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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Fahrdynamikregelungen, wie zum Beispiel ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm), erhöhen die Kontrollierbarkeit von Kraftfahrzeugen in Grenzsituationen, wie beispielsweise beim Übersteuern in Kurvenfahrten. Unter dem Begriff Fahrdynamikregelung werden im Folgenden alle Systeme verstanden, die durch Ansteuerung eines Aktuators aktiv in den Fahrbetrieb eines Fahrzeugs eingreifen. Dazu gehören insbesondere Systeme, wie zum Beispiel ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebsschlupfregelung), ESP oder AFS (Active Front Steering). Bekannte Fahrdynamikregelungen bedienen sich insbesondere der Bremsen, des Motor-managements oder eines Lenkstellers als Stellglieder der Regelung.
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Weiterhin sind mit geeigneten Unterstützungs- sowie Assistenzsystemen ausgestattete Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen hinreichend bekannt. Als Servolenkungen ausgebildete Lenkvorrichtungen werden zumeist hydraulisch betrieben, wobei sie primär der reinen Lenkkraftunterstützung dienen. Neuere Systeme hingegen weisen eine Servolenkung mit einem elektrisch angetriebenen Motor auf. Elektrisch betriebene bzw. unterstütze Lenkvorrichtungen bieten die einfache Möglichkeit der Kombination mit weiteren Assistenzsystemen. So können über das Assistenzsystem erkannte Fahrzustände beispielsweise an den das Fahrzeug führenden Fahrer gemeldet werden, zum Beispiel über eine haptische Rückmeldung an der Lenkeinrichtung, zum Beispiel dem Lenkrad, des Kraftfahrzeugs selbst. Neben einer elektrohydraulischen Umsetzung (auch als „Electro-Hydraulic Power Steering“, EHPS, bezeichnet) ist auch die rein elektromechanische Umsetzung von Lenksystemen (auch als „Electric Power Assisted Steering“, EPAS, bezeichnet) bekannt.
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Aus der gattungsbildenden
DE 103 54 662 B4 ist beispielsweise ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in fahrdynamischen Grenzsituationen bekannt, in denen das Fahrzeug übersteuert. Um das übersteuernde Kraftfahrzeug möglichst schnell und komfortabel wieder zu stabilisieren, wird ein Lenkmoment in einer Richtung, in der sich das Kraftfahrzeug stabilisiert, auf ein Lenkrad ausgeübt, das dem Fahrer anzeigt, in welche Richtung er lenken muss, um das übersteuernde Fahrzeug möglichst schnell wieder abzufangen und dadurch zu stabilisieren.
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Die
EP 1 358 100 B1 offenbart einen Haptik-Regler für ein Kraftfahrzeug, bei dem in kritischen Fahrsituationen ein Lenkmoment auf ein Lenkrad ausgeübt wird, welches zusätzlich zu einem Hilfslenkmoment aufgebracht wird, welches als Lenkunterstützung für ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment dient. Dieses zusätzliche Lenkmoment soll dem Fahrer vor Eintreten eines Verlustes der Fahrstabilität die Möglichkeit geben, rechtzeitig zu reagieren und eine Lenkkorrektur einzuleiten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation bereitzustellen, mit denen ein Beherrschen der fahrdynamischen Grenzsituation kontrolliert möglich ist. Darüber hinaus soll der Fahrer des Kraftfahrzeugs in seiner Fahraufgabe bestmöglich unterstützt werden. Außerdem sollen das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig realisierbar sein und entsprechend gegenüber dem Stand der Technik gewöhnlich ausgestatteten Kraftfahrzeugen möglichst wenige zusätzliche Komponenten erfordern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. 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.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation bereitgestellt, wobei in einer fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, wie zum Beispiel beim Übersteuern des Kraftfahrzeugs, ein Lenkmoment mittels einer Lenkunterstützungseinrichtung auf eine Lenkeinrichtung, zum Beispiel einem Lenkrad, zum Lenken des Kraftfahrzeugs aufgebracht wird. Das Lenkmoment wird hierbei derart aufgebracht, dass der Fahrer erkennen kann, in welche Richtung er lenken muss, um das Kraftfahrzeug in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel beim Übersteuern, kontrolliert halten zu können. Somit ist es für den Fahrer des Kraftfahrzeugs möglich, das Kraftfahrzeug während des Fahrens, insbesondere während des absichtlichen Fahrens in einem instabilen Bereich, das heißt in einem fahrdynamisch kritischen Grenzbereich wie zum Beispiel dem Übersteuern, leichter zu beherrschen.
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Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass das Lenkmoment durch die Lenkunterstützungseinrichtung in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation zum Halten des Kraftfahrzeugs in dieser fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel dem Übersteuern, erst aufgebracht wird, nachdem eine Funktion für ein sportliches Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs manuell aktiviert wurde. Dies kann zum Beispiel mittels einer speziellen Betätigungseinrichtung wie beispielsweise einem Betätigungsschalter zum Aktivieren und Deaktivieren eines sportlichen Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs erfolgen. Hierdurch kann die Absicht des Fahrers zweifelsfrei erkannt werden, das Kraftfahrzeug in einer fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, wie zum Beispiel beim Übersteuern, selbst beherrschen zu wollen.
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Ergänzend oder alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lenkmoment durch die Lenkunterstützungseinrichtung in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation zum Halten des Kraftfahrzeugs in dieser fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel dem Übersteuern, erst aufgebracht wird, nachdem ein sportliches Fahrverhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs automatisch mittels einer Fahrstilerkennungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wurde. Eine solche Erkennung kann zum Beispiel auf der Auswertung der Fahrzeugquerbeschleunigung über einen bestimmten Zeitraum beruhen, wobei beim Auftreten von gegenüber einer herkömmlichen Fahrweise wesentlich höheren Querbeschleunigungswerten von einer sportlichen Fahrweise des Fahrers ausgegangen werden kann, bei der der Fahrer das Kraftfahrzeug in fahrdynamisch kritischen Grenzsituationen, zum Beispiel beim Übersteuern, selbst beherrschen möchte.
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Bevorzugt wird der instabile Fahrzustand, das heißt das Fahren in einem fahrdynamisch kritischen Grenzbereich, mittels eines heutzutage gewöhnlich in einem Kraftfahrzeug vorhandenen ESP-Systems erkannt. Hierzu umfasst das ESP-System vorzugsweise Sensoren zur Erfassung des augenblicklichen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eine Giergeschwindigkeit, eine Querbeschleunigung, einen Lenkwinkel, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit, eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen. Darüber hinaus kann die Erfassung des kritischen Fahrzustands zusätzlich auch mit einem oder mehreren Videosensoren, zum Beispiel einer Kamera oder mehreren Kameras, erfolgen.
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Die Aufbringung des Lenkmoments durch die Lenkunterstützungseinrichtung auf die Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgt bevorzugt mittels eines elektrisch betriebenen bzw. eines elektrisch unterstützten Lenksystems, zum Beispiel einem EHPS- oder EPAS-System, wobei die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem EPAS-System besonders bevorzugt ist, da dieses aufgrund eines vergleichsweise preiswerten Aufbaus und seines wirtschaftlichen Betriebs weit verbreitet ist und eine besonders genaue Ansteuerbarkeit ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt zum Beispiel nun, das Kraftfahrzeug zur Ausführung eines so genannten Drifts absichtlich zu übersteuern und es kontrolliert im Drift zu halten. Während eines Drifts sind normalerweise viele schnelle Lenkkorrekturen erforderlich. Rennfahrer führen diese Lenkbewegungen aufgrund ihrer Erfahrung reflexartig aus. Ein ungeübter Fahrer kann das Kraftfahrzeug jedoch nicht kontrolliert im Drift halten oder hat zumindest einen großen Lenkaufwand zu bewältigen. Neben der grundsätzlichen Richtungsvorgabe durch den Fahrer vermag das erfindungsgemäße Verfahren nun, den Fahrer in den zusätzlich notwendigen, schnellen Korrekturbewegungen zu unterstützen, die das Kraftfahrzeug kontrolliert im Drift halten.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass ein bereits gewöhnlich mit einem ESP-System und einem EHPS- oder EPAS-System ausgestattetes Kraftfahrzeug zur Realisierung bzw. Implementierung des Verfahrens keine zusätzlichen baulichen Komponenten erfordert, denn das Verfahren kann als reine Softwarerealisierung alle bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren zur Erfassung des augenblicklichen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs, einen Lenkmomentsteller zur Aufbringung des Lenkmoments an der Lenkeinrichtung und dergleichen, nutzen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Lenkmoment eine bestimmte Zeitspanne früher auf die Lenkeinrichtung aufgebracht als es für den augenblicklichen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs erforderlich wäre, um es in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel dem Übersteuern, halten zu können. Mit anderen Worten wird das durch die Lenkunterstützungseinrichtung an der Lenkeinrichtung aufgebrachte Lenkmoment gemäß dieser Ausgestaltung vorausschauend an der Lenkeinrichtung bereitgestellt. Auf diese Weise kann zum Beispiel berücksichtigt werden, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs erst mit einer gewissen Verzögerung auf das an der Lenkeinrichtung aufgebrachte Lenkmoment reagiert. Dementsprechend kann die bestimmte Zeitspanne in vorteilhafter Weise einer durchschnittlichen Reaktionszeit des Fahrers des Kraftfahrzeugs entsprechen, die er benötigt, um auf das durch die Lenkunterstützungseinrichtung auf die Lenkeinrichtung aufgebrachte Lenkmoment zu reagieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Lenkmoment durch die Lenkunterstützungseinrichtung in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation zum Halten des Kraftfahrzeugs in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel dem Übersteuern, erst aufgebracht, nachdem die Funktion eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) des Kraftfahrzeugs manuell deaktiviert wurde. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs die erfindungsgemäße Lenkunterstützung zum Halten des Kraftfahrzeugs in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation erst dann erhält, wenn er durch Deaktivieren des ESP zu erkennen gibt, dass er das Fahrzeug in einer fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, insbesondere beim Übersteuern, absichtlich selbst beherrschen möchte, ohne dass das ESP in herkömmlicher Weise stabilisierend eingreift und damit den fahrdynamisch kritischen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs möglichst schnell beendet. Bei aktiviertem ESP hingegen, kann das ESP auf gewöhnliche Weise einen Regeleingriff im Sinne einer Stabilisierung des Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamisch kritischen Grenzsituation durchführen.
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Bevorzugt kann die Lenkunterstützung durch die Lenkunterstützungseinrichtung jederzeit durch den Führer des Kraftfahrzeugs übersteuert werden, so dass das Kraftfahrzeug jederzeit durch den Führer des Kraftfahrzeugs kontrollierbar bleibt. So kann der Führer des Kraftfahrzeugs das Fahrmanöver in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, insbesondere dem Übersteuern, jederzeit auch unabhängig von der an der Lenkeinrichtung bereitgestellten Lenkunterstützung ausführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation bereitgestellt, wobei eine Lenkunterstützungseinrichtung vorgesehen ist, die in einer fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, wie zum Beispiel beim Übersteuern des Kraftfahrzeugs, ein Lenkmoment auf eine Lenkeinrichtung zum Lenken des Kraftfahrzeugs aufbringt. Hierbei bringt die Lenkunterstützungseinrichtung das Lenkmoment derart auf, dass der Fahrer erkennen kann, in welche Richtung er lenken muss, um das Kraftfahrzeug in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation, zum Beispiel beim Übersteuern, kontrolliert halten zu können.
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Erfindungsgemäß bringt die Lenkunterstützungseinrichtung das Lenkmoment in der fahrdynamisch kritischen Grenzsituation zum Halten des Kraftfahrzeugs in dieser fahrdynamisch kritischen Grenzsituation erst auf, nachdem eine Funktion für ein sportliches Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs manuell aktiviert wurde und/oder nachdem ein sportliches Fahrverhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs automatisch mittels einer Fahrstilerkennungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wurde. Somit ist es für den Fahrer des Kraftfahrzeugs möglich, das Kraftfahrzeug während des Fahrens, insbesondere während des absichtlichen Fahrens in einem instabilen Bereich, das heißt in einem fahrdynamisch kritischen Grenzbereich wie zum Beispiel dem Übersteuern, leichter zu beherrschen.
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Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein ESP-System zur Erkennung des instabilen Fahrzustands, das heißt eines Fahrzustands des Kraftfahrzeugs in einem fahrdynamisch kritischen Grenzbereich. Hierzu umfasst das ESP-System wiederum vorzugsweise Sensoren zur Erfassung des augenblicklichen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eine Giergeschwindigkeit, eine Querbeschleunigung, einen Lenkwinkel, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit, eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen. Darüber hinaus kann die Erfassung des kritischen Fahrzustands zusätzlich auch mit einem oder mehreren Videosensoren, zum Beispiel einer Kamera oder mehreren Kameras, erfolgen.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung bevorzugt ein elektrisch betriebenes bzw. ein elektrisch unterstütztes Lenksystem als Lenkunterstützungseinrichtung, zum Beispiel ein EHPS- oder EPAS-System, zur Aufbringung des Lenkmoments auf die Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt wird hierbei das EPAS-System, da dieses aufgrund eines vergleichsweise preiswerten Aufbaus und seines wirtschaftlichen Betriebs weit verbreitet ist und eine besonders genaue Ansteuerbarkeit ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht nun zum Beispiel, das Kraftfahrzeug zur Ausführung eines Drifts absichtlich zu übersteuern und es kontrolliert im Drift zu halten. Neben der grundsätzlichen Richtungsvorgabe durch den Fahrer vermag die erfindungsgemäße Vorrichtung, den Fahrer in den zusätzlich notwendigen, schnellen Korrekturbewegungen zu unterstützen, die das Kraftfahrzeug kontrolliert im Drift halten.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass ein bereits gewöhnlich mit einem ESP-System und einem EHPS- oder EPAS-System ausgestattetes Kraftfahrzeug keine zusätzlichen baulichen Komponenten erfordert, denn die Vorrichtung kann alle bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren zur Erfassung des augenblicklichen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs, einen Lenkmomentsteller zur Aufbringung des Lenkmoments an der Lenkeinrichtung und dergleichen, nutzen.
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Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die hierin im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen verwiesen, die analog auf die Vorrichtung angewandt werden können.
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In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug verwendet.