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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Fahrassistenzsysteme für Personen- und Lastkraftwagen können eine Funktion zur autonomen Steuerung einer Lenkung aufweisen. Die Steuerung erfolgt in der Regel mittels elektronischer oder hydraulischer Stellvorrichtungen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs, durch eine entsprechende Vorrichtung sowie durch ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs, das ein Fahrassistenzsystem, zumindest eine durch das Fahrassistenzsystem ansteuerbare Stellvorrichtung zum Steuern einer Lenkung des Fahrzeugs und zumindest eine Bremseinrichtung zum Bremsen eines Rads des Fahrzeugs aufweist, wobei das Verfahren folgende Merkmale umfasst:
Einlesen einer Betriebszustandsinformation über einen Betriebszustand der Stellvorrichtung und einer Fahrtrichtungsinformation über eine durch das Fahrassistenzsystem vorgegebene Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs; und
Bereitstellen eines Steuersignals zum Steuern der Bremseinrichtung unter Verwendung der Fahrtrichtungsinformation, wenn die Betriebszustandsinformation einen Ausfall oder zumindest eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Stellvorrichtung repräsentiert, um das Fahrzeug durch Abbremsen des Rads in eine der Fahrtrichtungsänderung entsprechende Richtung zu lenken.
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Unter einem Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, verstanden werden. Ferner kann unter einem Fahrzeug eine Fahrzeugkombination aus mehreren Fahrzeugen verstanden werden, etwa aus einem Zugfahrzeug und zumindest einem mit dem Zugfahrzeug gekoppelten Anhänger. Unter einem Fahrassistenzsystem kann ein System zur fahrdynamischen Stabilisierung des Fahrzeugs verstanden werden. Das Fahrassistenzsystem kann als ein sogenanntes selbstlenkendes System ausgebildet sein, um das Fahrzeug mittels der Stellvorrichtung autonom zu lenken. Unter einer Stellvorrichtung kann eine mit einer Lenkung des Fahrzeugs gekoppelte Vorrichtung zum Ändern eines Lenkwinkels des Fahrzeugs verstanden werden. Eine Bremseinrichtung kann beispielsweise eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Scheiben- oder Trommelbremse sein.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Fahrzeug eine Funktion aufweisen kann, die es ermöglicht, auch nach Ausfall eines Lenksystems des Fahrzeugs autonom Richtungsänderungen durchzuführen. Die Funktion kann so als eine zumindest temporäre Rückfallebene für das ausgefallene Lenksystem fungieren.
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Beispielsweise kann die Funktion so ausgelegt sein, dass das Fahrzeug in der Lage ist, durch eine Lenkwinkel- oder Pfadvorgabe autonom eine nächstgelegene Nothaltebucht anzufahren oder auf einem Standstreifen sicher zum Stehen zu kommen.
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Weist das Fahrzeug kein selbstlenkendes Assistenzsystem auf, so können mittels der Funktion Lenkkorrekturen für Funktionen wie beispielsweise einen Spurhalteassistenten durchgeführt werden.
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Die Funktion kann beispielsweise als ein Regelsystem realisiert sein, das dazu dient, einen von einem externen System vorgegebenen Richtungswechsel lediglich unter Verwendung eines im Fahrzeug vorhandenen Bremssystems umzusetzen. Dabei können durch radindividuelle Bremseingriffe Lenkkräfte in ein Fahrzeugsystem impliziert werden.
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Mithilfe einer solchen Regelfunktion kann ein Ausfall der Stellvorrichtung zum autonomen Lenken des Fahrzeugs mit nur geringem technischem und finanziellem Mehraufwand kompensiert werden und somit die Sicherheit der Funktionalität des autonomen Fahrens erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens ferner eine Drehrateninformation über eine Drehrate des Fahrzeugs eingelesen werden. In einem Schritt des Ermittelns kann unter Verwendung der Fahrtrichtungsinformation eine der Fahrtrichtungsänderung entsprechende Referenzdrehrate des Fahrzeugs ermittelt werden. Im Schritt des Bereitstellens kann das Steuersignal unter Verwendung der Drehrateninformation und der Referenzdrehrate bereitgestellt werden, um das Rad derart abzubremsen, dass das Fahrzeug die Referenzdrehrate aufweist. Unter einer Drehrate kann eine Winkelgeschwindigkeit verstanden werden, mit der sich das Fahrzeug um eine Achse eines fahrzeugfesten Koordinatensystems dreht. Insbesondere kann es sich bei der Drehrate um eine Gierrate handeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Drehrate je nach Ausführungsform eine Rollrate oder eine Nickrate des Fahrzeugs repräsentieren. Unter einer Referenzdrehrate kann eine Drehrate verstanden werden, bei der das Fahrzeug eine der vorgegebenen Fahrtrichtungsänderung entsprechende Kurve fährt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine zuverlässige und ressourcensparende autonome Umsetzung der Fahrtrichtungsänderung.
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Das Verfahren kann mit einem Schritt des Bestimmens eines Bremsdrucks unter Verwendung der Drehrateninformation und der Referenzdrehrate vorgesehen sein. Entsprechend kann im Schritt des Bereitstellens das Steuersignal bereitgestellt werden, um die Bremseinrichtung mit dem Bremsdruck zu beaufschlagen. Unter einem Bremsdruck kann ein pneumatischer oder hydraulischer Steuerdruck zum Steuern einer Zuspannkraft der Bremseinrichtung verstanden werden. Beispielsweise kann der Bremsdruck in Abhängigkeit von einer Differenz aus der Drehrate und der Referenzdrehrate bestimmt werden. Dadurch wird eine unkomplizierte und effiziente Ansteuerung der Bremseinrichtung ermöglicht.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Bereitstellens das Steuersignal unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Radstands bereitgestellt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuersignal im Schritt des Bereitstellens unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Bereifung, einer vorgegebenen Beladung oder eines vorgegebenen Liftachsenstatus des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Unter einem Radstand kann ein Abstand zwischen einer vorderen und einer hinteren Achse des Fahrzeugs verstanden werden.
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Beispielsweise kann der Radstand je nach Länge eines mit dem Fahrzeug gekoppelten Anhängers variieren. Unter einer Bereifung kann eine Art oder eine Anzahl von mit einer Fahrbahn in Kontakt stehenden Reifen des Fahrzeugs verstanden werden. Unter einer Beladung kann ein sich aus einer aktuellen Zuladung ergebendes Gewicht des Fahrzeugs oder eine sich aus der Zuladung ergebende Gewichtsverteilung im Fahrzeug verstanden werden. Unter einem Liftachsenstatus kann ein Status verstanden werden, der entweder eine abgesenkte oder eine angehobene Liftachse des Fahrzeugs repräsentiert. Durch diese Ausführungsform ist sichergestellt, dass die Fahrtrichtungsänderung bei variierenden Fahreigenschaften des Fahrzeugs möglichst genau umgesetzt wird.
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Von Vorteil ist auch, wenn im Schritt des Einlesens ferner eine Prioritätsinformation über eine durch einen Fahrer des Fahrzeugs vorgegebene Fahrtrichtungsänderung eingelesen wird. Dabei kann im Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen des Steuersignals unterdrückt werden, wenn die von dem Fahrassistenzsystem vorgegebene Fahrtrichtungsänderung von der durch den Fahrer vorgegebenen Fahrtrichtungsänderung abweicht. Dadurch wird eine prioritäre Behandlung von Fahrerwünschen bezüglich einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs ermöglicht.
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Das Fahrzeug kann zumindest eine weitere Bremseinrichtung zum Bremsen eines weiteren Rads des Fahrzeugs aufweisen. Entsprechend kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Bereitstellens zumindest ein weiteres Steuersignal zum Steuern der weiteren Bremseinrichtung unter Verwendung der Fahrtrichtungsinformation bereitgestellt werden, wenn die Betriebszustandsinformation den Ausfall oder zumindest die eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Stellvorrichtung repräsentiert, um das Fahrzeug ferner durch Abbremsen des weiteren Rads in die der Fahrtrichtungsänderung entsprechende Richtung zu lenken. Beispielsweise kann es sich bei dem weiteren Rad um ein dem Rad gegenüberliegendes Rad handeln. Dadurch kann das Fahrzeug mit einer Lenkbremse realisiert werden, die eine präzise und flexible Steuerung des Fahrzeugs in eine vorgegebene Fahrtrichtung ermöglicht.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a, 1b schematische Darstellungen eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum autonomen Lenken gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum autonomen Lenken gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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Die 1a und 1b zeigen schematische Darstellungen eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 zum autonomen Lenken gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 100, hier ein Lastkraftwagen, weist eine Stellvorrichtung 104 zum Einstellen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs 100 auf. Dazu ist die Stellvorrichtung 104 mit einer schematisch als Lenksäule dargestellten Lenkung 106 gekoppelt. Ein Fahrassistenzsystem 108 ist ausgebildet, um das Fahrzeug 100 mittels der Stellvorrichtung 104 autonom zu lenken. Das Fahrassistenzsystem 108 ist ferner ausgebildet, um eine Fahrtrichtungsinformation 110 bereitzustellen, die eine durch das Fahrassistenzsystem 108 ermittelte, mittels der Stellvorrichtung 104 umzusetzende Änderung einer aktuellen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 repräsentiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Stellvorrichtung 104 ausgebildet, um eine Betriebszustandsinformation 112 über einen aktuellen Betriebszustand der Stellvorrichtung 104 bereitzustellen. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um die Fahrtrichtungsinformation 110 und die Betriebszustandsinformation 112 einzulesen. Repräsentiert die Betriebszustandsinformation 112 einen Ausfall oder einen Defekt der Stellvorrichtung 104, so generiert die Vorrichtung 102 entsprechend der durch die Fahrtrichtungsinformation 110 repräsentierten Fahrtrichtungsänderung ein Steuersignal 114 und sendet dieses an eine mit einem einzelnen Rad 116 gekoppelte Bremseinrichtung 118 des Fahrzeugs 100. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Rad 116 um ein Hinterrad des Fahrzeugs 100. Die Bremseinrichtung 118 ist ausgebildet, um das Rad 116 unter Verwendung des Steuersignals 114 abzubremsen und so eine Änderung der aktuellen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 zu bewirken, wobei die Änderung der durch das Fahrassistenzsystem 108 ermittelten Fahrtrichtungsänderung entspricht.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 102 ausgebildet, um von einem Drehratensensor 120 des Fahrzeugs 100 eine Drehrateninformation 122 über eine aktuelle Drehrate des Fahrzeugs 100, hier eine Gierrate, einzulesen und aus einer externen Richtungsvorgabe in Form der Fahrtrichtungsinformation 110 eine Referenzdrehrate ΩR zu bilden, die einer durch das Fahrassistenzsystem 108 geforderten Kurvenfahrt entspricht, d. h. einen zum Umsetzen der Fahrtrichtungsänderung erforderlichen Drehwinkel um eine Gierachse z des Fahrzeugs 100 repräsentiert. Die Drehrate und die Referenzdrehrate ΩR, kurz Referenz genannt, sind in 1a schematisch je mit einem Pfeil um die Gierachse z gekennzeichnet.
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Die Vorrichtung 102 bildet unter Verwendung der Drehrateninformation 122 und der Referenzdrehrate ΩR eine Differenz aus der Referenzdrehrate ΩR und der gemessenen Drehrate des Fahrzeugs 100. Diese Differenz dient als Eingangsgröße für einen beispielsweise als Komponente der Vorrichtung 102 realisierten Regler, der ausgebildet ist, um einen radindividuellen Bremsdruck zur Betätigung der Bremseinrichtung 118 so zu berechnen, dass die Referenz nachgefahren und somit die geforderte Kurvenfahrt umgesetzt wird. Entsprechend dient das von der Vorrichtung 102 bereitgestellte Steuersignal 114 dazu, die Bremseinrichtung 118 mit dem berechneten Bremsdruck zu beaufschlagen. Optional ist der Regler ausgebildet, um den radindividuellen Bremsdruck so zu limitieren, dass die Stabilität des Fahrzeugs 100 nicht beeinträchtigt wird.
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Gemäß dem in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 102 ausgebildet, um zusätzlich zur Fahrtrichtungsinformation 110, zur Betriebszustandsinformation 112 und zur Drehrateninformation 122 eine Prioritätsinformation 124 über eine durch einen Fahrer des Fahrzeugs 100 vorgegebene Fahrtrichtungsänderung zu empfangen. Die Prioritätsinformation 124 kann beispielsweise durch einen Lenkradwinkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels eines Lenkrads des Fahrzeugs 100 bereitgestellt sein. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um eine Aktivität des Fahrers unter Verwendung der Prioritätsinformation 124 permanent zu überwachen und ein Ausgeben des Steuersignals 114 zu unterdrücken, wenn die vom Fahrer vorgegebene Fahrtrichtungsänderung von der durch das Fahrassistenzsystem 108 ermittelten Fahrtrichtungsänderung abweicht. Auf diese Weise ist die Priorität des Fahrerwunsches gewährleistet, d. h., der Fahrer hat die Möglichkeit, laufende Eingriffe durch die Vorrichtung 102 zu unterbinden.
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Wie anhand der in 1b dargestellten Frontansicht des Fahrzeugs 100 zu erkennen, weist das Fahrzeug 100 eine weitere Bremseinrichtung 126 auf, die ausgebildet ist, um ein dem Rad 116 gegenüberliegendes weiteres Rad 128 des Fahrzeugs 100 abzubremsen. Analog zur vorangehend beschriebenen Ansteuerung der Bremseinrichtung 118 ist die Vorrichtung 102 ausgebildet, um zusätzlich zum Steuersignal 114 ein weiteres Steuersignal 130 auszugeben, das der Ansteuerung der weiteren Bremseinrichtung 126 dient. Durch eine individuelle Abbremsung der einander gegenüberliegenden Räder 118, 128 ist es beispielsweise möglich, das Fahrzeug 100 in entgegengesetzte Richtungen zu lenken, etwa um das Fahrzeug je nach Fahrbahnbeschaffenheit beim Umsetzen der geforderten Kurvenfahrt auf Kurs zu halten.
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Alternativ kann das weitere Rad 128 auf der gleichen Fahrzeugseite wie das Rad 116 angeordnet sein.
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Die durch die Vorrichtung 102 ermittelten Kurvenradien können von mehreren Faktoren abhängen, die nicht allein fahrzeugspezifisch definiert sind, wie beispielsweise von einem Radstand, einer Bereifung, einer Beladung oder einem Liftachsstatus des Fahrzeugs 100. Daher kann der Regler der Vorrichtung 102 so ausgelegt sein, um auch bei variierenden Voraussetzungen optimale Kurvenvorgaben nachzubilden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum autonomen Lenken gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs mit einem Fahrassistenzsystem, zumindest einer durch das Fahrassistenzsystem ansteuerbaren Stellvorrichtung zum Steuern einer Lenkung des Fahrzeugs und zumindest einer Bremseinrichtung zum Bremsen eines Rads des Fahrzeugs kann beispielsweise von einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie vorangehend anhand der 1a und 1b beschrieben ist. In dem Verfahren 200 wird in einem Schritt 202 zunächst eine Betriebszustandsinformation über einen Betriebszustand der Stellvorrichtung sowie eine Fahrtrichtungsinformation über eine durch das Fahrassistenzsystem vorgegebene Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs eingelesen. Beispielsweise kann der Schritt 202 fortlaufend durchgeführt werden, um den Betriebszustand der Stellvorrichtung permanent zu überwachen.
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Repräsentiert die Betriebszustandsinformation einen Ausfall oder zumindest eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Stellvorrichtung, so wird in einem Verfahrensschritt 204 unter Verwendung der Fahrtrichtungsinformation ein Steuersignal zum Steuern der Bremseinrichtung bereitgestellt. Das Steuersignal, das beispielsweise einen bestimmten Bremsdruck zum Betätigen der Bremseinrichtung repräsentiert, dient dazu, das Fahrzeug durch Abbremsen des Rads in eine der Fahrtrichtungsänderung entsprechende Richtung zu lenken.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Vorrichtung zum autonomen Lenken
- 104
- Stellvorrichtung
- 106
- Lenkung
- 108
- Fahrassistenzsystem
- 110
- Fahrtrichtungsinformation
- 112
- Betriebszustandsinformation
- 114
- Steuersignal
- 116
- Rad
- 118
- Bremseinrichtung
- 120
- Drehratensensor
- 122
- Drehrateninformation
- 124
- Prioritätsinformation
- 126
- weitere Bremseinrichtung
- 128
- weiteres Rad
- 130
- weiteres Steuersignal
- 200
- Verfahren zum autonomen Lenken
- 202
- Schritt des Einlesens
- 204
- Schritt des Bereitstellens
