Dies wäre vertretbar, wenn hierdurch beispielsweise eine umstehende Personen oder die das Fahrzeug lenkende Person gefährdende Kollision wirksam verhindert werden könnte. Die jeweiligen Schwerpunkte für diese Entscheidungsfreiheit sind dann in der Entscheidungslogik der zugehörigen Elektronik entsprechend zu hinterlegen.
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Erfindungsgemäß wird der zuvor errechnete Bewegungspfad dazu genutzt, um eine Sequenz an Soll-Dreh-momenten zu berechnen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Abfolge notwendiger Lenkbewegungen berechnet, um das Fahrzeug entlang des errechneten Bewegungspfades zu führen. In die Berechnung der jeweiligen Soll-Drehmomente können weitere Daten und Informationen einfließen, welche beispielsweise das zu erwartende Verhalten des Fahrzeugs berücksichtigen. Denkbar hierbei wären beispielsweise die Berücksichtigung des aktuellen Beladungszustands oder der jeweilige Luftdruck in den Rädern sowie etwaige Rückstellkräfte oder Reibungskräfte. Die Rückstellkräftewerte könnten beispielsweise in einem Fahrzustand des Fahrzeugs gemessen oder aus gemessenen Werten abgeschätzt werden. Alternativ könnten die Werte der Rückstellkräfte auch fest vorgegeben sein. Besagte Rückstellkräfte beruhen beispielsweise auf der mechanischen Auslegung der Radaufhängung und auf Abrolleigenschaften der Reifen. Überdies könnten auch Informationen zur aktuellen Fahrbahnbeschaffenheit oder gar der Wetterlage mit einfließen.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einer Sequenz eine Abfolge an zeitlichen Maßnahmen verstanden. Mit anderen Worten beinhaltet die berechnete Sequenz die jeweils erforderlichen Soll-Drehmomente sowie deren jeweiligen Zeitspannen, innerhalb derer die einzelnen Soll-Drehmomente einzuhalten sind. Das jeweils zugehörige Korrektur-Drehmoment wird dann in Echtzeit als Differenz zwischen dem momentan einzuhaltenden Soll-Drehmoment und dem aktuell anliegenden und erfassten Ist-Drehmoment berechnet.
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Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf einen einzelnen Lenkeingriff durch ein einzelnes Korrektur-Drehmoment begrenzt, sondern beinhaltet dank des zuvor berechneten Bewegungspfades auch die Berechnung einer ganzen Abfolge an Soll-Drehmomenten. Die berechneten Korrektur-Drehmomente werden in zeitlicher Nachfolge der Berechnung in die aktive Lenkunterstützung eingespeist, um die Stabilisierung des Fahrzeugs zu erzwingen, insbesondere auch ohne Einwirkung des Fahrers.
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Selbstverständlich beinhalten die im Rahmen der Erfindung als Drehmomente bezeichneten Zustände und Maßnahmen den jeweiligen Lenkwinkel und somit die Stärke des Lenkeinschlags.
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Weiterhin kann auch eine über den Eingriff in die Lenkbewegungen hinausgehende Maßnahme erfolgen, um die das Fahrzeug lenkende Person über die instabile Fahrsituation zu informieren. Denkbar ist hierbei beispielsweise die Ausgabe einer akustischen und/oder visuellen Warnmeldung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die berechnete Sequenz an Soll-Drehmomenten in einem geeigneten Speicher-Modul gespeichert werden. Hierdurch handelt es sich bei den Soll-Drehmomenten innerhalb des Speicher-Moduls um vorberechnete Soll-Drehmomente.
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Hierdurch werden die einzelnen Soll-Drehmomente in vorteilhafter Weise in zeitlicher Abfolge nacheinander dem Speicher-Modul entnommen und zur Berechnung des Korrektur-Drehmoments mit dem jeweils aktuellen Ist-Drehmoment verglichen.
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Insgesamt wird so die Lenkunterstützung besonders bevorzugt mit wenigstens einem Korrektur-Drehmoment angesteuert. Das jeweilige Korrektur-Drehmoment wird dabei aus der Differenz zwischen einem zum aktuellen Zeitpunkt am Lenksystem gemessenen Ist-Drehmoment und einem für diesen Zeitpunkt vorberechneten Soll-Drehmoment aus der Sequenz berechnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sieht die Erfindung unter bestimmten Umständen auch einen Abbruch in der Einhaltung des errechneten Bewegungspfades vor. So kann beispielsweise bei einem über das Ist-Drehmoment hinausgehenden Eingriff der das Fahrzeug bedienenden Person in das Führen des Fahrzeugs die zuvor errechnete Sequenz gelöscht werden. Denkbar wären hierbei beispielsweise Änderungen in der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, welche zuvor nicht mit Bestandteil des errechneten Bewegungspfades waren oder in irgendeiner Form von den zuvor berücksichtigten Werten abweicht. Hierdurch findet insbesondere der realistische Eingriff seitens der das Fahrzeug lenkenden Person Berücksichtigung, welcher sich beispielsweise in einem Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs widerspiegelt.
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Besonders bevorzugt wird im Fall des Löschens der Sequenz ein neuer Bewegungspfad berechnet. Diesem liegen die dann jeweils aktuellen Daten zur Fahrsituation und wenigstens eine weitergehende Information vor. Auf Basis des neu errechneten Bewegungspfads wird dann in vorteilhafter Weise erneut eine Sequenz mit an diesen angepassten Soll-Drehmomenten berechnet. Auch diese neue Sequenz wird bevorzugt in dem Speicher-Modul gespeichert, insbesondere zwischengespeichert.
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Dank des vorliegend vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine deutlich verbesserte Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs ermöglicht. Insbesondere durch das Einfließen wenigstens einer zusätzlichen Information in die Berechnung des Soll-Drehmoments, welche die körperhafte Umgebung um das Fahrzeug herum berücksichtigt, ist das Berechnen einer zutreffenden Korrekturmaßnahme möglich. Erst hierdurch kann durch die seitens der Elektronik berechneten und auf das Lenksystem des Fahrzeugs wirkenden Korrekturmaßnahmen eine über die reine Stabilisierung des Fahrzeugs hinausgehende realistischere Anpassung an die jeweilige Fahrsituation erfolgen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Lenksystem zur Durchführung des Verfahrens zur Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs sowie ein zugehöriges Fahrzeug.
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Das Lenksystem umfasst:
Eine aktive Lenkunterstützung; Mittel zu Erfassung von Daten zur Fahrdynamik;
Mittel zur Messung eines an dem Lenksystem anliegenden Ist-Drehmoments sowie Mittel zur Berechnung eines Korrektur-Drehmoments, mit welchem die Lenkunterstützung zum Ausgleich einer Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Drehmoment und einem errechneten Soll-Drehmoment ansteuerbar ist. Erfindungsgemäß ist ferner ein Mittel zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung, insbesondere zur körperhaften Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu vorhanden. Besagtes Mittel ist dabei derart mit dem Mittel zur Berechnung des Korrektur-Drehmoments verbunden, dass die Information in die Berechnung des Korrektur-Drehmoments mit einfließen kann.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert und gelten für das erfindungsgemäße Lenksystem sowie das mit einem solchen Lenksystem ausgestattete Fahrzeug entsprechend. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgend benannten weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen.
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So ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt ein ESP-System vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, um eine instabile Fahrsituation zu erkennen und um das Mittel zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik zu aktivieren.
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Weiterhin kann für das Mittel zur Bereitstellung einer Information zur körperhaften Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu in vorteilhafter Weise wenigstens eine Anordnung aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein:
- – Wegsensor;
- – Näherungssensor;
- – Kamerasystem;
- – Radarsystem;
- – Lasersystem;
- – GPS-System.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der nachfolgenden Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 stellt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines hier nicht näher gezeigten und in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs dar.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Lenksystem 1 verwendet, welches eine aktive Lenkunterstützung 2 umfasst. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine elektromechanische Lenkunterstützung (EPAS). Diese weist unter Verzicht auf ein hydraulisches System einen direkt mit einer nicht näher gezeigten Lenkung gekoppelten und ebenfalls nicht weiter dargestellten Elektromotor auf. Weiterhin ist wenigstens ein Mittel zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik 3 vorgesehen. Bei dem Mitteln zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik 3 kann es sich beispielsweise um ein solches handeln, welches mindestens einer möglichen Datenerfassung zur Giergeschwindigkeit, zur Querbeschleunigung, zum Lenkwinkel, zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, zur Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Torsionsstabdrehmoment, zum Lenkradstellwinkel, zur Zahnstangenverschiebung und/oder zur Zahnstangengeschwindigkeit dient.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Mittel zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu 4 vorgesehen. Bei diesem Mittel zur Bereitstellung einer Information zur insbesondere körperhaften Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu 4 kann es sich beispielsweise um einen Wegsensor, einen Näherungssensor, ein Kamerasystem, ein Radarsystem und/oder ein Lasersystem handeln. Diese können entweder in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung oder zu wenigstens einer Seite des Fahrzeugs hin ausgerichtet sein. Selbstverständlich sind auch Kombinationen hieraus denkbar. Besonders bevorzugt ermöglicht ein oder ermöglichen mehrere Mittel zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu 4 die Erfassung und/oder Ermittlung der vollständigen Umgebung um das Fahrzeug herum. Hierzu kann auch eine Information zählen, welche Aussage über die Umgebung oberhalb und/oder unterhalb des Fahrzeugs macht. Zudem oder in Kombination hierzu kann selbstverständlich auch ein GPS-System eingesetzt werden. Über dessen vorhandene Informationen können aufgrund der aktuelle bekannten Position des Fahrzeugs konkrete Aussagen beispielsweise über das Gefälle sowie den Verlauf des Untergrundes, insbesondere der Fahrbahn gewonnen und somit bereitgestellt werden.
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Bei dem Mittel zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik 3 und dem Mittel zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu 4 handelt es sich insgesamt um Erfassungsmittel 5, deren Daten und Informationen zur möglichst eindeutigen Beschreibung der aktuellen Fahrsituation und der Umgebung um das Fahrzeug herangezogen werden können.
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Um eine elektronische Stabilisierung des in einer instabilen Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs zu ermöglichen, ist zunächst ein Mittel zur Berechnung eines Soll-Drehmoments 6 vorgesehen. Dabei sind das Mittel zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu 4 und das Mittel zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik 3 derart mit dem Mittel zur Berechnung des Soll-Drehmoments 6 verbunden, dass die jeweiligen Daten sowie die Information oder Informationen in die Berechnung des Korrektur-Drehmoments mit einfließen kann bzw. können.
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Wie in 1 zu erkennen, werden hierfür die Daten und Informationen der jeweiligen Erfassungsmittel 5 zur Weiterverarbeitung zunächst an das Mittel zur Berechnung eines Soll-Drehmoments 6 geleitet.
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Erfindungsgemäß ist das Mittel zur Berechnung eines Soll-Drehmoments 6 so ausgestaltet, dass dieses auf Basis der erfassten Daten zur Fahrdynamik und der wenigstens einen Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu aus den jeweiligen Erfassungsmitteln 5 einen Bewegungspfad berechnet. Der mit dem Mittel zur Berechnung eines Soll-Drehmoments 6 errechnete Bewegungspfad ist folglich ein Fahrzeugmodell, welches eine zunächst virtuelle Führung des Fahrzeugs in Form eines zusammenhängenden Bewegungsverlaufs beinhaltet. Gemäß der Erfindung ist das Mittel zur Berechnung eines Soll-Drehmoments 6 dabei in der Lage, eine auf dem Bewegungspfad basierende Sequenz an Soll-Drehmomenten A zu berechnen. Bei diesen Soll-Drehmomenten A handelt es sich um optimale Maßnahmen, um das Fahrzeug entlang des errechneten Bewegungspfades zu führen.
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Um die auf Basis des Bewegungspfades errechneten Soll-Drehmomente A über einen gewissen Zeitraum vorhalten zu können, werden diese in vorteilhafter Weise in einem Speicher-Modul 7 gespeichert; also zwischengespeichert. Mit anderen Worten können die zuvor errechneten Soll-Drehmomente A in Form der Sequenz somit zunächst in dem Speicher-Modul 7 abgelegt und in ihrer zeitlichen Abfolge nacheinander aus dem Speicher-Modul 7 ausgelesen werden.
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Aufgrund der vorherigen Ausführungen wird deutlich, dass die zunächst durch die Erfassungsmittel 5 erfassten sowie bereitgestellten Daten und Informationen genutzt werden, um eine Einschätzung über die aktuelle Fahrdynamik und die Umgebung um das Fahrzeug herum zu erhalten. Die Daten und Informationen werden spätestens zu dem Zeitpunkt ermittelt bzw. bereitgestellt, an dem die Fahrsituation als instabil erkannt wird. Zur Erkennung eines solchen Fahrzustandes kann beispielsweise ein bereits an Bord des Fahrzeugs befindliches ESP-System genutzt werden. Insgesamt können auch für die Bereitstellung der Informationen sowie der Erfassung von Daten bereits die im oder am Fahrzeug bereits befindlichen Anordnungen genutzt werden. Auf Basis besagter Informationen und Daten wird anschließend ein optimaler Bewegungspfad berechnet, um das Fahrzeug zu stabilisieren.
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Wichtig hierbei ist die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Information zur Umgebung um das Fahrzeug. Erst durch deren Beachtung ist eine realistische und an die jeweiligen Umstände angepasste Korrektur der Fahrsituation überhaupt möglich. So erscheint es wenig hilfreich, wenn ein solches Lenksystem in der Lage ist das instabil gewordene Fahrverhalten des Fahrzeugs zwar zu stabilisieren, gleichzeitig aber aufgrund von stabilisierenden Lenkbewegungen beispielsweise eine Kollision mit einem im Bereich des Fahrzeugs befindlichen Hindernis provoziert. Dank der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann folglich beispielsweise eine dieser Lenkbewegungen herausgezögert werden, sofern möglich. Hierdurch könnte das Fahrzeug beispielsweise an dem besagten Hindernis zunächst vorbei geführt werden, so dass die eigentliche stabilisierende Maßnahme erst anschließend durchgeführt wird.
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Die Umsetzung hierzu ist Inhalt der nachfolgenden Erläuterungen.
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So ist weiterhin mindestens ein Mittel zur Messung eines an dem Lenksystem 1 anliegenden Ist-Drehmoments 8 vorgesehen. Bevorzugt wird ein jeweiliges Ist-Drehmoment B direkt am Lenksystem gemessen, beispielsweise am hier nicht näher dargestellten zugehörigen Lenkgestänge und/oder am zugehörigen Steuerritzel.
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Letztlich beinhaltet das erfindungsgemäße Lenksystem 1 noch ein Kontrollmittel 9 und ein Mittel zur Berechnung eines Korrektur-Drehmoments 10. Das Mittel zur Berechnung eines Korrektur-Drehmoments 10 dient zur Berechnung des jeweils erforderlichen Korrektur-Drehmoments C. Folglich stellt das Mittel zur Berechnung eines Korrektur-Drehmoments 10 die Schnittstelle zwischen dem virtuellen Bewegungspfad und den darauf basierenden Soll-Drehmomenten A sowie der aktuellen Führung des Fahrzeugs dar. Das Korrektur-Drehmoment C wird jeweils in Echtzeit als Differenz zwischen dem aktuell am Lenksystem 1 gemessenen Ist-Drehmoment B und einem zuvor bereits errechneten und über das Speicher-Modul 7 zur Verfügung gestellten Soll-Drehmoment A berechnet.
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Auf diese Weise ist die Lenkunterstützung 2 zum Ausgleich einer Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Drehmoment B und einem errechneten Soll-Drehmoment A mit dem Korrektur-Drehmoment C ansteuerbar.
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Das Kontrollmittel 9 dient der Verstärkung des aktuellen Korrektur-Drehmoments C und stellt sicher, dass dieses über die aktiv angesteuerte Lenkunterstützung 2 an die das Fahrzeug lenkende Person rückgemeldet wird. So kann das Kontrollmittel 9 dazu dienen, einen entsprechend Korrektur durch einen harten Eingriff D oder aber einen weichen Eingriff E vorzunehmen. Ein harter Eingriff D ist beispielsweise in solchen Fällen notwendig, in denen die Differenz zwischen Soll-Drehmoment A und Ist-Drehmoment B hoch ist, so dass die Möglichkeit einer Überforderung der Person in dieser Situation besteht. Demgegenüber ist lediglich ein weicher Eingriff E notwendig, sofern die Differenz zwischen Soll-Drehmoment A und Ist-Drehmoment B entsprechend gering sind und die Person folglich nah entlang des errechneten Bewegungspfades manövriert.
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Selbstverständlich ist auch vorgesehen, dass das Speicher-Modul 7 und insbesondere die darin gespeicherte Sequenz teilweise oder vollständig unter bestimmten Umständen gelöscht werden kann. Dies könnte beispielsweise bei einem über das Ist-Drehmoment B hinausgehenden Eingriff einer das Fahrzeug bedienenden Person in das Führen des Fahrzeugs der Fall sein. Denkbar wäre hierbei eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Fahrzeugs durch die das Fahrzeug lenkende Person. In diesem Fall könnte auf Basis eines dann neu zu errechnenden Bewegungspfades eine an die aktuelle Situation angelehnte Sequenz mit an diesen angepassten Soll-Drehmomenten A berechnet werden.
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Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines in einer als instabil erkannten Fahrsituation befindlichen Fahrzeugs sowie das erfindungsgemäße Lenksystem und das erfindungsgemäße Fahrzeug sind nicht auf die hierin offenbarten Maßnahmen und Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen selbstverständlich auch gleich wirkende weitere Maßnahmen und Ausführungsformen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkunterstützung von 1
- 3
- Mittel (zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik)
- 4
- Mittel (zur Bereitstellung einer Information zur Umgebung um das Fahrzeug und seiner Ausrichtung hierzu)
- 5
- Erfassungsmittel aus 3 und 4
- 6
- Mittel (zur Berechnung eines Soll-Drehmoments A)
- 7
- Speicher-Modul für A
- 8
- Mittel (zur Messung eines an dem Lenksystem 1 anliegenden Ist-Drehmoments)
- 9
- Kontrollmittel
- 10
- Mittel zur Berechnung eines Korrektur-Drehmoments C
- A
- Soll-Drehmoment
- B
- Ist-Drehmoment
- C
- Korrektur-Drehmoment
- D
- harter Eingriff durch 9
- E
- weicher Eingriff durch 9
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60318919 T2 [0002]
- DE 102009000638 A1 [0003]
- DE 102009028880 A1 [0004]
- DE 10354662 A1 [0005]
- DE 112004002252 B4 [0009]
