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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit für eine Fahrt eines Kraftfahrzeugs durch Kurven. Zu der Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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Im Zusammenhang mit der autonomen Steuerung eines Kraftfahrzeugs, das heißt der Durchführung einer Längsführung und/oder Querführung des Kraftfahrzeugs mittels eines Autopiloten, kann es von Interesse sein, das Kraftfahrzeug in Kurven an die jeweils geltende fahrdynamische Grenze heranzuführen, d.h. die Kurve mit einer maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit zu durchfahren, die durch den Reibwert des Fahrbahnbelags der Fahrbahn möglich ist, ohne die Kontrolle über das Kraftfahrzeug zu verlieren. Der Reibwert gibt die Haftung der Reifen des Kraftfahrzeugs an der Fahrbahnoberfläche an. Das Ansteuern der fahrdynamischen Grenzen, d.h. der möglichen Maximalgeschwindigkeit, kann zum Beispiel für einen Autopiloten eines Rennwagens sinnvoll sein. Auch ohne Autopilot kann es zur Schulung zum Beispiel eines Rennfahrers sinnvoll sein, die maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit für eine Fahrt durch Kurven einer Fahrbahn zu ermitteln.
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Um eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln, ist eine Prädiktion des Verhaltens des Kraftfahrzeugs in der Kurvenfahrt nötig. Diese Prädiktion ist aber nur möglich, wenn man den aktuellen Reibwert der Fahrbahnoberfläche im Bereich der Kurve kennt. Dieser kann in einer Extremsituation, in welcher sich die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt nahe an der maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit befindet, durch Schätzen erfolgen, wie dies zum Beispiel aus der
DE 10 2010 052 583 A1 bekannt ist. Fährt das Kraftfahrzeug dagegen weit unterhalb der maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit, so ist die Oberflächenhaftung und Steifigkeit der Reifen des Kraftfahrzeugs derart groß, dass eine präzise Schätzung des Reibwerts nicht möglich ist. Allerdings darf eine Strategie, mit welcher ein Kraftfahrzeug in einer Kurve an eine Fahrgeschwindigkeit herangeführt wird, bei welcher eine genaue Schätzung des Reibwerts der Fahrbahn möglich ist, nicht zu einer unsicheren oder gefährlichen Fahrsituation führen.
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Ein Schätzwert für den Reibwert kann zum Beispiel auch mittels einer Antiblockierregelung oder mittels eines GMR-Reglers (GMR – Giermoment-Regelung) erfolgen, wie dies aus der
DE 10 2011 077 153 A1 bekannt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Fahrten durch Kurven einer Fahrbahn eine maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit einzustellen, ohne dass hierbei aufgrund eines möglichen Schätzfehlers für den Reibwerts der Fahrbahn eine Untersteuerung des Kraftfahrzeugs ungewollt groß wird.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit für eine Fahrt eines Kraftfahrzeugs durch Kurven einer Fahrbahn bereitgestellt. Das Verfahren kann durch eine Steuervorrichtung durchgeführt werden, die ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Steuervorrichtung kann zum Durchführen des Verfahrens eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die zum Beispiel zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen Mikroprozessor aufweisen kann. Das Verfahren kann auf der Grundlage von Programmcode durchgeführt werden, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Durch die Steuervorrichtung sind zum Durchführen des Verfahrens eine erste Schätzeinrichtung, eine Planungseinrichtung, eine Erfassungseinrichtung und eine zweite Schätzeinrichtung bereitgestellt. Das Verfahren sieht die folgenden Schritte vor. Die erste Schätzeinrichtung schätzt auf der Grundlage von fahrzeugunabhängigen Fremddaten einen initialen Reibwert der Fahrbahn. Solche fahrzeugunabhängigen Fremddaten stehen zur Verfügung, bevor das Kraftfahrzeug überhaupt eine erste Kurvenfahrt durchgeführt hat. Es kann sich um Umweltdaten handeln, die zum Beispiel eine aktuelle Temperatur und/oder eine aktuelle Luftfeuchtigkeit beschreiben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann es sich um Wetterdaten handeln, die zum Beispiel eine aktuelle Niederschlagsmenge oder eine vergangene Niederschlagsmenge beschreiben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann es sich um Kartendaten handeln, die zum Beispiel eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche oder des Fahrbahnbelags der Fahrbahn beschreiben. Zusätzlich alternativ dazu kann auch zumindest eine Schätzung eines Reibwerts aus zumindest einem anderen Fahrzeug, d.h. einem Fremddaten, empfangen werden.
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Die erste Schätzeinrichtung erzeugt also einen initialen Reibwert, von dem ausgegangen werden kann. Nun können die Kurven nacheinander durchfahren werden. Durch die Planungseinrichtung wird dabei vor jeder Kurve jeweils eine von dem Kraftfahrzeug in der Kurve abzufahrende Referenztrajektorie ermittelt oder empfangen. Beispielsweise kann eine Manöverplanungseinheit eines Autopiloten die Referenztrajektorie in an sich bekannter Weise vorgeben. Für das Abfahren der Referenztrajektorie wird durch die Planungseinrichtung eine Fahrgeschwindigkeit vorgegeben. Durch die Referenztrajektorie wird also eine erwartete oder einzuhaltende Fahrtrajektorie für das Kraftfahrzeug festgelegt. Durch Vorgeben der Fahrgeschwindigkeit wird dabei eingestellt oder festgelegt, welche fahrdynamische Situation sich während der Fahrt durch die Kurve ergibt. Wird für einen verhältnismäßig großen Kurvenradius eine geringe Fahrgeschwindigkeit gewählt, so ist das Durchfahren der Kurve selbst dann sicher, wenn der initiale Reibwert der Fahrbahn überschätzt wurde, also eine größere Haftung der Reifen prädiziert oder vorhergesagt wird, als es sich in der Kurvenfahrt tatsächlich ergibt. Durch Einstellen eine bestimmten Fahrgeschwindigkeit zu einer Referenztrajektorie wird also die Toleranz gegenüber einem Schätzfehler des initialen Reibwerts gezielt eingestellt. Wird die Maximalgeschwindigkeit eingestellt, darf es keine Überschätzung des Reibwerts geben. Der Wert der Maximalgeschwindigkeit ist dabei von der Referenztrajektorie abhängig, da diese z.B. den Kurvenradius vorgibt. Es gibt dabei eine tatsächliche Maximalgeschwindigkeit, die durch den wahren Reibwert der Fahrbahn gegeben ist, und eine Maximalgeschwindigkeit, die auf der Grundlage des geschätzten Reibwerts berechnet wird. Deshalb wird für den Fall, dass ein Schätzfehler des initialen (geschätzten) Reibwerts vorliegt, eine Geschwindigkeitsreserve oder ein Sicherheitsabstand zur tatsächlichen Maximalgeschwindigkeit eingehalten, wie sie sich für den unbekannten, tatsächlichen oder wahren Reibwert in der Kurve ergibt. Bevorzugt wird für die Fahrt durch die erste Kurve eine Fahrgeschwindigkeit eingestellt, die kleiner als ein vorbestimmter Anteil einer Maximalgeschwindigkeit ist, die sich für die Referenztrajektorie in Abhängigkeit von dem geschätzten initialen Reibwert ergibt. Der Anteil beträgt bevorzugt weniger als 90%, insbesondere weniger als 85%, insbesondere weniger als 80%.
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Durch die Erfassungseinrichtung wird dann während der Fahrt durch die jeweilige Kurve eine Abweichung der von dem Kraftfahrzeug gefahrenen Fahrtrajektorie von der Referenztrajektorie erfasst. Mit anderen Worten wird ermittelt, ob das Kraftfahrzeug der Referenztrajektorie folgen kann oder folgt. Dazu wird Unterschied zwischen der Fahrtrajektorien der Referenztrajektorie erfasst.
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Durch eine zweite Schätzeinrichtung wird dann der geschätzte Reibwert in Abhängigkeit von dieser erfassten Abweichung adaptiert. Es wird hierzu z.B. ein Adaptionswert für den Reibwert ermittelt, also ein additiver Wert oder ein multiplikativer Faktor.
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Zusätzlich wird durch die Planungseinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Abweichung die Fahrgeschwindigkeit für die Fahrt durch die nächste Kurve vorgegeben oder eingestellt. Mit anderen Worten lernt die Planungseinrichtung. Je größer die Abweichung der tatsächlichen Fahrtrajektorie von der geplanten Referenztrajektorie in der aktuell durchfahrenen Kurve ist, desto geringer wird die Fahrgeschwindigkeit für die nächste Kurve eingestellt. Dies berücksichtigt, dass der geschätzte Reibwert offensichtlich noch sehr ungenau ist. Je geringer die Abweichung ist, desto größer wird die Fahrgeschwindigkeit eingestellt. Dies berücksichtigt, dass der geschätzte Reibwert offensichtlich schon genau ist. Die Fahrgeschwindigkeit wird dabei unter Berücksichtigung der Referenztrajektorie, also in Bezug auf die Kurvengeometrie der nächsten Kurve, geringer oder größer eingestellt wird. Folgt auf eine große Kurve eine sehr steile Kurve, so kann also trotz „vergrößerter“ Fahrgeschwindigkeit eine kleinere absolute Geschwindigkeit resultieren. Es kann also z.B. der prozentuale Anteil an der für die nächste Kurve berechneten Maximalgeschwindigkeit (berechnet mittels des adaptierten Reibwerts) eingestellt werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mittels des Verfahrens für aufeinanderfolgende Kurvenfahrten iterativ oder schrittweise die fahrdynamische Grenze angenähert wird und dabei aber gleichzeitig in jeder Kurve ein möglicher Schätzfehler des Reibwerts toleriert und der Reibwert sogar adaptiert wird, falls erkannt wird, dass mit dem aktuellen Reibwert eine unvorhergesehene oder ungeplante Abweichung der Fahrtrajektorien zur Referenztrajektorie resultiert.
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So ist insbesondere vorgesehen, dass für den Fall, dass die Abweichung größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der Reibwert verkleinert wird, also signalisiert wird, dass die Haftreibung zwischen den Reifen des Kraftfahrzeugs und der Oberfläche der Fahrbahn geringer ist, als bisher angenommen oder zugrunde gelegt. Zusätzlich oder alternativ dazu wird die Fahrgeschwindigkeit für die Fahrt durch die nächste Kurve (in Relation zu der in Abhängigkeit von dem Reibwert für die jeweilige Referenztrajektorie ermittelten Maximalgeschwindigkeit) verringert. Das Fahrzeug würde also für dieselbe Referenztrajektorie, die für die aktuelle Kurve vorgegeben ist, beim nächsten Mal mit einer geringeren Fahrgeschwindigkeit die Referenztrajektorie abfahren. Indem erkannt wird, dass die Abweichung größer als der erste Schwellenwert ist, ist detektiert, dass der aktuelle Reibwert den wahren Reibwert überschätzt, d.h. größer als der wahre Reibwert ist. Entsprechend wird der Reibwert verkleinert, also nach unten korrigiert oder adaptiert. Zusätzlich oder alternativ dazu wird die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Relation zur Maximalgeschwindigkeit, die für die nächste Referenztrajektorie gemäß oder laut dem adaptierten Reibwert theoretisch möglich ist, verringert. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass es zu einer signifikanten Überschätzung des tatsächlichen Reibwerts gekommen ist, und jedes Risiko wird vermieden.
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Für den Fall, dass die Abweichung kleiner als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert ist, wird der Reibwert mittels des Adaptionswerts vergrößert. Zusätzlich oder alternativ dazu wird die Fahrgeschwindigkeit für die Fahrt durch die nächste Kurve in Relation zu der in Abhängigkeit von dem Reibwert für die jeweilige Referenztrajektorie ermittelten Maximalgeschwindigkeit vergrößert. Ist die Abweichung also derart klein, dass sie unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt, so ist dies ein Signal dafür, dass der Reibwert überschätzt worden ist und/oder korrekt geschätzt ist und die fahrdynamische Situation weiter an die fahrdynamische Grenze herangetrieben oder herangeführt werden kann. Somit steigert das Verfahren die Fahrgeschwindigkeit entlang identischer Referenztrajektorien immer dann, wenn beim Abfahren der jeweiligen Referenztrajektorie die Abweichung kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Der zweite Schwellenwert kann identisch zum ersten Schwellenwert sein oder unabhängig oder unterschiedlich zum ersten Schwellenwert gewählt sein. Mit Schwellenwert ist hierbei ein einzelner Skalar oder ein Vektor mit mehreren Skalaren sein, also eine Kombination aus Werten.
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Der Referenzwert kann somit in der beschriebenen Weise adaptiert werden. Die Adaption kann hierbei pauschal oder global gelten, d.h. für alle zukünftigen Kurvenfahrten. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht dagegen vor, dass der in der jeweiligen Kurve ermittelte adaptierte Reibwert nach Fahrbahnsegmenten getrennt gespeichert wird und bei einer nochmaligen Fahrt durch die jeweilige Kurve zum Schätzen des Reibwerts, den die Fahrbahn in dieser Kurve aufweist, zugrunde gelegt wird. Mit anderen Worten lernt oder speichert die Steuervorrichtung die adaptierten Reibwerte kurvenspezifisch. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass eine digitale Karte in der Steuervorrichtung bereitgestellt ist, in welcher für die durchfahrenen Kurven der jeweilige adaptierte Reibwert der Fahrbahn gespeichert werden. Hierzu kann jeweils ausgehend von dem initialen Reibwert die sich dann ergebende relative Änderung gespeichert werden. Der initiale Reibwert, der die Eigenschaft der Kurve unberücksichtigt lässt, kann dann einen mittleren Reibwert für die gesamte Fahrbahn ergeben. Für eine Kurve mit einer im Verhältnis zum Rest der Fahrban glatteren Fahrbahnoberfläche wird dann eine relative Änderung ermittelt, die den initialen Reibwert verringert. Wird dann ein neuer initialer Reibwert zum Beispiel bei Änderung der Wetterlage ermittelt, so kann dann die relative Änderung auch auf den neuen initialen Reibwert aufgeschlagen oder hinzugefügt werden, wodurch sich für die Kurve ein adaptierter Reibwert ergibt, der sowohl die geänderten Umweltbedingungen, zum Beispiel die geänderte Wetterlage, als auch die kurvenspezifische Fahrbahneigenschaft (z.B. glatter als die übrige Fahrbahn) berücksichtigt. Dies gilt für andere kurvenspezifische Eigenschaften, wie Fahrbahnneigung, Fahrbahnmaterial, entsprechend. Das Speichern der adaptierten Reibwerte weist auch für ein Kraftfahrzeug Vorteile auf, das regelmäßig oder wiederholt eine bestimmte Fahrstrecke fährt, also nicht unbedingt eine Rundstrecke. Beispielsweise ergibt sich dies bei einem Kraftfahrzeug, das von einem Benutzer für regelmäßige Fahrten, zum Beispiel zur Arbeit und/oder nach Hause und/oder zu einem regelmäßig oder wiederholt angefahrenen Fahrziel, ergibt.
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Besonders bevorzugt wird das Verfahren durchgeführt für eine Fahrbahn, die eine Rundstrecke bildet, wobei die Fahrt mehrere Runden auf der Rundstrecke umfasst. Hierdurch lernt das Kraftfahrzeug oder die Steuervorrichtung also ausgehend von einem initialen Reibwert für die aktuelle Fahrsituation mit jeder Runde bei jedem nochmaligen Durchfahren einer Kurve der Rundstrecke für diese Kurve einen adaptierten Reibwert und steigert zugleich schrittweise jeweils die Fahrgeschwindigkeit, mit welcher die Kurve durchfahren wird.
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Als eine geeignete Messgröße zum Ermitteln der Abweichung der Fahrtrajektorie von der Referenztrajektorie hat es sich erwiesen, wenn als Abweichung zumindest eine Querabweichung von der Referenztrajektorie erfasst wird. Es kann also zum Beispiel ein Abstand eines Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs von der Referenztrajektorie als Abweichung gemessen werden. Die Querabweichung kann zum Beispiel durch Auswerten von Bilddaten einer Kamera, welche die vorausliegende Fahrbahn filmt, und/oder auf der Grundlage eines Empfängers für ein Positionssignal eines GNSS (Global Navigation Satellite System), zum Beispiel eines GPS (Global Positioning System) ermittelt werden.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann als Abweichung ein Gierratenfehler ermittelt werden. Dieser wird als Unterschied zwischen einer prädizierten Gierrate und einer gemessenen Gierrate ermittelt. Hierbei wird als Abweichung insbesondere ein Gierratenfehler erfasst, der eine Untersteuerung oder ein Untersteuern signalisiert. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug beim Untersteuern der Referenztrajektorie nicht folgen, sondern fährt z.B. einen Kurvenradius ab, der größer ist als der durch die Referenztrajektorie beschriebene Kurvenradius. Eine Gierrate kann mittels eines Gierratensensors ermittelt werden.
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Um mittels des Reibwerts die Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln, die entlang einer Referenztrajektorie gefahren werden soll oder kann, wird der Reibwert bevorzugt als Parameter eines Einspurmodells des Kraftfahrzeugs verwendet. Mittels des Einspurmodells wird dann ein Grundwert für die Fahrgeschwindigkeit zum Durchfahren der jeweiligen Kurve ermittelt. Dieser Grundwert kann die beschriebene Maximalgeschwindigkeit sein. Die Maximalgeschwindigkeit kann allgemein derjenige Geschwindigkeitswert sein, bei welchem eine Haftreibung der Reifen des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn in eine Geleitreibung übergeht, also das Kraftfahrzeug die Haftung an der Fahrbahn verliert. Der Grundwert für die Fahrgeschwindigkeit wird dann zum Durchfahren der jeweils nächsten Kurve in Abhängigkeit von der Abweichung angepasst, die in der jeweils zuletzt durchfahrenen Kurve ermittelt wurde. Diese Abweichung legt also den prozentualen Anteil fest, den die eingestellte Fahrgeschwindigkeit in Bezug auf den Grundwert aufweisen soll. Beispielsweise kann die Abweichung mittels einer Kennlinie auf einen prozentualen Wert oder einen Faktor kleiner 1 abgebildet werden, mit welchem der Grundwert multipliziert werden kann. Beschreibt also der Reibwert die tatsächliche Haftung der Reifen an der Fahrbahn falsch, so ergibt sich ein falscher Grundwert, was aber durch Berücksichtigen der Abweichung aus der letzten Kurve kompensiert wird, indem der Grundwert in Abhängigkeit von dieser Abweichung angepasst wird. So führt ein Schätzfehler im Reibwert nicht dazu, dass das Kraftfahrzeug mit der falsch geschätzten Maximalgeschwindigkeit, wie sie sich durch den falschen Reibwert ergibt, in die nächste Kurve fährt, sondern es wird aus der Abweichung, wie sie in der zuletzt durchfahrenen Kurve erkannt wurde, ein Sicherheitsabstand vom Grundwert oder Maximalwert gebildet.
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Wie bereits ausgeführt, wird das Verfahren bevorzugt im Zusammenhang mit einem Autopiloten verwendet. Durch den Autopiloten wird während der Fahrt des Kraftfahrzeugs eine Längsführung und/oder eine Querführung des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Die beschriebene Referenztrajektorie wird in an sich bekannter Weise durch eine Manöverplanungseinheit des Autopiloten ermittelt. Mit anderen Worten wird die Referenztrajektorie durch den Autopiloten vorgegeben. Dieser kann hierzu das beschriebene Einspurmodell verwenden. Durch das Verfahren wird nun wiederum dem Autopiloten eine Fahrgeschwindigkeit vorgegeben, mit welcher die Referenztrajektorie durchfahren werden soll. Hierdurch wird also schrittweise der Autopilot dazu gesteuert oder gebracht, seine Referenztrajektorien mit einer Fahrgeschwindigkeit zu durchfahren, die von Kurve zu Kurve solange gesteigert wird (in Bezug auf die jeweils mögliche Maximalgeschwindigkeit gemäß dem geschätzten Reibwert), bis der Reibwert derart genau geschätzt werden konnte, dass die Fahrgeschwindigkeit an der tatsächlich möglichen Maximalgeschwindigkeit liegt und/oder ohne dass ein vorbestimmter Höchstwert für die Abweichung überschritten wird.
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Alternativ zum Steuern eines Autopiloten kann auch vorgesehen sein, mittels einer Manöverplanungseinheit die Referenztrajektorie zu ermitteln und diese einem Fahrer, welcher das Kraftfahrzeug führt, grafisch anzuzeigen, zum Beispiel auf einer Kopf-oben-Anzeige (Head-up-Display).
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in einem Kraftfahrzeug; und
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2 ein Schaudiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Rennwagen, handeln kann. In dem gezeigten Beispiel fährt das Kraftfahrzeug 10 auf einer Fahrbahn 11 durch eine von mehreren Kurven 12 der Fahrbahn 11. Bei der Fahrbahn 11 handelt es sich insbesondere um eine Rundstrecke, sodass das Kraftfahrzeug 10 auf seiner Fahrt durch die Kurve 12 mehrmals durchfährt. Räder 13 des Kraftfahrzeugs 10 haften auf der Fahrbahn 11 aufgrund eines Reibwerts R‘, der hier als wahrer Reibwert R‘ bezeichnet ist und in dem Kraftfahrzeug 10 nicht bekannt ist. Daher muss der wahre Reibwert R‘ geschätzt werden.
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Das Kraftfahrzeug 10 kann zum Beispiel ein autonom fahrendes Kraftfahrzeugs sein und hierzu an ein Steuergerät mit einem Autopiloten 14 aufweisen. Der Autopilot 14 kann zum Beispiel für eine Querführung eine Lenkung 15 des Kraftfahrzeugs 10 steuern. Für eine Längsführung kann der Autopilot 14 einen Antriebsmotor 16 steuern. Autopiloten dieser Art sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Manöverplanungseinheit 17 des Autopiloten 14 kann in bekannter Weise zum auf Grundlage von Sensordaten und/oder Kartendaten eine Fahrtrajektorie T planen, entlang welcher das Kraftfahrzeug 10 durch den Autopiloten 14 geführt wird.
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Zum Schätzen des wahren Reibwerts R‘ kann das Kraftfahrzeug 10 eine Steuervorrichtung 18 aufweisen. Die Steuervorrichtung 18 kann von dem Autopiloten 14 die geplante Trajektorie T als Referenztrajektorie T empfangen und kann dem Autopiloten 14 eine Fahrgeschwindigkeit V, mit welcher das Kraftfahrzeug 10 die Referenztrajektorie T entlang fahren soll, vorgeben. Zum Auswählen oder Einstellen des Werts für die Fahrgeschwindigkeit V kann die Steuervorrichtung 18 einen geschätzten Reibwert R zugrunde legen. Die Steuervorrichtung 18 kann dabei versuchen, für die Fahrgeschwindigkeit V einen Maximalwert einzustellen, bei welchem die Kurve 12 durchfahren werden kann, ohne dass der Autopilot 14 die Kontrolle über das Kraftfahrzeug 10 verliert. Der Autopilot 14 und die Steuervorrichtung 18 können auch durch ein gemeinsames Steuergerät oder durch unterschiedliche Steuergeräte realisiert sein.
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Die Steuervorrichtung 18 kann von einer Sensoreinrichtung 19 Sensordaten 20 empfangen, welche eine Abweichung beschreiben können, die sich beim Durchfahren der Kurve 12 mit der Fahrgeschwindigkeit V in Bezug auf die geplante Referenztrajektorie T ergibt. Durch die Sensoreinrichtung 19 kann zum Beispiel eine Querabweichung A ermittelt werden, die einen Abstand der tatsächlich gefahrenen Trajektorie 21 von der Referenztrajektorie T beschreiben kann. Der Abstand in Form der Querabweichung A kann beispielsweise ein Abstand eines Schwerpunkts 22 des Kraftfahrzeugs 10 von einer geplanten Bewegungstrajektorie, d.h. Referenztrajektorie T, des Schwerpunkts 22 sein. Zum Ermitteln der Querabweichung A kann zum Beispiel ein GPS-Sensor oder eine Kamera vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann als eine weitere Abweichung ein Gierratenfehler G ermittelt werden, der einen Unterschied oder eine Differenz einer gemessenen Gierrate 23 von einer prädizierten oder vorhergesagten Gierrate 24 beschreibt. Zum Ermitteln des Gierratenfehlers G kann ein Gierratensensor durch die Sensoreinrichtung 19 bereitgestellt sein.
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In Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung A, G können die Schätzung für den Reibwert R und die Fahrgeschwindigkeit V, wie sie dem Autopiloten 14 vorgegeben wird, angepasst werden.
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2 veranschaulicht die Betriebsweise der Steuervorrichtung 18 zum Anpassen des Reibwerts R und der Fahrgeschwindigkeit V. Die im Folgenden beschriebenen Schritte können zum Beispiel durch ein Programmmodul einer Prozessoreinrichtung der Steuervorrichtung 18 durchgeführt werden. Hierzu kann die Steuervorrichtung 18 als Prozessoreinrichtung zum Beispiel zumindest einen Mikrocontroller oder zumindest einen Mikroprozessor aufweisen.
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Die Anpassung kann in zwei Stufen 25, 26 erfolgen. Eine Schätzeinrichtung 27 kann einen initialen Reibwert R0 schätzen. Diese Schätzung kann zum Beispiel auf der Grundlage von Wetterdaten oder allgemeinen Umgebungsdaten beruhen. Zum Beispiel kann eine Tabelle geben bereitgestellt sein, welche empfangenen Wetterdaten oder anderen Umweltdaten einen initialen Reibwert R0 zuordnet.
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Während der Fahrt durch die Kurve 12 und weitere Kurven kann durch eine Erfassungseinrichtung 28 überprüft werden, ob die Abweichung von der Referenztrajektorie T in Form der Querabweichung A und/oder des Gierratenfehlers G kleiner als ein jeweiliger Schwellenwert A0, G0 ist. Für die erste durchfahrenen Kurve kann eine initiale Fahrgeschwindigkeit V0 eingestellt werden, von der sichergestellt ist, dass sie auf jeden Fall einen Kontrollverlust über das Kraftfahrzeug 10 verhindert. Beispielsweise kann auf der Grundlage des initialen Reibwerts R0 eine Maximalgeschwindigkeit berechnet werden und die initiale Fahrgeschwindigkeit V0 auf einen Wert von weniger als ein vorbestimmter Anteil (z.B. 60%) der Maximalgeschwindigkeit eingestellt werden.
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Solange die Abweichung in Form der Querabweichung A und/oder des Gierratenfehlers G kleiner als der jeweilige Schwellenwert A0, G0 ist, kann durch eine Planungseinrichtung 29 die Fahrgeschwindigkeit V für jede weitere Kurvendurchfahrt vergrößert werden. Die Vergrößerung ist hierbei nicht absolut zu sehen, sondern sie wird in Abhängigkeit von dem Kurvenradius der geplanten Referenztrajektorie T zum Beispiel als prozentualer Anteil derjenigen Maximalgeschwindigkeit eingestellt, wie sie sich auf der Grundlage des aktuellen Reibwerts R ergibt. Durch abwechselndes Überprüfen der Abweichung mittels der Erfassungseinrichtung 28 und dem schrittweisen Vergrößern der Fahrgeschwindigkeit V durch die Planungseinrichtung 29 kann die Fahrgeschwindigkeit V in der ersten Stufe 25 auf das Potential adaptiert werden, das sich auf der Fahrbahn 11 in den Kurven 12 für die Fahrgeschwindigkeit ergibt.
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In der zweiten Stufe 26 kann dann eine dynamische Verfeinerung des Schätzwerts, d.h. des geschätzten Reibwerts R, durchgeführt werden. Von der ersten Stufe 25 auf die zweite Stufe 26 kann zum Beispiel übergegangen werden, falls die Fahrgeschwindigkeit V derart groß eingestellt ist, dass die Abweichung von der Referenztrajektorie T derart groß ist, dass der jeweilige Schwellenwert A0, G0 überschritten ist (A > A0 und/oder G > G0).
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In der zweiten Stufe 26 kann durch eine zweite Schätzeinrichtung 30 für einzelne Segmente 31 der Fahrbahn 11 jeweils ein adaptierter Reibwert R ermittelt werden. Es handelt sich dann also um eine streckenabhängige oder segmentabhängige Adaption. Der Reibwert R wird für ein Segment 31 verringert und die Geschwindigkeit V ebenfalls durch Verringerung angepasst, falls die Querabweichung A größer als der Schwellenwert A0 ist und/oder der Gierratenfehler G größer als der Schwellenwert G0 ist, d.h. das Kraftfahrzeug 10 untersteuert. Ergibt sich für dasselbe Segment 31 bei einer weiteren Durchfahrt die Querabweichung A wieder kleiner als der Schwellenwert A0 ist und/oder der Gierratenfehler G kleiner als der Schwellenwert G0, so wird der Reibwert R für das Segment 31 wieder vergrößert und die Fahrgeschwindigkeit V ebenfalls vergrößert.
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Somit kann mittels der Steuervorrichtung 18 ein automatisch fahrendes Fahrzeug in jeder Kurve an den fahrdynamischen Grenzbereich herangeführt werden. Das Kraftfahrzeug 10 erkennt mit Hilfe von zwei verschiedenen Schätzeinrichtungen 27, 30, ob es sich im fahrdynamischen Grenzbereich befindet. Für eine grobe Einordnung wird eine globale Reibwert-Potentialschätzung in einer ersten Stufe 25 durchgeführt, ob noch Potential vorhanden ist und schneller durch die Kurven 12 gefahren werden kann. In einem weiteren Schritt 26 wird auf Basis einer Referenztrajektorie T geprüft, ob die maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit, d.h. das Limit, überschritten wird. Dies geschieht durch Prüfung der Querablage A und des Untersteuerungsgrades in Form des Gierratenfehlers G bezüglich der Referenztrajektorie T. Ist noch Potenzial vorhanden, also die entsprechenden Schwellenwerte A0, G0 unterschritten, also die Querablage A klein und der Untersteuerungsgrad in Form des Gierratenfehlers G gering, wird die Geschwindigkeit V global oder segmentweise erhöht. Ist die Querablage A in einer Kurve zu groß (größer als A0) oder das Fahrzeug untersteuert zu stark (Gierratenfehler G größer als G0), so wird die Fahrgeschwindigkeit V segmentweise heruntergesetzt.
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Durch diese Kombination aus Abschätzung des Reibwertpotentials und Prüfung der Limitüberschreitung bezüglich einer Trajektorie im fahrdynamischen Grenzbereich kann das Kraftfahrzeug 10 zum Beispiel für Notsituationen das physikalische Limit oder die physikalische Grenze zum Durchfahren einer Kurve 12 lernen.
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Die Erfindung kann auch zum Beispiel im Motorsport eingesetzt werden um gezielt einen Rennfahrer an das Limit heranzuführen. Hierzu kann die Referenztrajektorie T dem Rennfahrer zum Beispiel grafisch angezeigt werden, damit der Rennfahrer selbst die Referenztrajektorie T nachfährt. Die Steuervorrichtung kann auch im Rahmen einer Rennserie mit automatisch fahrenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Mit entsprechenden Anpassungen kann das beschriebene Verfahren auch in einem Kraftfahrzeug genutzt werden, um das fahrdynamische Limit automatisiert zu erkennen und einen Fahrer dann beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Limit-lernender Fahrdynamikregler bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Fahrbahn
- 12
- Kurve
- 13
- Räder
- 14
- Autopilot
- 15
- Lenkung
- 16
- Antriebsmotor
- 17
- Manöverplanungseinheit
- 18
- Steuervorrichtung
- 19
- Sensoreinrichtung
- 20
- Sensordaten
- 21
- Trajektorie
- 22
- Schwerpunkt
- 23
- Prädizierte Gierrate
- 24
- Gemessene Gierrate
- 25
- Stufe
- 26
- Stufe
- 27
- Schätzeinrichtung
- 28
- Erfassungseinrichtung
- 29
- Planungseinrichtung
- 30
- Schätzeinrichtung
- 31
- Segment
- A
- Querabweichung
- A0
- Schwellenwert
- G
- Gierratenfehler
- G0
- Schwellenwert
- R
- Reibwert
- R‘
- Wahrer Reibwert
- R0
- Initialer Reibwert
- T
- Bezugstrajektorie
- V
- Fahrgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010052583 A1 [0003]
- DE 102011077153 A1 [0004]
