DE102018108572A1

DE102018108572A1 - Spurwechselunterstützungsvorrichtung für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102018108572A1
Application number: DE102018108572.9A
Authority: DE
Inventors: Shota FUJII
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: DE102018108572B4; US20180297638A1; US11008039B2

Abstract

Eine Fahrunterstützungs-ECU initialisiert bei dem Start der LCA einen Solltrajektorienberechnungsparameter; berechnet auf Basis des Solltrajektorienberechnungsparameters eine Solltrajektorienfunktion, die eine Seitensollposition darstellt, die eine Sollposition eines eigenen Fahrzeugs in einer Spurbreiterichtung gemäß einer verstrichenen Zeit t seit dem Start der LCA ist; berechnet nacheinander eine Seitensollbewegungszustandsgröße des eigenen Fahrzeugs basierend auf der Solltrajektorienfunktion und der verstrichenen Zeit t; berechnet einen Sollgierzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs basierend auf dem Seitensollbewegungszustandsgröße und einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und berechnet einen Sollsteuergröße basierend auf dem Sollgierzustandsgröße und der Seitensollposition.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spurwechselunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die konfiguriert ist, einen Lenkvorgang bei einem Spurwechsel zu unterstützen/assistieren.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine konventionelle Spurwechselunterstützungsvorrichtung bekannt, die konfiguriert ist, einen Lenkvorgang (Lenkradbetrieb) zum Spurwechsel zu unterstützen. Eine solche Spurwechselunterstützungsvorrichtung berechnet eine Zielbahn bzw. Solltrajektorie auf eine solche Weise, dass ein Fahrzeug eine Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeugs in Richtung einer benachbarten Fahrspur ändert, die Ziel eines Spurwechsels ist. Die Spurwechselunterstützungsvorrichtung steuert einen Lenkwinkel eines rechten und eines linken gelenkten Rades auf eine solche Weise, dass das Fahrzeug entlang der berechneten Solltrajektorie fährt.
Beispielsweise berechnet eine Vorrichtung (im Folgenden als „konventionelle Vorrichtung“ bezeichnet), wie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2008-149855 A vorgeschlagen ist, nacheinander (sequenziell) Soll-Fahrt-(durchfahrts-)-positionen des Fahrzeugs auf der Grundlage von Positionsinformationen über eine Vielzahl von Punkten entlang einer Mittellinie einer benachbarten Fahrspur und Informationen über die aktuelle Position des Fahrzeugs. Die konventionelle Vorrichtung berechnet basierend auf den Soll-Fahrtpositionen eine Solltrajektorie.
Aber auch wenn und/oder nachdem der Fahrer ein Fahrpedal betätigt, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit nach einem Start der Spurwechselunterstützung zu ändern, verwendet die konventionelle Vorrichtung immer noch die vor dem Start der Spurwechselunterstützung berechnete Solltrajektorie. Da in diesem Fall der Fahrzustand des Fahrzeugs aufgrund der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit von dem bei der Bestimmung der Solltrajektorie angenommenen Fahrzustand abweicht, kann es sein, dass ein stabiler Spurwechsel nicht erreicht wird.
Andererseits wird eine Vorrichtung betrachtet, die häufig nach jedem Start der Spurwechselunterstützung die Solltrajektorie neu berechnet. In einer solchen Vorrichtung wird jedoch die Berechnungslast für die Solltrajektorie hoch. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich der Fahrer durch die Änderung der Solltrajektorie unwohl fühlt.
Die vorliegende Erfindung ist auf das oben beschriebene Problem ausgerichtet. Das heißt, dass es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Spurwechselunterstützungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Fahrzeugspurwechsel auf sanfte Weise ermöglicht und gleichzeitig die Berechnungslast senkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben genannte Aufgabe zu erreichen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Spurwechselunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen, mit:

einer Spurerkennungseinheit (12) zum Erkennen einer Spur, um eine relative Positionsbeziehung eines eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Spur zu erfassen; und
einer Unterstützungssteuerungseinheit (10, 20) zum Ausführen einer Spurwechselunterstützungssteuerung, basierend auf der relativen Positionsbeziehung des eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Spur, durch Steuern eines Lenkens eines gelenkten Rades derart, dass das eigene Fahrzeug die Spur zu einer benachbarten Spur wechselt.

Die Unterstützungssteuerungseinheit umfasst:

eine Solltrajektorienfunktionsbestimmungs-/Berechnungseinheit (S14) zum Bestimmen/Definieren/Berechnen, bei einem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung, einer Solltrajektorienfunktion (y(t)), die eine Beziehung zwischen einer Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und einer Seitensollposition darstellt, die eine Zielposition des eigenen Fahrzeugs in einer Spurbreiterichtung ist;
eine Seitensollpositionsberechnungseinheit (S15), um während der Ausführung der Spurwechselunterstützungssteuerung die Seitensollposition auf der Grundlage der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung nacheinander (sequenziell) zu berechnen;
eine Sollzustandsgrößenberechnungseinheit (S15, S16), um während der Ausführung der Spurwechselunterstützungssteuerung nacheinander (sequenziell) eine Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs zu beziehen, und nacheinander (sequenziell) eine Sollgierzustandsgröße zu berechnen, die ein Sollwert ist, der sich auf eine Bewegung zum Ändern einer Richtung des eigenen Fahrzeugs bezieht, basierend auf der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion, der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und
eine Lenksteuerungseinheit (S17, S18), um das Lenken des gelenkten Rades basierend auf der Seitensollposition und der Sollgierzustandsgröße zu steuern.

In der Spurwechselunterstützungsvorrichtung erkennt die Spurerkennungseinheit die Fahrspur, um die relative Lagebeziehung des eigenen Fahrzeugs zur Spur zu erfassen. Die Fahrspur ist z.B. ein durch weiße Linien gegliederter Bereich. Es ist notwendig, die Fahrspur zu erkennen, um eine Solltrajektorie für die eigene Fahrzeugfahrt bestimmen/definieren zu können. Basierend auf der relativen Positionsbeziehung des eigenen Fahrzeugs zur Fahrspur steuert die Unterstützungssteuervorrichtung das Lenken des gelenkten Rades so, dass das eigene Fahrzeug die Fahrspur zur Nachbarspur wechselt. Dadurch kann das eigene Fahrzeug die Spur zur Nachbarspur wechseln.
Die Unterstützungssteuerungseinheit umfasst als Mittel zum Wechseln der eigenen Fahrzeugspur zur Nachbarspur die Solltrajektorienfunktionsberechnungseinheit, die Seitensollpositionsberechnungseinheit, die Sollzustandsgrößenberechnungseinheit und die Lenksteuerungseinheit.
Bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechnet (ermittelt/erlangt durch Berechnung) die Solltrajektorienfunktionsberechnungseinheit die Solltrajektorienfunktion (y(t)) zum Bestimmen (Darstellen) der Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung (Spurweiterichtung) entsprechend der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung (d.h. für jede Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung). Diese Solltrajektorienfunktion ist eine Funktion, die den Zusammenhang zwischen der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungsteuerung und der Seitensollposition, welche die Sollposition des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, darstellt.
Während die Spurwechselunterstützungssteuerung ausgeführt wird, berechnet die Seitensollpositionsberechnungseinheit nacheinander (sequenziell) die Seitensollposition basierend auf der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung. Dadurch erfolgt das Steuern des Lenkens des gelenkten Rades derart, dass die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs mit der Seitensollposition übereinstimmt (gleich wird), was dem eigenen Fahrzeug ermöglicht, die Spur entsprechend einer gewünschten Trajektorie bzw. Bahn zu wechseln.
Wird die Fahrzeuggeschwindigkeit während der Ausführung der Spurwechselunterstützungssteuerung verändert (oder schwankt), kann der Spurwechsel entsprechend der Spurwechselunterstützungssteuerung instabil werden. Daher, während die Spurwechselunterstützungssteuerung ausgeführt wird, bezieht die Sollzustandsgrößenberechnungseinheit nacheinander (sequenziell) die Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs, und berechnet nacheinander (sequenziell) den Sollgierzustandswert, der sich auf die Bewegung zur Richtungsänderung des eigenen Fahrzeugs (Richtung einer Fahrzeugkarosserie) bezieht, basierend auf (durch Verwendung) der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion, der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Ausdruck „nacheinander (sequenzielles) Beziehen der Fahrzeuggeschwindigkeit“ bedeutet „Beziehen der Fahrzeuggeschwindigkeit nach jedem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne“. Ferner bedeutet der Ausdruck: „nacheinander (sequenzielles) Berechnen der Sollgierzustandsgröße“ „Berechnen der Sollgierzustandsgröße nach jedem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne“.
Weiterhin steuert die Lenkungssteuervorrichtung das Lenken des gelenkten Rades in Abhängigkeit von der Seitensollposition und dem Sollgierzustand. Das heißt, die Lenkungssteuervorrichtung steuert das Lenken des gelenkten Rades so, dass die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs mit der Seitensollposition übereinstimmt (gleich wird), und die Gierzustandsgröße zur Richtungsänderung des eigenen Fahrzeugs mit dem Sollgierzustandsgröße übereinstimmt (gleich wird).
So ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, die Solltrajektorienfunktion nacheinander (sequenziell) und wiederholt zu bestimmen/berechnen (auch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird). Der Sollgierzustandswert wird nacheinander (sequenziell) auf Basis der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion, der bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechnet. So kann der Spurwechsel unter Berücksichtigung der Fahrpedalbedienung des Fahrers und der Unterdrückung bzw. Senkung der Berechnungslast reibungslos durchgeführt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Sollzustandsgrößenberechnungseinheit:

eine Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit (S15) zum nacheinander (sequentiellen) Berechnen einer Seitensollbewegungszustandsgröße, die ein Sollwert ist, der sich auf eine Bewegung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung bezieht, basierend auf der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung; und
eine Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit (S16) zum nacheinander (sequentiellen) Berechnen der Sollgierzustandsgröße basierend auf der bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der berechneten Seitensollbewegungszustandsgröße.

Im obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Sollzustandsgrößenberechnungseinheit die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit und die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit. Die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit berechnet nacheinander (sequenziell) die Seitensollbewegungszustandsgröße, die sich auf die Bewegung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung bezieht, basierend auf der bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung. Durch Differenzieren der Solltrajektorienfunktion kann z.B. die Sollseitengeschwindigkeit (Geschwindigkeit in Fahrbahnbreiterichtung) des eigenen Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt bezogen werden. Weiterhin kann durch eine Differenzierung zweiter Ordnung der Solltrajektorienfunktion die Sollquerbeschleunigung (Beschleunigung in Fahrbahnbreiterichtung) des eigenen Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt bezogen werden. Daher wird der Sollwert (Seitensollbewegungszustandsgröße), bezogen auf die Bewegung des eigenen Fahrzeugs in Fahrbahnbreiterichtung, nacheinander (sequenziell) mit Unterstützung der Funktion Solltrajektorie berechnet.
Da die Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bezogen wird, kann der Sollgierzustandsgröße berechnet werden, die der Sollwert bezüglich der Bewegung (Bewegung zur Richtungsänderung des eigenen Fahrzeugs) ist, die erforderlich ist, um den Seitensollbewegungszustandsgröße des eigenen Fahrzeugs zu erhalten. In Anbetracht dessen berechnet die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit nacheinander (sequenziell) die Sollgierzustandsgröße basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Seitensollbewegungszustandsgröße. Dieser Sollgierzustandswert kann z.B. ein Sollwert eines Winkels (Gierwinkel) auf einer horizontalen Ebene zwischen einer Richtung, in die das eigene Fahrzeug zeigt, und einer Richtung der Fahrspur, oder ein Sollwert einer Gierrate oder ein Sollwert einer Krümmung der Solltrajektorie sein.
Daher kann gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung die Sollgierzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs angemessen berechnet werden, und das eigene Fahrzeug kann unter Berücksichtigung der Fahrpedalbetätigung des Fahrers sanft die Spur wechseln.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
ist die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit (S15) konfiguriert, um, als die Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollseitengeschwindigkeit (vy*) zu berechnen, die ein Sollwert einer Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs in Fahrspurbreiterichtung ist, und
ist die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit (S16) konfiguriert, um, als die Sollgierzustandsgröße, unter Verwendung eines Arcussinus eines Wertes, der durch Division der Sollseitengeschwindigkeit durch die Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird, einen Sollgierwinkel (θy* = sin^-1(vy*/v)) zu berechnen, der ein Sollwert eines Winkels auf einer horizontalen Ebene ist, der zwischen einer Richtung, in die das eigene Fahrzeug zeigt/gerichtet ist, und einer Richtung der Fahrspur gebildet wird.
Im obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit die Seitensollgeschwindigkeit (vy*), die der Sollwert der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist. In dieser Konfiguration kann Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit mindestens die Seitensollgeschwindigkeit berechnen, kann aber zusätzlich zur Seitensollgeschwindigkeit auch jede andere Seitenbewegungszustandsgröße(n) berechnen. Die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit berechnet, als die Sollgierzustandsgröße, unter Verwendung eines Arcussinus des Wertes, der durch Division der Seitensollgeschwindigkeit durch die Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird, den Sollgierwinkel, der der Sollwert des Winkels auf der horizontalen Ebene zwischen der Richtung, in die das eigene Fahrzeug zeigt, und der Richtung der Fahrspur ist. In dieser Konfiguration kann die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit mindestens den Sollgierwinkel berechnen, kann aber zusätzlich zum Sollgierwinkel auch jede anderen Gierzustandsgröße(n) berechnen.
Auf die vorstehende Weise wird das Lenken des gelenkten Rades basierend auf der Seitensollposition und dem Sollgierwinkel gesteuert. So kann das eigene Fahrzeug entsprechend der Solltrajektorienfunktion sanft die Spur wechseln.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
ist die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit (S15) konfiguriert, um, als Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollquerbeschleunigung (ay*) zu berechnen, die ein Sollwert einer Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, und
ist die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit (S16) konfiguriert, um, als Sollgierzustandsgröße, durch Division der Sollquerbeschleunigung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Sollgierrate (y* = ay*/v) zu berechnen, die ein Sollwert einer Gierrate des eigenen Fahrzeugs ist.
Im obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit, als die Seitensollbewegungszustandsgröße, die Sollquerbeschleunigung, die der Sollwert der Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist. In dieser Konfiguration kann die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit mindestens die Sollquerbeschleunigung berechnen, kann aber zusätzlich zur Sollquerbeschleunigung auch jede andere Seitensollbewegungszustandsgröße(n) berechnen. Weiterhin berechnet die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit, als Sollgierzustandsgröße, mittels Division der Sollquerbeschleunigung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit die Sollgiergeschwindigkeit, die der Sollwert der Giergeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs ist. In dieser Konfiguration kann die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit mindestens die Sollgierrate berechnen, kann aber auch alle anderen Sollgierzustandsgröße(n) zusätzlich zur Sollgierrate berechnen.
Auf diese Weise wird das Lenken des gelenkten Rades basierend auf der Seitensollposition und der Sollgiergeschwindigkeit gesteuert. So kann das eigene Fahrzeug entsprechend der Solltrajektorienfunktion sanft die Spur wechseln.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
ist die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit (S15) konfiguriert, um, als die Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollquerbeschleunigung (ay*) zu berechnen, die ein Sollwert einer Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, und
ist die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit (S16) konfiguriert, um, als die Sollgierzustandsgröße, durch Division der Sollquerbeschleunigung durch einen Quadratwert der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Sollkrümmung (Cu* = ay*/v2) zu berechnen, die eine Krümmung einer Solltrajektorie ist, die durch die Solltrajektorienfunktion ausgedrückt wird.
Im obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit, als den Seitensollbewegungszustand, die Sollquerbeschleunigung, die der Sollwert der Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist. In dieser Konfiguration kann die Berechnungseinheit für den Seitensollbewegungszustand mindestens die Sollquerbeschleunigung berechnen, kann aber zusätzlich zur Sollquerbeschleunigung auch alle anderen Seitensollbewegungszustandsgröße(n) berechnen. Weiterhin berechnet die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit, als Sollgierzustandsgröße, mittels Dividieren der Sollquerbeschleunigung durch den Quadratwert der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Sollkrümmung, die die Krümmung der Solltrajektorie ist, ausgedrückt durch die Solltrajektorienfunktion. In dieser Konfiguration kann die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit mindestens die Sollkrümmung berechnen, kann aber zusätzlich zur Sollkrümmung auch beliebige andere Sollgierzustandsgröße(n) berechnen.
Auf diese Weise wird das Lenken des gelenkten Rades basierend auf der Seitensollposition und der Sollkrümmung gesteuert. So kann das eigene Fahrzeug entsprechend der Solltrajektorienfunktion sanft die Spur wechseln.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
ist die Solltrajektorienfunktionsberechnungseinheit (S14) konfiguriert, um die Solltrajektorienfunktion basierend auf (oder unter Verwendung von mindestens) den Folgenden zu berechnen:

(i) einer Seitenposition (y0), die eine Position des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt, einer Seitengeschwindigkeit (vy0), die eine Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt, und einer Querbeschleunigung (ay0), die eine Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt;
(ii) der Seitensollposition (y1) des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, der Seitensollgeschwindigkeit (vy1) des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, und der Sollquerbeschleunigung (ay1) des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung; und
(iii) einer Fahrspurwechselsollzeitperiode (tlen), die eine Sollzeitperiode seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung bis zum Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung ist.

Im obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Solltrajektorienfunktionsberechnungseinheit konfiguriert, um die Solltrajektorienfunktion basierend auf den Folgenden zu berechnen:

i) der Seitenposition des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung, der Seitengeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung, und der Querbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung;
(ii) der Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, der Seitensollgeschwindigkeit (Sollwert der Geschwindigkeit in Spurbreiterichtung) des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, und der Sollquerbeschleunigung (Sollwert der Beschleunigung in Spurbreiterichtung) des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung; und
(iii) der Fahrspurwechselsollzeitperiode.

Daher kann bezüglich der Bewegung des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung (Spurbreiterichtung) die Solltrajektorienfunktion erhalten werden, die den Übergang vom Bewegungszustand bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung in den Sollbewegungszustand nach dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung ermöglicht. So kann das eigene Fahrzeug sanft die Spur wechseln.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
wird die Solltrajektorienfunktion (y(t)) durch eine Funktion fünfter Ordnung mit der Ablaufzeit ausgedrückt, die als Variable dient,
werden die Seitensollgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung und die Sollquerbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung auf Null gesetzt, und
wird die Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs nach dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung auf eine Mittellage der Nachbarspur in der Fahrbahnbreiterichtung eingestellt.
Gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Solltrajektorienfunktion erhalten werden, die einen reibungslosen Übergang der Bewegung des eigenen Fahrzeugs in der Seiten- bzw. Querrichtung zwischen dem Zustand bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und dem Zustand nach dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung erreichen kann. Nach dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung ist es möglich, das eigene Fahrzeug entsprechend (oder in der Nähe) der Mittellage der Nachbarspur in der Fahrbahnbreiterichtung fahren zu lassen. So kann das eigene Fahrzeug für einen reibungsloseren bzw. sanfteren Spurwechsel sorgen.
In der vorstehenden Beschreibung wurden die in den folgenden Beschreibungen bezüglich Ausführungsbeispielen verwendeten Bezugszeichen zu den Elementen der vorliegenden Erfindung durch Klammern ergänzt, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Diese Bezugszeichen sollten jedoch nicht verwendet werden, um den Umfang der Erfindung einzuschränken.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung zur Veranschaulichung einer Spurwechselunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Anordnungspositionen von Umgebungssensoren und eines Kamerasensors.
3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung spurbezogener Fahrzeuginformationen.
4 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Betätigung eines Fahrtrichtungsanzeigerhebels.
5 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Lenkunterstützungsteuerroutine gemäß dem Ausführungsbeispiel.
6 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Trajektorie des Fahrzeugs.
7 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Solltrajektorienfunktion.
8 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Solltrajektorienfunktion.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird eine Spurwechselunterstützung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Spurwechselunterstützung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird an einem Fahrzeug (im Folgenden zur Unterscheidung von anderen Fahrzeugen auch „eigenes Fahrzeug“ genannt) angewendet. Die Spurwechselunterstützungsvorrichtung, wie in 1 dargestellt, beinhaltet eine Fahrunterstützung-(assistenz)-ECU 10, eine elektrische Servolenkung 20 ECU, einen Messinstrumenten-ECU 30, eine Lenk-ECU 40, eine Motor-ECU 50, eine Brem-ECU 60 und eine Navigations-ECU 70.
Diese Steuervorrichtungen sind elektrische Steuervorrichtungen mit jeweils einem Mikrocomputer als Hauptteil und sind so miteinander verbunden, dass diese über ein Steuergerätenetz (CAN) 100 Informationen untereinander senden und empfangen können. Der Mikrocomputer enthält eine CPU, ein ROM, ein RAM, einen nichtflüchtigen Speicher, eine Schnittstelle I/F, und dergleichen. Die CPU führt im ROM gespeicherte Befehle (Programme und Routinen) aus, um verschiedene Funktionen zu realisieren. Einige oder alle dieser Steuervorrichtungen können in eine Steuervorrichtung integriert werden.
Weiterhin sind an den CAN 100 mehrere Typen von Fahrzeugzustandssensoren 80 zur Erfassung eines Fahrzeugzustands und mehrere Typen von Fahrbetriebszustandssensoren 90 zur Erfassung eines Fahrbetriebszustands angeschlossen. Beispiele für die Fahrzeugzustandssensoren 80 sind ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit (nachfolgend auch „Fahrzeuggeschwindigkeit v“ genannt) des Fahrzeugs konfiguriert ist, ein Vorne-Hinten-G-Sensor, der zur Erfassung einer Beschleunigung in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs konfiguriert ist, ein Quer-G-Sensor, der zur Erfassung einer Beschleunigung in einer Querrichtung des Fahrzeugs konfiguriert ist, und ein Giergeschwindigkeitssensor, der zur Erfassung einer Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs konfiguriert ist.
Beispiele für die Fahrbetriebszustandssensoren 90 sind ein Beschleunigerbetätigungsausmaßensor, der konfiguriert ist, eine Betätigungsgröße eines Fahrpedals zu erfassen, ein Bremsbetätigungsausmaßsensor, der konfiguriert ist, eine Betätigungsgröße eines Bremspedals zu erfassen, ein Bremsschalter, der konfiguriert ist, das Vorhandensein oder Fehlen der Betätigung des Bremspedals zu erfassen, ein Lenkwinkelsensor, der konfiguriert ist, einen Lenkwinkel zu erfassen, ein Lenkmomentsensor, der konfiguriert ist, ein Lenkmoment zu erfassen, und ein Schaltpositionssensor, der konfiguriert ist, eine Schaltposition eines Getriebes zu erfassen.
Informationen (nachfolgend „Sensorinformationen“ genannt), die von den Fahrzeugzustandssensoren 80 und den Fahrbetriebszustandssensoren 90 erfasst werden, werden an den CAN 100 übertragen. Jede Steuervorrichtung kann die an den CAN 100 übertragenen Sensorinformationen entsprechend nutzen. Die Sensorinformationen können Informationen eines an eine bestimmte Steuervorrichtung angeschlossenen Sensors sein und von diesem an das CAN 100 übertragen werden. Beispielsweise kann der Fahrpedalbetätigungssensor an die Maschinen-ECU 50 angeschlossen werden. In diesem Fall wird die Sensorinformation, die das Ausmaß der Beschleunigerbetätigung darstellt, von Die Maschinen-ECU 50 zu dem CAN 100 übertragen. Beispielsweise kann der Lenkwinkelsensor an die Lenk-ECU 40 angeschlossen werden. In diesem Fall werden die den Lenkwinkel repräsentierenden Sensorinformationen von der Lenk-ECU 40 an den CAN 100 übertragen. Gleiches gilt für die anderen Sensoren. Weiterhin kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der ohne Zwischenschalten des CAN 100 die Sensorinformationen durch direkte Kommunikation zwischen bestimmten Steuervorrichtungen gesendet und empfangen werden.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist eine Steuervorrichtung, die als zentrale Einrichtung zur Fahrunterstützung eines Fahrers dient, und die Spurwechselunterstützung, Spurhalteunterstützung und adaptive Geschwindigkeitsregelung ausführt. Wie in 2 dargestellt, sind ein vorderer-mittiger Umgebungssensor 11FC, ein vorderer-rechter Umgebungssensor 11FR, ein vorderer-linker Umgebungssensor 11FL, ein hinterer-rechter Umgebungssensor 11RR und ein hintererlinker Umgebungssensor 11RL an die Fahrunterstützungs-ECU 10 angeschlossen. Die Umgebungssensoren 11FC, 11FR, 11FL, 11RR und 11RL sind Radarsensoren, und weisen im Wesentlichen untereinander die gleiche Konfiguration auf, nur dass die Sensoren unterschiedliche Erfassungsbereiche haben. Im Folgenden werden die Umgebungssensoren 11FC, 11FR, 11FL, 11RR und 11RL als „Umgebungssensoren 11“ bezeichnet, wenn die Sensoren nicht einzeln voneinander unterschieden werden müssen.
Jeder der Umgebungssensoren 11 enthält einen Radar-Sender-Empfänger (nicht abgebildet) und einen Signalprozessor (nicht abgebildet). Der Radarsender sendet eine Funkwelle in einem Millimeterwellenbereich (im Folgenden „Millimeterwelle“ genannt) und empfängt eine Millimeterwelle (d.h. reflektierte Welle), die von einem dreidimensionalen Objekt (z.B. anderen Fahrzeugen, Fußgängern, Fahrrädern und Gebäuden) innerhalb eines Strahlungsbereichs reflektiert wird. Der Signalprozessor erfasst nach jedem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne Informationen (nachfolgend „Umgebungsinformationen“ genannt), die z.B. einen Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem dreidimensionalen Objekt sowie eine relative Position (Richtung) des dreidimensionalen Objekts in Bezug auf das eigene Fahrzeug angeben, die beispielsweise auf einer Phasendifferenz zwischen der gesendeten Millimeterwelle und der empfangenen reflektierten Welle, einem Dämpfungsgrad der reflektierten Welle und einer Zeitspanne von der Übertragung der Millimeterwelle bis zum Empfang der reflektierten Welle beruhen. Anschließend überträgt der Signalprozessor die Umgebungsinformationen an die Fahrunterstützungs-ECU 10. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 kann unter Verwendung der Umgebungsinformationen (i) eine Vorne-Hinten- und eine Seiten-Richtungskomponente des Abstandes zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem dreidimensionalen Objekt und (ii) eine Vorne-Hinten- und eine Seiten-richtungskomponente der Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem dreidimensionalen Objekt erfassen.
Wie in 2 dargestellt, ist der frontmittige Umgebungssensor 11FC an einem vorderen Mittelteil einer Fahrzeugkarosserie angeordnet und erkennt ein dreidimensionales Objekt, das sich in einem vorderen Bereich des eigenen Fahrzeugs befindet. Der vordere rechte Umgebungssensor 11FR ist an einem vorderen rechten Eckbereich der Fahrzeugkarosserie angeordnet und erfasst hauptsächlich ein dreidimensionales Objekt, das sich in einem vorderen rechten Bereich des eigenen Fahrzeugs befindet. Der vordere linke Umgebungssensor 11FL ist an einem vorderen linken Eckbereich der Fahrzeugkarosserie angeordnet und erfasst hauptsächlich ein dreidimensionales Objekt, das sich in einem vorderen linken Bereich des eigenen Fahrzeugs befindet. Der hintere rechte Umgebungssensor 11RR ist an einem hinteren rechten Eckbereich der Fahrzeugkarosserie angeordnet und erfasst hauptsächlich ein dreidimensionales Objekt, das sich in einem hinteren rechten Bereich des eigenen Fahrzeugs befindet. Der hintere linke Umgebungssensor 11RL ist an einem hinteren linken Eckbereich der Fahrzeugkarosserie angeordnet und erfasst hauptsächlich ein dreidimensionales Objekt, das sich in einem hinteren linken Bereich des eigenen Fahrzeugs befindet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Umgebungssensoren 11 Radarsensoren, stattdessen können aber auch andere Sensoren, wie etwa Abstandssonare und LIDAR-Sensoren („Laser Imaging Detection and Ranging“) eingesetzt werden.
Weiterhin ist ein Kamerasensor 12 an die Fahrunterstützungs-ECU 10 angeschlossen. Der Kamerasensor 12 umfasst eine Kameraeinheit und eine Spurerkennungseinheit. Die Spurerkennungseinheit analysiert Bilddaten, die auf der Grundlage eines von der Kameraeinheit aufgenommenen Bildes gewonnen wurden, um eine oder mehrere weiße Linien einer Straße zu erkennen. Der Kamerasensor 12 (Kameraeinheit) fotografiert eine Landschaft vor dem eigenen Fahrzeug. Der Kamerasensor 12 (Spurerkennungseinheit) liefert nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne Informationen über die erkannte(n) weiße(n) Linie(n) an die Fahrunterstützungs-ECU 10.
Der Kamerasensor 12 erkennt eine Fahrspur, die ein durch die weißen Linien abgeteilter Bereich ist, und erkennt anhand einer Positionsbeziehung zwischen den weißen Linien und dem eigenen Fahrzeug eine relative Positionsbeziehung des eigenen Fahrzeugs zur Fahrspur. Die „Position“ des eigenen Fahrzeugs bedeutet im Folgenden die Position des Schwerpunktes. Weiter bedeutet eine später zu beschreibende „Seitenposition“ des eigenen Fahrzeugs die Lage des Schwerpunktes in Fahrbahnbreiterichtung. Eine „Seitengeschwindigkeit“ bzw. Quergeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bedeutet zudem die Geschwindigkeit des Schwerpunktes des eigenen Fahrzeugs in Fahrbahnbreiterichtung. Darüber hinaus bedeutet eine „Querbeschleunigung“ bzw. Seitenbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs die Beschleunigung des Schwerpunktes des eigenen Fahrzeugs in Fahrbahnbreiterichtung. Diese werden aus der relativen Positionsbeziehung zwischen dem eigenen Fahrzeug und den vom Kamerasensor 12 erfassten weißen Linien berechnet und ermittelt. In der vorliegenden Ausführung bezieht sich die Position des eigenen Fahrzeugs auf die Position des Schwerpunktes, ist aber nicht unbedingt auf die Position des Schwerpunktes beschränkt. Eine vorgegebene spezifische Position (z.B. die Mittellage des eigenen Fahrzeugs in der Draufsicht) des Fahrzeugs kann als Position des eigenen Fahrzeugs übernommen werden.
Wie in 3 dargestellt, setzt/ermittelt der Kamerasensor 12 eine Spurmittellinie CL entsprechend einer Mittellage in Breiterichtung der rechten und linken weißen Linie WL in einer Fahrspur, auf der das eigene Fahrzeug fährt. Die Fahrspurmittellinie CL dient als Solllinie in der später zu beschreibenden Fahrspurunterstützungssteuerung. Weiterhin berechnet der Kamerasensor 12 eine Krümmung Cu einer Kurve der Fahrbahnmittellinie CL.
Weiterhin berechnet der Kamerasensor 12 die Position und die Richtung des eigenen Fahrzeugs in der durch die rechte und linke weiße Linie WL abgetrennten Fahrspur. Beispielsweise berechnet der Kamerasensor 12, wie in 3 dargestellt, einen Abstand Dy(m) in Spurbreiterichtung zwischen der Position P des Schwerpunkts des eigenen Fahrzeugs C und der Spurmittenlinie CL, also den Abstand Dy, um den das eigene Fahrzeug C von der Spurmittenlinie CL in Spurbreiterichtung verschoben (abweichend) wird. Dieser Abstand Dy wird als „Seitenabstand Dy“ bezeichnet. Weiterhin berechnet der Kamerasensor 12 einen Winkel, der zwischen der Richtung der Fahrbahnmittellinie CL und der Richtung, in die das eigene Fahrzeug C gerichtet ist, gebildet wird, d.h. einen Winkel θy(rad), um den die Richtung, in der das eigene Fahrzeug C gerichtet ist, in einer horizontalen Ebenenrichtung von der Richtung der Fahrbahnmittellinie CL verschoben (abweichend) wird. Dieser Winkel θy wird als „Gierwinkel θy“ bezeichnet. Wenn die Fahrbahn gekrümmt ist, weil die Fahrbahnmittellinie CL in gleicher Weise gekrümmt ist, ist der Gierwinkel θy ein Winkel, der sich zwischen der Richtung, in die das eigene Fahrzeug C zeigt, und der Richtung einer Tangente dieser gekrümmten Fahrbahnmittellinie CL bildet. Im Folgenden werden Informationen (Cu, Dy und θy), die die Krümmung Cu, die Seitenabstand Dy und den Gierwinkel θy darstellen, als „spurbezogene Fahrzeuginformationen“ bezeichnet. Bei den spurbezogenen Fahrzeuginformationen wird die Querrichtung (Rechts-Links-Richtung) zur Spurmittelachse CL durch positive und negative Vorzeichen angegeben.
Darüber hinaus liefert der Kamerasensor 12 nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne auch Informationen über die weißen Linien, z.B. die Art der detektierten weißen Linie (durchgezogene oder gestrichelte Linie), einen Abstand (Spurweite) zwischen der rechten und linken benachbarten weißen Linie und die Form der weißen Linie, nicht nur auf der Fahrspur des eigenen Fahrzeugs, sondern auch auf benachbarten Fahrspuren. Wenn die weiße Linie eine durchgezogene Linie ist, wird das Fahrzeug daran gehindert, die weiße Linie zu überqueren, um die Spur zu wechseln. Andernfalls, z.B. wenn die weiße Linie eine gestrichelte Linie ist (weiße Linie, die in bestimmten Abständen intermittierend gebildet wird), darf das Fahrzeug die weiße Linie überqueren, um die Spur zu wechseln. Die spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy) und die Informationen zu den weißen Linien werden zusammenfassend als „Spurinformationen“ bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel berechnet der Kamerasensor 12 die Fahrspurinformationen. Alternativ kann die Fahrunterstützungs-ECU 10 konfiguriert sein, um die vom Kamerasensor 12 übertragenen Bilddaten zu analysieren, um die Fahrspurinformationen zu erfassen bzw. zu erhalten.
Außerdem kann der Kamerasensor 12 auch ein dreidimensionales Objekt erkennen, das sich vor der Kamera befindet. Daher kann der Kamerasensor 12 nicht nur die Fahrspurinformationen, sondern auch die Umgebungsinformationen der Front berechnen und erfassen. In diesem Fall kann z.B. ein Syntheseprozessor (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt sein, der konfiguriert ist, um die Umgebungsinformationen, die von dem vorderen-mittigen Umgebungssensor 11FCe, dem vorderen rechten Umgebungssensor 11FR und dem vorderen linken Umgebungssensor 11FL und den Umgebungsinformationen, die von dem Kamerasensor 12 erfasst wurden, synthetisiert, um eine hohe Erkennungsgenauigkeit zu erzielen. Die vom Syntheseprozessor generierten Umgebungsinformationen können der Fahrunterstützungs-ECU 10 als vordere Umgebungsinformationen dem eigenen Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden.
Ein Summer 13 ist mit der Fahrunterstützungs-ECU 10 verbunden. Der Summer 13 empfängt ein Summertonsignal als Eingang, das von der Fahrunterstützungs-ECU 10 gesendet wird und erzeugt einen Ton. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 lässt den Summer 13 ertönen, wenn z.B. die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Fahrer über eine Fahrunterstützungssituation informiert oder wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Fahrer alarmiert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Summer 13 mit der Fahrunterstützungs-ECU 10 verbunden, aber der Summer 13 kann mit anderen Steuervorrichtungen verbunden sein, z.B. mit einer Benachrichtigungssteuervorrichtung (nicht abgebildet), die für die Benachrichtigung vorgesehen ist, und der Summer 13 kann durch die Benachrichtigungssteuervorrichtung aktiviert werden. In dieser Konfiguration sendet die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine Summertonanweisung an die Benachrichtigungssteuervorrichtung.
Außerdem kann anstelle oder zusätzlich zum Summer 13 ein Vibrator zur Übertragung von Vibrationen zur Benachrichtigung des Fahrers vorgesehen werden. Zum Beispiel ist der Vibrator an einem Lenkrad bereitgestellt, um das Lenkrad zu vibrieren, um dabei den Fahrer zu alarmieren.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 führt die Spurwechselunterstützung, den Spurhalteassistenten und die adaptive Geschwindigkeitsregelung (Tempomat) aus, basierend auf den von den Umgebungssensoren 11 gelieferten Umgebungsinformationen, den vom Kamerasensor 12 erhaltenen Spurinformationen, dem von den Fahrzeugzustandssensoren 80 erfassten Fahrzeugzustand, dem von den Fahrbetriebszustandssensoren 90, und dergleichen.
Eine vom Fahrer zu bedienende Einstellbetätigungseinheit 14 wird an die Fahrunterstützungs-ECU 10 angeschlossen. Die Einstellbetätigungseinheit 14 ist eine Bedieneinheit zur Durchführung von Einstellungen oder ähnlichem, die sich darauf beziehen, ob jeder Spurwechselunterstützungsvorrichtung, der Spurhalteassistent und die adaptive Geschwindigkeitsregelung ausgeführt werden sollen oder nicht. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 erhält ein Stellsignal als Eingang von der Einstellbetätigungseinheit 14, um zu bestimmen, ob jede Steuerung ausgeführt werden soll oder nicht. In diesem Fall, wenn die Ausführung des adaptiven Tempomaten nicht ausgewählt ist, werden auch der Spurwechselunterstützungsvorrichtung und der Spurhalteassistent automatisch auf nicht ausgeführt gesetzt. Wenn die Ausführung der Spurwechselunterstützungsvorrichtungen nicht ausgewählt ist, wird auch der Spurwechselunterstützungsvorrichtung automatisch auf nicht ausgeführt gesetzt.
Weiterhin hat die Einstellbetätigungseinheit 14 die Funktion, Parameter oder ähnliches einzugeben, die die Präferenz des Fahrers bei der Ausführung der oben genannten Steuerung darstellen.
Die ECU der elektrischen Servolenkung 20 ist eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung. Im Folgenden wird die ECU der elektrischen Servolenkung 20 als „EPS-ECU 20“ bezeichnet. Die EPS-ECU 20 ist an einen Motortreiber 21 angeschlossen. Der Motortreiber 21 ist an einen Lenkmotor 22 angeschlossen. Der Lenkmotor 22 ist in einen „Lenkmechanismus umfassend Lenkrad, eine mit dem Lenkrad gekoppelten Lenkwelle, einem Lenkgetriebe und dergleichen“ (nicht abgebildet) des Fahrzeugs integriert. Die EPS-ECU 20 erfasst das vom Fahrer in das Lenkrad eingegebene Lenkmoment (nicht dargestellt) mit dem in der Lenkwelle montierten Lenkmomentsensor und steuert die Erregung des Motortreibers 21 auf Basis des Lenkmoments zum Antrieb des Lenkmotors 22. Der Hilfsmotor wird wie oben beschrieben angetrieben, um das Lenkmoment auf die Lenkung aufzubringen bzw. zu addieren und somit die Lenkbewegung des Fahrers zu unterstützen.
Wenn die EPS-ECU 20 über den CAN 100 einen Lenkbefehl von der Fahrunterstützungs-ECU 10 erhält, treibt die EPS-ECU 20 den Lenkmotor 22 mit einer durch die Lenkanweisung vorgegebenen Steuergröße an, um ein Lenkmoment zu erzeugen. Dieses Lenkmoment stellt ein Drehmoment dar, das dem Lenkmechanismus als Reaktion auf die Lenkanweisung der Fahrunterstützungs-ECU 10 zugeführt werden muss, der im Gegensatz zu einem Lenkunterstützungsmoment, das zur Erleichterung des Lenkvorgangs des Fahrers angewendet werden muss, keine Lenkbetätigung erfordert (Lenkradbetätigung).
Die Messinstrumenten-ECU 30 wird an eine Anzeigeeinheit 31 und an rechte und linke Fahrtrichtungsanzeiger 32 (d.h. Fahrtrichtungsanzeiger und manchmal auch „Blinker“ genannt) angeschlossen. Die Anzeigeeinheit 31 ist z.B. eine Multi-Informations-Anzeige, die vor einem Fahrersitz montiert ist und neben Messwerten, z.B. einer Fahrzeuggeschwindigkeit, verschiedene Informationen anzeigt. Wenn z.B. Die Messinstrumenten-ECU 30 einen Anzeigebefehl entsprechend dem Zustand der Fahrunterstützung von der Fahrunterstützungs-ECU 10 erhält, zeigt Die Messinstrumenten-ECU 30 einen Bildschirm an, der durch den Anzeigebefehl auf der Anzeigeeinheit 31 angewiesen wird. Als Anzeigeeinheit 31 kann anstelle oder zusätzlich zur Multi-Informations-Anzeige auch ein Head-up-Display (nicht abgebildet) eingesetzt werden. Bei Verwendung des Head-Up-Displays wird eine eigene Steuervorrichtung zur Steuerung des Displays auf dem Head-Up-Display bevorzugt.
Weiterhin enthält Die Messinstrumenten-ECU 30 eine Fahrtrichtungsanzeigertreiberschaltung (nicht abgebildet). Wenn Die Messinstrumenten-ECU 30 eine Blinkanweisung über den CAN 100 empfängt, blinkt Die Messinstrumenten-ECU 30 intermittierend den Fahrtrichtungsanzeiger 32, der an einer rechten oder linken Position des eigenen Fahrzeugs entsprechend dem Blinkbefehl angeordnet ist. Während Die Messinstrumenten-ECU 30 intermittierend der Fahrtrichtungsanzeiger 32 blinkt, sendet Die Messinstrumenten-ECU 30 an den CAN 100 eine Blinkinformation, die anzeigt, dass sich das Blinklicht bzw. der Fahrtrichtungsanzeiger 32 in einem intermittierend blinkenden Zustand befindet. Dadurch können andere Steuervorrichtungen den intermittierend blinkenden Zustand des Fahrtrichtungsanzeigers 32 erkennen.
Die Lenk-ECU 40 ist mit einem Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 verbunden. Der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 ist eine Bedieneinheit zum Arbeiten (intermittierendes Blinken) des Fahrtrichtungsanzeigers 32 und ist an einer Lenksäule montiert. Der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 ist um eine Stützwelle mit/bei einem zweistufigen Arbeitshub jeweils im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn schwenkbar gelagert.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 auch als Bedieneinheit des Fahrers verwendet, wenn der Fahrer die Ausführung der Spurwechselunterstützung benötigt. Wie in 4 dargestellt, ist der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 konfiguriert, um wahlweise zwischen (i) einer ersten Hubstellung P1L (P1R), bei der der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 um einen ersten Winkel θW aus einer Neutralstellung PN gedreht wird, und (ii) einer zweiten Hubstellung P2L (P2R), bei der der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 um einen zweiten Winkel θW (>θW) aus der Neutralstellung PN gedreht wird, in jeder der Rechtslaufrichtung und der Linkslaufrichtung um eine Stützwelle O zu betätigen. In einem Zustand, in dem sich der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in der ersten Hubstellung P1L (P1R) befindet, wird der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 automatisch in die Neutralstellung PN zurückgestellt, wenn der Fahrer die Hebelbetätigung abbricht (d.h. der Fahrer seine Hand vom Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 löst). In einem Zustand, in dem sich der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in der zweiten Hubstellung P2L (P2R) befindet, wird der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in der zweiten Hubstellung P2L (P2R) durch einen mechanischen Verriegelungsmechanismus (nicht abgebildet) gehalten. In einem Zustand, in dem der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in der zweiten Hubstellung P2L (P2R) gehalten wird, wenn das Lenkrad umgekehrt gedreht wird, um in die Neutralstellung zurückgeführt zu werden, oder wenn der Fahrer den Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 betätigt, um den Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in die Neutralstellung zurückzubringen, wird die Verriegelung durch den Verriegelungsmechanismus gelöst und der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in die Neutralstellung PN zurückgeführt.
Der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 enthält einen ersten Schalter 411L (411R), der nur eingeschaltet wird, wenn der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in der ersten Hubstellung P1L (P1R) geneigt/gedreht wird, und einen zweiten Schalter 412L (412R), der nur eingeschaltet wird, wenn der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in die zweite Hubstellung P2L (P2R) geneigt/gedreht wird.
Die Lenk-ECU 40 erkennt einen Betriebszustand des Fahrtrichtungsanzeigerhebels 41 anhand des Zustandes des ersten Schalters 411L (411R) und des zweiten Schalters 412L (412R). In jedem der Zustände, in denen der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in die erste Hubstellung P1L (P1R) und der Zustand, in dem der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in die zweite Hubstellung P2L (P2R) gekippt wird, überträgt die Lenk-ECU 40 der Blinkanweisung mit Informationen über die Betätigungsrichtung (im oder gegen den Uhrzeigersinn) des Fahrtrichtungsanzeigerhebels 41 an den Messinstrumenten-ECU 30.
Wenn die Lenk-ECU 40 erkennt, dass der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 für eine vorgegebene Zeit (z.B. 1 Sekunde) oder länger in der ersten Hubstellung P1L (P1R) gehalten wird, gibt die Lenk-ECU 40 ein Spurwechselunterstützungsanforderungssignal an die Fahrunterstützungs-ECU 10 aus, das die Informationen über die Betätigungsrichtung (im oder gegen den Uhrzeigersinn) des Fahrtrichtungsanzeigerhebels 41 enthält. Wenn der Fahrer während der Fahrt eine Unterstützung beim Spurwechsel (Unterstützung durch die Spurwechselunterstützung) wünscht, kann er den Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 in einer Spurwechselrichtung in die erste Hubstellung P1L (P1R) kippen und den Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 für die vorgegebene Zeit oder länger halten. Ein solcher Vorgang wird als „Spurwechselunterstützungsanforderungsoperation“ bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 als Bedieneinheit für die Anforderung der Spurwechselunterstützung verwendet. Alternativ kann eine spezielle Bedieneinheit für die Anforderung der Spurwechselunterstützung im Lenkrad und dergleichen vorgesehen werden.
Die Maschinen-ECU 50 ist mit einem Maschinenstellglied 51 verbunden. Das Maschinenstellglied 51 ist ein Aktuator zur Änderung des Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine 52. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine 52 ein funkengezündeter Benzinkraftstoffeinspritzmehrzylindermotor, und umfasst eine Drosselklappe zur Einstellung einer Ansaugluftmenge. Das Maschinenstellglied 51 enthält mindestens einen Drosselklappenantrieb zur Änderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe. Die Maschinen-ECU 50 kann das Maschinenstellglied 51 antreiben und damit ein vom Verbrennungsmotor 52 erzeugtes Drehmoment verändern. Das vom Verbrennungsmotor 52 erzeugte Drehmoment wird über ein Getriebe (nicht abgebildet) auf die Antriebsräder übertragen. So kann die Maschinen-ECU 50 das Maschinenstellglied 51 steuern, um eine Antriebskraft des eigenen Fahrzeugs zu steuern und damit einen Beschleunigungszustand (Beschleunigung) des eigenen Fahrzeugs zu verändern.
Die Brems-ECU 60 ist an einem Bremszylinder 61 angeschlossen. Der Bremszylinder 61 ist in einem Hydraulikkreislauf zwischen einem „Hauptzylinder (nicht abgebildet), der konfiguriert ist, um eine Arbeitsflüssigkeit als Reaktion auf eine Tretkraft auf ein Bremspedal unter Druck zu setzen“ und „Reibungsbremsmechanismen 62, die an den vorderen/hinteren linken/rechten Rädern vorgesehen sind“. Der Reibungsbremsmechanismus 62 besteht aus einer am Rad befestigten Bremsscheibe 62a und einem am Fahrzeugaufbau befestigten Bremssattel 62b. Der Bremszylinder 61 ist konfiguriert, um einen hydraulischen Druck einzustellen, der einem im Bremssattel 62b enthaltenen Radzylinder zugeführt wird, gemäß einer Anweisung der Brems-ECU 60, den hydraulischen Druck zur Betätigung des Radzylinders zu verwenden, wodurch ein Bremsbelag gegen die Bremsscheibe 62a gedrückt wird und eine Reibungsbremskraft erzeugt wird. So kann die Brems-ECU 60 den Bremszylinder 61 und damit die Bremskraft des eigenen Fahrzeugs steuern.
Die Navigations-ECU 70 enthält einen GPS-Empfänger 71, der konfiguriert ist, um ein GPS-Signal zur Erfassung einer aktuellen Position des eigenen Fahrzeugs zu empfangen, eine Kartendatenbank 72 mit darin gespeicherten Karteninformationen und dergleichen, sowie ein Touchpanel (Touchpanelanzeige) 73. Die Navigations-ECU 70 identifiziert die Position des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt anhand des GPS-Signals, und führt verschiedene Berechnungen auf Basis der Position des eigenen Fahrzeugs und der in der Kartendatenbank 72 gespeicherten Karteninformationen u.ä. durch, um so eine Routenführung mit Unterstützung des Touchpanels 73 durchzuführen.
Die in der Kartendatenbank 72 gespeicherten Karteninformationen enthalten Straßeninformationen. Die Straßeninformationen enthalten Parameter (z.B. Krümmungsradius oder Krümmung, die den Grad der Krümmung der Straße, die Fahrbahnbreite, die Anzahl der Fahrspuren und die Position der Fahrbahnmittellinie jeder Fahrspur darstellen), die die Form und die Position der Straße für jeden Straßenabschnitt darstellen. Außerdem enthalten die Straßeninformationen Informationen über die Art der Straße, die eine Unterscheidung ermöglichen, ob es sich bei der Straße um eine Straße für die ausschließliche Nutzung durch Kraftfahrzeuge oder ähnliches handelt.
<Durch die Fahrunterstützungs-ECU 10 durchgeführte Steuerungsverarbeitung>
Als nächstes wird die Steuerungsverarbeitung durch die Fahrunterstützungs-ECU 10 beschrieben. In einem Zustand, in dem sowohl der Spurhalteassistent als auch die adaptive Geschwindigkeitsregelung ausgeführt werden, führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Spurwechselunterstützungsvorrichtungen aus. Vor diesem Hintergrund werden zunächst der Spurhalteassistent und die adaptive Geschwindigkeitsregelung beschrieben.
<Spurhalteassistenzsteuerung (LTA)>
Die Spurhalteassistent-Steuerung liefert bzw. erzeugt das auf den Lenkmechanismus aufgebrachte Lenkmoment, so dass die Position des eigenen Fahrzeugs in der Nähe der Solllinie innerhalb einer „Fahrspur, in der das eigene Fahrzeug fährt“ gehalten wird, und unterstützt so den Lenkbetrieb des Fahrers. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies die Solllinie die Fahrspurmittellinie CL, es kann aber auch eine in Fahrspurbreiterichtung um einen vorgegebenen Abstand von der Fahrspurmittellinie CL versetzte/verschobene Linie als Solllinie übernommen werden.
Im Folgenden wird die Spurhalteassistenzsteuerung als „LTA“ bezeichnet. Der LTA ist allgemein bekannt (siehe z.B. Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2008-195402 A , Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2009-190464 A , Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2010 - 6279 A und Japanisches Patent Nr. JP 4349210 B ), obwohl der LTA selbst verschiedene Namen hat. So wird nun eine kurze Beschreibung des LTA gegeben.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist konfiguriert, dass sie den LTA ausführt, wenn der LTA durch die am Einstellbetätigungseinheit 14 angewandte Operation angefordert wird. Bei Anforderung des LTA berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 nach Maßgabe des Ausdrucks (1) aus den oben genannten spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy) jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne (Berechnungszeitperiode) einen Solllenkwinkel θlta*. $θ lta * = Klta 1 \cdot Cu + Klta2 \cdot θ y + Klta3 \cdot Dy + Klta4 \cdot \sum Δ y$
In Ausdruck (1) sind Klta1, Klta2, Klta3 und Klta4 Steuerungsverstärkungen. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die entsprechend der Krümmung Cu der Straße ermittelt wird und vorwärts wirkt. Der zweite Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass der Gierwinkel θy verringert wird (so dass die Differenz zwischen der Richtung des eigenen Fahrzeugs und der Spurmittenlinie CL verringert wird). Das heißt, der zweite Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die durch Rückkopplungssteuerung berechnet wird, wobei der Sollwert des Gierwinkels θy auf Null gesetzt wird. Der dritte Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass die seitliche Differenz Dy, die ein Positionsabstand (Positionsdifferenz) zwischen dem eigenen Fahrzeug und der Spurmittenlinie CL in der Fahrbahnbreiterichtung ist, verringert wird. Das heißt, der dritte Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die durch eine Rückkopplungsregelung berechnet wird, wobei der Sollwert der seitlichen Differenz Dy auf Null gesetzt wird. Der vierte Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass ein ganzzahliger Wert ΣDy der Seitenabstand Dy verringert wird. Das heißt, der vierte Ausdruck auf der rechten Seite ist eine Lenkwinkelkomponente, die durch eine Rückkopplungsregelung berechnet wird, wobei der Sollwert des Integralwertes ΣDy auf Null gesetzt wird.
Ein Solllenkwinkel θlta* wird zum Beispiel zu einem Winkel, um das eigene Fahrzeug nach links fahren zu lassen,
wenn die Fahrbahnmittellinie CL nach links abbiegt (Richtung),
wenn das eigene Fahrzeug seitlich in die richtige Richtung von der Fahrbahnmittellinie CL verschoben wird /abweicht, oder
wenn das eigene Fahrzeug nach rechts (Richtung) in Bezug auf die Fahrbahnmittellinie CL zeigt.
Weiterhin wird ein Solllenkwinkel θlta* zu einem Winkel, um das eigene Fahrzeug in die richtige Richtung fahren zu lassen,
wenn sich die Fahrbahnmittellinie CL nach rechts (Richtung) abbiegt,
wenn das eigene Fahrzeug seitlich von der Fahrbahnmittellinie CL nach links verschoben ist, oder
wenn das eigene Fahrzeug nach links (Richtung) in Bezug auf die Fahrbahnmittellinie CL zeigt.
Deshalb wird eine Berechnung nach dem Ausdruck (1) mit Unterstützung von Symbolen (plus und minus) durchgeführt, die der rechten/linken Richtung entsprechen.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 gibt an die EPS-ECU 20 ein Steuersignal aus, das Informationen über den Solllenkwinkel θlta* enthält, der das Ergebnis der Berechnung ist. Die EPS-ECU 20 steuert (treibt) den Lenkmotor 22 so an, dass der Lenkwinkel dem Solllenkwinkel θlta* folgt (gleich wird). In diesem Ausführungsbeispiel gibt die Fahrunterstützungs-ECU 10 das Führungssignal mit Informationen über den Solllenkwinkel θlta* an die EPS-ECU 20 aus, aber die Fahrunterstützungs-ECU 10 kann ein Soll-Drehmoment berechnen, um den Solllenkwinkel θlta* zu erhalten, und an die EPS-ECU 20 ein Führungssignal mit Informationen über das Soll-Drehmoment ausgeben/übertragen, das das Ergebnis der Berechnung ist. Das Vorstehende ist der Umriss des LTA.
<Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC)>
Wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug unmittelbar vor dem eigenen Fahrzeug fährt, lässt die adaptive Geschwindigkeitsregelung das eigene Fahrzeug dem vorausfahrenden Fahrzeug folgen, wobei der Abstand zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem eigenen Fahrzeug auf der Grundlage der Umgebungsinformationen in einem vorgegebenen Abstand gehalten wird. Wenn es kein vorausfahrendes Fahrzeug gibt, hält die adaptive Geschwindigkeitsregelung die eigene Fahrzeugfahrt bei einer konstanten eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit. Im Folgenden wird die adaptive Geschwindigkeitsregelung als „ACC“ bezeichnet. Die ACC selbst ist allgemein bekannt (siehe z.B. Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2014-148293 A , Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2006-315491 A , Japanisches Patent Nr. JP 4172434 B und Japanisches Patent Nr. JP 4929777 B ). Daher wird nun eine knappe Beschreibung des ACC bereitgestellt.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist konfiguriert, um die ACC auszuführen, wenn die ACC durch die Bedienung der Einstellbetätigungseinheit 14 angefordert wird. Das heißt, die Fahrunterstützungs-ECU 10 ist konfiguriert, um ein Folgefahrzeug auf Basis der von den Umgebungssensoren 11 erfassten Umgebungsinformationen auszuwählen, wenn die ACC angefordert wird. Beispielsweise bestimmt die Fahrunterstützungs-ECU 10, ob sich ein oder mehrere andere Fahrzeuge in einem vorab definierten Zielbereich befinden oder nicht.
Befindet sich das andere Fahrzeug für eine bestimmte Zeitperiode oder länger im Bereich des Nachfolgezielfahrzeugs, wählt die Fahrunterstützungs-ECU 10 das andere Fahrzeug als Folgefahrzeug aus. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 setzt eine Sollbeschleunigung so ein, dass das eigene Fahrzeug dem Nachfolgezielfahrzeug folgt. Wenn sich kein anderes Fahrzeug im Bereich des Nachfolgezielfahrzeugs befindet, stellt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Sollbeschleunigung auf der Grundlage einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit (vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit) so ein, dass die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs mit der eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt (gleich wird).
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 nutzt die Maschinen-ECU 50 zur Steuerung des Maschinenstellglieds 51 und je nach Bedarf die Brems-ECU 60 zur Steuerung des Bremsstellglieds 61, so dass die Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs mit der Sollbeschleunigung übereinstimmt (gleich wird). Andererseits, wenn der Fahrer das Fahrpedal bzw. den Beschleuniger während der ACC betätigt, priorisiert die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Betätigung des Fahrpedals gegenüber der ACC und beschleunigt so das eigene Fahrzeug entsprechend der Betätigung des Fahrpedals.
Das Vorstehende ist der Umriss der ACC.
<Spurwechselunterstützungssteuerung (LCA)>
Als nächstes wird die Spurwechselunterstützungssteuerung beschrieben. Nachdem die Umgebung des eigenen Fahrzeugs überwacht wurde und festgestellt wurde, dass das eigene Fahrzeug sicher die Spur wechseln kann, stellt die Spurwechselunterstützungssteuerung dem Lenkmechanismus ein Lenkmoment bereit, so dass die Spurwechselunterstützungssteuerung das eigene Fahrzeug von der Spur, in der sich das eigene Fahrzeug gerade befindet, auf die Nachbarspur bewegt, während die Umgebung des eigenen Fahrzeugs überwacht wird. Dadurch wird der Lenkbetrieb des Fahrers (Spurwechselbetrieb) unterstützt. Das heißt, die Spurwechselunterstützungssteuerung kann das eigene Fahrzeug bewirken, einen Spurwechsel ohne Lenkbetätigung des Fahrers (Lenkradbetätigung) durchzuführen. Im Folgenden wird die Spurwechselunterstützungssteuerung als „LCA“ bezeichnet.
Ähnlich wie beim LTA ist die LCA die Steuerung einer seitlichen Position des eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspur und wird anstelle des LTA durchgeführt, wenn die Spurwechselunterstützungsanforderung während der Ausführung des LTA und des ACC akzeptiert wird. Im Folgenden werden die LTA und die LCA gemeinsam als „Lenkunterstützungssteuerung“ und der Zustand der Lenkunterstützungssteuerung als „Lenkunterstützungssteuerungszustand“ bezeichnet.
5 veranschaulicht eine Lenkunterstützungssteuerroutine, die von der Fahrunterstützungs-ECU 10 ausgeführt wird. Die Lenkunterstützungssteuerroutine wird ausgeführt, wenn eine LTA-Ausführungsfreigabebedingung erfüllt ist. Die LTA-Ausführungsfreigabebedingung ist erfüllt, wenn alle folgenden Bedingungen und dergleichen erfüllt sind.

- Die Ausführung des LTA wurde unter Verwendung der Einstellbetätigungseinheit 14 ausgewählt.
- Die ACC wird ausgeführt.
- Die weißen Linien wurden vom Kamerasensor 12 erkannt.

Während die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Lenkunterstützungssteuerroutine startet, setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Lenkunterstützungssteuerungszustand in einen „LTA EIN-Zustand“, um die LTA auszuführen. Der „LTA EIN-Zustand“ bezieht sich auf den Steuerungszustand, in dem der LTA ausgeführt wird.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S12 die Fahrunterstützungs-ECU 10, ob eine LCA-Startbedingung erfüllt ist oder nicht.
Beispielsweise ist die Startbedingung der LCA erfüllt, wenn alle folgenden Bedingungen (1) bis (6) erfüllt sind.

1. Die Spurwechselunterstützungsanforderungsoperation wurde erfasst.
2. Die Ausführung der LCA wurde unter Verwendung der Einstellbetätigungseinheit 14 ausgewählt.
3. Die weiße Linie an jener Seite, an der der Fahrtrichtungsanzeiger 32 blinkt, ist eine gestrichelte Linie. Das heißt, die weiße Linie, die die Grenze zwischen der Fahrspur (als „Ausgangsspur“ bezeichnet), in der sich das eigene Fahrzeug gerade befindet, und einer Spur neben der Ausgangsspur (als „Nachbarspur“ oder „Zielspur“ bezeichnet) ist eine gestrichelte Linie.
4. Basierend auf dem Ergebnis der Überwachung der Umgebung des eigenen Fahrzeugs wird bestimmt, dass die aktuelle Situation rund um das eigene Fahrzeug eine Situation ist, in der eine Ausführung der LCA zulässig ist. D.h. kein Hindernis (z.B. andere Fahrzeuge etc.), das den Spurwechsel behindert, wird von den umgebenden Sensoren 11 erkannt, so dass die Fahrunterstützungs-ECU 10 festgestellt hat, dass der Spurwechsel sicher durchgeführt werden kann.
5. Die Straße, auf der das eigene Fahrzeug fährt, ist eine Straße für die ausschließliche Nutzung von Automobilen. Das heißt, die aus der Navigations-ECU 70 gewonnenen Informationen über den Straßentyp stellen dar, dass eine Straße, auf der das eigene Fahrzeug fährt, ausschließlich für die Benutzung von Automobilen bestimmt ist.
6. Die Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs liegt innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs für die Zulassung der Ausführung der LCA.

Beispielsweise gilt, dass auch bei Vorhandensein eines anderen Fahrzeugs in der Zielspur ein Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem auf der Zielspur fahrenden anderen Fahrzeug angesichts einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem anderen Fahrzeug angemessen/ausreichend gewährleistet, die oben genannte Bedingung 4 erfüllt ist.
Die Startbedingung der LCA ist nicht auf die oben genannten Bedingungen 1 bis 6 beschränkt. Anstelle einer der Bedingungen 1 bis 6 oder zusätzlich zu den Bedingungen 1 bis 6 kann die LCA-Startbedingung weitere Bedingungen enthalten.
Wenn die Startbedingung der LCA nicht erfüllt ist, kehrt die Fahrunterstützungs-ECU 10 zu Schritt S11 zurück und setzt die Ausführung des LTA fort.
Wenn die LCA-Startbedingung während der Ausführung des LTA erfüllt ist (S12: Ja), führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die LCA anstelle des LTA durch. Bei Start der LCA sendet die Fahrunterstützungs-ECU 10 an den Messinstrumenten-ECU 30 einen Befehl zur Anzeige einer Startführung für die LCA. Daher wird die Startführung für die LCA auf der Anzeigeeinheit 31 angezeigt.
Wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 die LCA startet, führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 im Schritt S13 zunächst einen Prozess zur Initialisierung der Solltrajektorienberechnungsparameter aus. Die Solltrajektorienberechnungsparameter werden für die Berechnung einer Solltrajektorie verwendet. Die Solltrajektorie für die LCA wird nachstehend beschrieben.
Bei der Ausführung der LCA bestimmt/spezifiziert die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine Solltrajektorienfunktion zur Definition/Bestimmung der Solltrajektorie des eigenen Fahrzeugs. Die Solltrajektorie ist eine Bahn bzw. Trajektorie, auf der das eigene Fahrzeug für eine „Spurwechselzeitperiode“ von der Spur (Ausgangsspur), auf der sich das eigene Fahrzeug gerade befindet, in der Breiterichtung (sog. „Seitensollposition“) der Solltrajektorie, die durch die Informationen im Spurwechselunterstützungsanforderungssignal, die an die Ausgangsspur angrenzt, vorgegeben ist, bewegt werden soll. Die Solltrajektorie hat z.B. eine Form wie in 6 dargestellt.
Wie später beschrieben, ist die Solltrajektorienfunktion eine Funktion einer verstrichenen Zeit seit dem Start der LCA (als Variable) und zur Berechnung einer Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs für (entsprechend) jede verstrichene Zeit bezogen auf die Spurmittenlinie CL der Ausgangsspur. Dabei stellt die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs die Lage des Schwerpunktes des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung (auch „Seitenrichtung bzw. Querrichtung“ genannt) bezogen auf die Fahrbahnmittellinie CL dar.
Die Spurwechselsollzeitperiode variiert proportional zu einem Abstand (nachfolgend „notwendiger Seitenabstand“ genannt), der erforderlich ist, um das eigene Fahrzeug in Seitenrichtung von der Ausgangsposition (Seitenposition) bei dem Start der LCA auf die endgültige Seitensollposition zu bewegen. Bei einer Fahrbahnbreite von 3,5 m, wie bei typischen Straßen, wird die Spurwechselsollzeitperiode auf z.B. 8,0 Sekunden eingestellt. Dieses Beispiel entspricht einem Fall, in dem das eigene Fahrzeug zu Beginn der LCA auf der Spurmittelachse CL der Ausgangsspur positioniert ist. Wenn die Fahrbahnbreite z.B. 4,0 m beträgt, wird die Spurwechselsollzeitperiode auf 9,1 (=8,0x4,0/3,5) Sekunden eingestellt, was ein Wert entsprechend der Fahrbahnbreite ist.
Ferner, wenn die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der LCA in Richtung der Zielspur (d.h. auf die Seite der benachbarten Spur eines Ziels bei Spurwechseln) in Bezug auf die Spurmittelachse CL der Ausgangsspur verschoben/versetzt ist, wird die Spurwechselsollzeitperiode herabgesetzt (verkürzt), wenn der Verschiebungs-/Abweichungsbetrag (Betrag des Seitenabstands Dy) erhöht wird. Wird hingegen die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der LCA auf eine der Zielspur gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die Spurmittelachse CL der Ausgangsspur verschoben/versetzt, so wird die Spurwechselsollzeitperiode erhöht (verlängert), wenn der Verschiebungs-/Abweichungsbetrag (Betrag des Seitenabstands Dy) erhöht wird. Wenn beispielsweise der Verschiebungs-/Abweichungsbetrag 0,5 m beträgt, kann der Erhöhungs-/Abweichungsanpassungsbetrag der Spurwechselsollzeitperiode 1,14 (=8,0x0,5/3,5) Sekunden betragen. Die vorstehend genannten Werte für die Einstellung der Spurwechselsollzeitperiode sind nur Beispiele, so dass beliebige andere Werte angewendet werden können.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Seitensollposition y gemäß der durch den Ausdruck (2) ausgedrückten Solltrajektorienfunktion y(t) berechnet. Die Solltrajektorienfunktion y(t) ist eine Funktion fünfter Ordnung der verstrichenen Zeit t, die als Variable dient. $y (t) = c_{0} + c_{1} \cdot t + c_{2} \cdot t^{2} + c_{3} \cdot t^{3} + c_{4} \cdot t^{4} + c_{5} \cdot t^{5}$
Diese Solltrajektorienfunktion y(t) ist eine Funktion, um das eigene Fahrzeug sanft in die Endposition zu bringen.
In Ausdruck (2) werden die Konstanten c0, c1, c2, c3, c4 und c5 aus einem Zustand (d.h. einem später zu beschreibenden „Ausgangsseitenzustandsgröße“) des eigenen Fahrzeugs bei dem Start der LCA und einem Zielzustand (d.h. einem später zu beschreibenden „finale Seitensollzustandsgröße“) des eigenen Fahrzeugs bei Abschluss der LCA ermittelt.
Beispielsweise ist die Solltrajektorienfunktion y(t), wie in 7 dargestellt, eine Funktion zur Berechnung der Seitensollposition y(t) des eigenen Fahrzeugs C entsprechend einer verstrichenen Zeit t (auch „aktuelle Zeit“ genannt) seit dem Start der LCA (zum Zeitpunkt der Berechnung der Solltrajektorie), bezogen auf die Spurmittelachse CL der Spur (Ausgangsspur), in der sich das eigene Fahrzeug C gerade befindet. In 7 sind sowohl die Ausgangsspur als auch die Zielspur gerade. In einem Fall, in dem sowohl die Ausgangsspur als auch die Solltrajektorie gekrümmt sind, wie in 8 dargestellt, kann die Solltrajektorienfunktion y(t) als Funktion zur Berechnung der Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs C in Bezug auf die gekrümmte Spurmittelachse CL der Ausgangsspur bezeichnet werden, wobei die gekrümmte Spurmittelachse CL als Referenz-/Standardlinie verwendet wird.
Zu den oben genannten Parametern der Solltrajektorienberechnung gehören Parameter zur Definition/Bestimmung der Konstanten c0, c1, c2, c3, c4 und c5 der Solltrajektorienfunktion y(t). Die Parameter der Solltrajektorienberechnung umfassen insbesondere die folgenden Parameter P1 bis P7.

P1: die Seitenposition (im Folgenden als „seitliche Ausgangsposition“ bezeichnet) des eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Spurmittenlinie der Ausgangsfahrspur bei dem Start der LCA.
P2: die Geschwindigkeit (nachstehend als „Ausgangsseitengeschwindigkeit“ bezeichnet) des eigenen Fahrzeugs in der Seiten- bzw. Querrichtung bei dem Start der LCA.
P3: die Beschleunigung (im Folgenden als „Ausgangsquerbeschleunigung“ bezeichnet) des eigenen Fahrzeugs in der Seiten- bzw. Querrichtung bei dem Start der LCA.
P4: die Seitensollposition (finale bzw. endgültige Seitensollposition) des eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Mittellinie der Ausgangsfahrspur bei Abschluss der LCA.
P5: eine Sollgeschwindigkeit (nachstehend als „Seitensollgeschwindigkeit“ bezeichnet) des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung bei Abschluss der LCA.
P6: eine Sollbeschleunigung (nachfolgend als „Sollquerbeschleunigung“ bezeichnet) des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung bei Abschluss der LCA.
P7: Die Spurwechselsollzeitperiode, die eine Sollzeitperiode von dem Start der LCA bis zum Abschluss der LCA ist (d.h. eine Zeitspanne während der Durchführung der LCA).

Weiterhin bedeutet die oben genannte Seiten- bzw. Querrichtung die Breiterichtung der Fahrspur.
Die seitliche Ausgangsposition wird auf den gleichen Wert wie der vom Kamerasensor 12 beim Start der LCA ermittelte Seitenabstand Dy gesetzt. Die Ausgangsseitengeschwindigkeit wird auf einen Wert (v·sin(θy)) gesetzt, der durch Multiplikation einer Fahrzeuggeschwindigkeit v mit einem Sinuswert (sin(θy)) des Gierwinkels θy erhalten wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v ist ein Wert, der vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor beim Start der LCA erfasst wird, und der Gierwinkel θy ist ein Wert, der vom Kamerasensor 12 beim Start der LCA erfasst wird. Weiterhin kann die Ausgangsquerbeschleunigung auf einen Differenzwert der Ausgangsseitengeschwindigkeit eingestellt werden. Die Ausgangsquerbeschleunigung kann jedoch vorzugsweise auf einen Wert (v·y) eingestellt werden, der durch Multiplikation einer Gierrate y (rad/s), die vom Gierratensensor bei dem Start der LCA erfasst wird, mit der Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt wird. Denn bei Verwendung der vom Gierratensensor erfassten Gierrate y (rad/s) kann die Änderung des Verhaltens des eigenen Fahrzeugs schneller erkannt werden als bei Verwendung des vom Kamerasensor 12 erfassten Gierwinkels θy. Die seitliche Ausgangsposition, die Ausgangsseitengeschwindigkeit und die Ausgangsseitenbeschleunigung werden zusammenfassend als „Ausgangsseitenzustandsgröße (oder -Index, -Ausmaß)“ bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird berücksichtigt/in Betracht gezogen, dass die Fahrbahnbreite der Zielspur gleich der vom Kamerasensor 12 ermittelten Fahrbahnbreite der Ausgangsspur ist (da die Fahrbahnbreite der Zielspur in den meisten Fällen gleich der der Ausgangsspur ist). Wenn das eigene Fahrzeug auf der Spurmittelachse CL der Ausgangsspur fährt, wird daher die endgültige Seitensollposition auf den gleichen Wert wie die Spurweite der Ausgangsspur gesetzt (die endgültige Seitensollposition = die Spurweite der Ausgangsspur). Weiterhin werden sowohl die endgültige Seitensollgeschwindigkeit als auch die endgültige Seitensollbeschleunigung auf Null gesetzt. Die endgültige Seitensollposition, die endgültige Seitensollgeschwindigkeit und die endgültige Sollquerbeschleunigung werden zusammenfassend als „endgültige bzw. finale Sollseitenzustandsgröße (oder -Index, -Ausmaß)“ bezeichnet.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Spurwechselsollzeitperiode basierend auf der Spurbreite (die die Spurbreite der Ausgangsfahrspur sein kann) und dem Verschiebungs-/Abweichungsbetrag des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung bei dem Start der LCA berechnet. Beispielsweise wird der Soll-Fahrspurwechselzeitperiode „tlen“ gemäß Ausdruck (3) berechnet. $tlen = Dini \cdot A$
„Dini“ ist eine notwendige Distanz, um das eigene Fahrzeug in Querrichtung von der Position (seitliche Ausgangsposition) zu Beginn der LCA zur Position (endgültige Seitensollposition) am Ende der LCA zu bewegen. Wenn sich das eigene Fahrzeug bei dem Start der LCA auf der Spurmittelachse CL der Ausgangsspur befindet, wird „Dini“ daher auf den gleichen Wert wie die Spurweite gesetzt. Wird das eigene Fahrzeug von der Fahrbahnmittellinie CL der Ausgangsfahrspur verschoben/versetzt, wird „Dini“ auf einen Wert gesetzt, der durch Addition des Verschiebungs-/Abweichungsbetrags zur Fahrspurbreite oder durch Subtraktion des Verschiebungs-/Abweichungsbetrags von der Fahrspurbreite erhalten wird. „A“ ist eine Konstante, die eine „Sollzeit“ für die Bewegung des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung um einen Einheitsabstand ist und z.B. auf 2,29 s/m (=8 s / 3,5 m) eingestellt ist. In diesem Fall, wenn der „erforderliche Abstand Dini“ für die Bewegung des eigenen Fahrzeugs in Querrichtung 3,5 m beträgt, wird die „Spurwechselsollzeitperiode tlen“ auf 8 Sekunden eingestellt.
Die Konstante A ist nicht auf den oben genannten Wert eingeschränkt, sondern kann auf einen beliebigen Wert gesetzt werden. Weiterhin kann die Einstellbetätigungseinheit 14 konfiguriert sein, dass der Fahrer einen Wert als Konstante A aus einer Vielzahl von Werten auswählen kann, indem er die Einstellbetätigungseinheit 14 je nach Wunsch des Fahrers verwendet. Alternativ kann die Spurwechselsollzeitperiode ein fester Wert sein.
Das Verfahren zur Initialisierung der Solltrajektorienberechnungsparameter in Schritt S13 ist das Verfahren zur Einstellung der oben genannten sieben Parameter (die seitliche Anfangsposition, die Ausgangsseitengeschwindigkeit, die Ausgangsquerbeschleunigung, die endgültige Seitenzielposition, die endgültige Seitensollgeschwindigkeit, die endgültige Seitensollquerbeschleunigung und die Spurwechselsollzeitperiode) in der oben beschriebenen Weise.
Nach Ausführung des Prozesses zur Initialisierung der Solltrajektorienberechnungsparameter in Schritt S13 führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 einen Ableitungsprozess der (zur Bestimmung) der Solltrajektorienfunktion in Schritt S14 durch. Insbesondere berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Konstanten c0, c1, c2, c3, c4 und c5 der Solltrajektorienfunktion y(t), ausgedrückt durch Ausdruck (2), basierend auf der anfänglichen Seitenzustandsgröße, der endgültigen Seitensollzustandsgröße und der Spurwechselsollzeitperiode, um dadurch die Solltrajektorienfunktion y(t) zu definieren/finalisieren.
Die Seitengeschwindigkeit y'(t) wird durch den Ausdruck (4) basierend auf der Solltrajektorienfunktion y(t), ausgedrückt durch den Ausdruck (2), ausgedrückt. Weiterhin wird die Querbeschleunigung y"(t) durch den Ausdruck (5) ausgedrückt. $y' (t) = c_{1} + 2 \cdot c_{2} \cdot t + 3 \cdot c_{3} \cdot t^{2} + 4 \cdot c_{4} \cdot t^{3} + 5 \cdot c_{5} \cdot t^{4}$
$y'' (t) = 2 \cdot c_{2} + 6 \cdot c_{3} \cdot t + 12 \cdot c_{4} \cdot t^{2} + 20 \cdot c_{5} \cdot t^{3}$
Dabei wird die Ausgangsseitenposition durch „y0“, die Ausgangsseitengeschwindigkeit durch „vy0“, die Anfangsquerbeschleunigung durch „ay0“, die endgültige Seitensollposition durch „yl“, die endgültige Seitensollgeschwindigkeit durch „vyl“, die endgültige Sollquerbeschleunigung durch „ayl“ und die Spurweite bzw. -breite der Ausgangsspur durch „W“ dargestellt. Basierend auf den oben genannten Parametern der Solltrajektorienberechnung werden die folgenden Ausdrücke erhalten. $y (0) = c_{0} = y 0$
$y' (0) = c_{1} = vy 0$
$y'' (0) = 2 \cdot c_{2} = ay 0$
$y (tlen) = c_{0} \cdot + c_{1} \cdot tlen + c_{2} \cdot {tlen}^{2} + c_{3} \cdot \cdot {tlen}^{3} + c_{4} \cdot {tlen}^{4} + c_{5} \cdot {tlen}^{5} = y1 = W$
$y' (tlen) = c_{1} + 2 \cdot c_{2} \cdot tlen + 3 \cdot c_{3} \cdot {tlen}^{2} + 4 \cdot c_{4} \cdot {tlen}^{3} + 5 \cdot c_{5} \cdot {tlen}^{4} = vy1 = 0$
$y'' (tlen) = 2 \cdot c_{2} + 6 \cdot c_{3} \cdot tlen + 12 \cdot c_{4} \cdot {tlen}^{2} + 20 \cdot c_{5} \cdot {tlen}^{3} = ay1 = 0$
Daher werden aus den obigen Ausdrücken (6) bis (11) die Konstanten c₀, c₁, c₂, c₃, c₄ und c₅ der Solltrajektorienfunktion y(t) erhalten. Anschließend wird durch Substituieren der erhaltenen Konstanten c₀, c₁, c₂, c₃, c₄ und c₅ für Ausdruck (2) die Solltrajektorienfunktion y(t) abgeleitet bzw. definiert. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 speichert und hält die Solltrajektorienfunktion y(t) im RAM, bis die LCA beendet ist. Gleichzeitig mit der Ableitung der Solltrajektorienfunktion y(t) aktiviert die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine Zeitmessuhr (Anfangswert: Null), um die abgelaufene Zeit t seit dem Start der LCA zu zählen.
Anschließend berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 in Schritt S15 eine Seitensollzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Die Seitensollzustandsgröße umfasst eine Seitensollposition, die ein Sollwert der Seiten- bzw. Querposition des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, eine Seitensollgeschwindigkeit, die ein Sollwert der Geschwindigkeit (Seitengeschwindigkeit) des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, und eine Sollquerbeschleunigung, die ein Sollwert der Beschleunigung (Querbeschleunigung) des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist. Die Seitengeschwindigkeit und die Querbeschleunigung werden zusammenfassend als „Seitenbewegungszustandsgröße“ bezeichnet. Die Seitensollgeschwindigkeit und die Sollquerbeschleunigung werden zusammenfassend als „Seitensollbewegungszustandsgröße“ bezeichnet.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 berechnet die Seitensollposition zum gegenwärtigen Zeitpunkt, die Seitensollgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt und die Sollquerbeschleunigung zum gegenwärtigen Zeitpunkt, basierend auf der in Schritt S14 abgeleiteten/definierten Solltrajektorienfunktion y(t) und der aktuellen Zeit „t“. Die aktuelle Zeit „t“ ist die verstrichene Zeit nach Ableitung/Definition der Solltrajektorienfunktion y(t) in Schritt S14, was der verstrichenen Zeit seit dem Start der LCA entspricht, wie aus den später beschriebenen Prozessen ersichtlich ist. Wie oben beschrieben, nachdem die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Solltrajektorienfunktion y(t) in Schritt S14 abgeleitet bzw. bestimmt hat, setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Zeitmessuhr zurück, um die abgelaufene Zeit „t“ (= die aktuelle Zeit t) seit dem Start der LCA zu zählen. Die Seitensollposition wird berechnet, indem die aktuelle Zeit t der Solltrajektorienfunktion y(t) zugewiesen wird. Die Seitensollgeschwindigkeit wird berechnet, indem die aktuelle Zeit t auf die Funktion y'(t) angewendet/zugeordnet wird, die durch Differenzierung der Solltrajektorienfunktion y(t) erster Ordnung erhalten wird. Die Sollquerbeschleunigung wird berechnet, indem die aktuelle Zeit t auf die Funktion y"(t) angewandt/zugeordnet wird, die durch Differenzierung der Solltrajektorienfunktion y(t) in zweiter Ordnung erhalten wird. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 liest die von der Zeitmessuhr gemessene abgelaufene Zeit t. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 berechnet aus der gemessenen Laufzeit t und den oben genannten Funktionen die Seitensollzustandsgröße.
Nachfolgend wird die Seitensollposition zum gegenwärtigen Zeitpunkt t durch „y*“, die Seitensollgeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt t durch „vy*“ und die Sollquerbeschleunigung zum gegenwärtigen Zeitpunkt t durch „av*“ dargestellt. Eine Funktionseinheit/Modul des Fahrunterstützungs-ECU 10 zur Berechnung der Seitensollposition y* im Schritt S15 entspricht einer „Seitensollpositionsberechnungseinheit“ der vorliegenden Erfindung. Weiterhin entspricht eine Funktionseinheit/Modul der Fahrunterstützungs-ECU 10 zur Berechnung der Seitensollgeschwindigkeit vy* und der Sollquerbeschleunigung av* in Schritt S15 einer „Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit“ der vorliegenden Erfindung.
Anschließend berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 in Schritt S16 einen Sollgierzustandswert, der sich auf eine Bewegung zur Richtungsänderung des eigenen Fahrzeugs (Richtung der Fahrzeugkarosserie) bezieht. Die Sollgierzustandsgröße beinhaltet einen Sollgierwinkel θy* des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t), eine Sollgierrate y* des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) und eine Sollkrümmung Cu* des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t). Die Sollkrümmung Cu* ist die Krümmung der Solltrajektorie für die eigenen Fahrzeugwechselspuren, d.h. die Krümmung einer Kurvenkomponente bezogen auf den Spurwechsel, die nicht die Kurvenkrümmung der Spur enthält.
Im Schritt S16 liest die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Fahrzeuggeschwindigkeit v zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) (die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasste aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit). Weiterhin berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Sollgierwinkel θy* zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t), die Sollgierrate y* zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) und die Sollkrümmung Cu* zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausdrücken (12) bis (14) auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit v bzw. der Seitensollgeschwindigkeit vy* und der in Schritt S15 erhaltenen SollQuerbeschleunigung ay*. $θ y * = {sin}^{- 1} (vy*/v)$
$Y* = ay*/v$
$Cu * = ay * /v 2$
Der Sollgierwinkel θy* errechnet sich durch Anwenden/Zuordnen eines Wertes, der sich aus der Division der Seitensollgeschwindigkeit vy* durch die Fahrzeuggeschwindigkeit v zu einer Arcus-Sinus-Funktion ergibt. Weiterhin wird die Sollgierrate y* durch Division der Sollquerbeschleunigung ay* durch die Fahrzeuggeschwindigkeit v berechnet. Weiterhin wird die Sollkrümmung Cu* durch Division der Sollquerbeschleunigung ay* durch einen Quadratwert der Fahrzeuggeschwindigkeit v berechnet. Diese Funktionseinheit/Modul der Fahrunterstützungs-ECU 10 zur Berechnung des Sollgierwinkels θy*, der Sollgierrate y* und der Sollkrümmung Cu* entspricht einer „Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit“ der vorliegenden Erfindung.
Anschließend berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 in den Schritten S17 eine Steuersollgröße für die LCA. In diesem Ausführungsbeispiel berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 einen Solllenkwinkel θlca* als Soll-Steuergröße. Der Solllenkwinkel θlca* wird gemäß dem unten beschriebenen Ausdruck (15) berechnet, basierend auf (i) der in Schritt S15 erhaltenen Seitensollposition y*, (ii) dem Sollgierwinkel θy*, der Sollgierrate y* und der in Schritt S16 erhaltenen Sollkrümmung Cu* und (iii) der Krümmung Cu. $\begin{array}{l} θ lca * = Klca 1 \cdot (Cu* + Cu) + Klta2 \cdot (θ y* - θ y*) + Klta3 \cdot (y* - y) + Klta4 \cdot (y* - y) + \\ Klta5 \cdot \sum (y* - y) \end{array}$
In Ausdruck (15) sind Klta1, Klta2, Klta3 und Klta4 Steuerungsverstärkungen. „Cu“ ist die Krümmung zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) (zum Zeitpunkt der Berechnung von θlca*), wobei die Krümmung Cu vom Kamerasensor 12 erfasst wird. „y“ ist die Seitenposition des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) (zum Zeitpunkt der Berechnung von θlca*), wobei die Seitenposition y vom Kamerasensor 12 erfasst wird, also Dy. „θy“ ist der Gierwinkel des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t) (zum Zeitpunkt der Berechnung von θlca*), wobei der Gierwinkel θy vom Kamerasensor 12 erfasst wird. Weiterhin ist „γ“ die Gierrate des eigenen Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt t (aktueller Zeitpunkt t), wobei die Gierrate γ vom Gierratensensor erfasst wird. Die Regelverstärkung Kltal kann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert werden. Als Gierrate kann ein Differenzwert des Gierwinkels θy verwendet werden.
Der erste Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) ist eine Lenkwinkelkomponente, die aus der Summe der Sollkrümmung C* und der Krümmung Cu (der Kurvenkrümmung der Fahrbahn) ermittelt wird und auf eine Vorsteuerungs- („feed-forward“) -Weise wirkt. „Klca1·Cu*“ ist eine Vorsteuergröße zum Bewirken eines Spurwechsels des eigenen Fahrzeugs, und „Klca1·Cu“ ist eine Vorsteuergröße zum Bewirken einer Fahrt des eigenen Fahrzeugs auf einer Kurvenbahn mit der Krümmung Cu. Der zweite Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt („feed-back“) wirkt, so dass die Abweichung zwischen dem Sollgierwinkel θy* und dem Istgierwinkel θy verringert wird. Der dritte Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass die Differenz zwischen der Seitensollposition y* und der Ist-Seitenposition y verringert wird. Der vierte Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass die Differenz zwischen der Sollgierrate γ* und der tatsächlichen Gierrate γ verringert wird. Der fünfte Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) ist eine Lenkwinkelkomponente, die rückgekoppelt wirkt, so dass ein ganzzahliger Wert Σ(y*-y) der Differenz zwischen der Seitensollposition y* und der Seitenistposition y verringert wird. Daher stellt der erste Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) den Feed-Forward- bzw. Vorsteuerungsbetrag und der zweite bis fünfte Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (15) die Regelgröße(n) dar.
Die Berechnungsmethode des Solllenkwinkels θlca* ist nicht auf die oben genannte Methode beschränkt, bei der der Solllenkwinkel θlca* unter Verwendung der oben genannten fünf Lenkwinkelkomponenten berechnet wird. Der Solllenkwinkel θlca* kann durch Verwendung mindestens einer Lenkwinkelkomponente unter den oben genannten fünf Lenkwinkelkomponenten oder durch Verwendung einer beliebigen anderen Lenkwinkelkomponente(n) zusätzlich zu den oben genannten fünf Lenkwinkelkomponenten oder anstelle mindestens einer der oben genannten fünf Lenkwinkelkomponenten berechnet werden. Als Rückführungsgröße für die Gierbewegung kann entweder die „Differenz zwischen dem Sollgierwinkel θy* und dem Istgierwinkel θy“ oder die „Differenz zwischen der Sollgiergeschwindigkeit γ* und der Istgiergeschwindigkeit γ“ verwendet werden. Weiterhin kann die Rückführgröße über den Integralwert Σ(y*-y) der Differenz zwischen der Seitensollposition y* und der Istseitenposition y entfallen.
Nach der Berechnung der Steuersollgröße in Schritt S17, sendet im nächsten Schritt S18 die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine Lenkanweisung mit Informationen über die Steuersollgröße an die EPS-ECU 20. In diesem Ausführungsbeispiel berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Solllenkwinkel θlca* als Steuersollgröße. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 kann jedoch ein Solldrehmoment entsprechend dem Solllenkwinkel θlca* berechnen, und eine Lenkanweisung mit Informationen über das Solldrehmoment an die EPS-ECU 20 übertragen.
Wenn Die EPS-ECU 20 die Lenkanweisung empfängt, die von der Fahrunterstützungs-ECU 10 über den CAN 100 gesendet wird, treibt Die EPS-ECU 20 den Lenkmotor 22 so an (steuert), dass der Lenkwinkel dem Solllenkwinkel θlca* folgt (entspricht).
Im nächsten Schritt S19 bestimmt die Fahrunterstützungs-ECU 10, ob eine LCA-Abschlussbedingung erfüllt ist oder nicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die LCA-Abschlussbedingung erfüllt, wenn die Seitenposition y des eigenen Fahrzeugs die endgültige Seitensollposition (y*= y1) erreicht. Wenn die LCA-Abschlussbedingung nicht erfüllt ist, fährt die Fahrunterstützungs-ECU 10 mit Schritt S20 fort.
In Schritt S20 bestimmt die Fahrunterstützungs-ECU 10, ob eine LCA-Stoppbedingung erfüllt ist oder nicht. Die LCA-Stoppbedingung ist eine Bedingung für das Stoppen/Beenden der LCA während (oder in der Mitte) der Durchführung der LCA (vor Abschluss der LCA). Die LCA-Stoppbedingung ist z.B. erfüllt, wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine bestimmte Operation des Fahrers erkennt und/oder wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 feststellt, dass es schwierig ist, die LCA fortzusetzen bzw. aufrechtzuerhalten.
Wenn zum Beispiel mindestens eine der folgenden spezifischen Operationen (i) bis (iv) erkannt wird, stellt die Fahrunterstützungs-ECU 10 fest, dass die LCA-Stoppbedingung erfüllt ist.

i) Die Fahrunterstützungs-ECU 10 hat ein Lenkmoment aufgrund einer Lenkradbetätigung des Fahrers festgestellt, das größer als ein vorbestimmter Wert ist.
(ii) Die Fahrunterstützungs-ECU 10 hat eine Bremsbetätigung des Fahrers erkannt.
(iii) Die Fahrunterstützungs-ECU 10 hat die Betätigung des Fahrtrichtungsanzeigerhebels 41 in der der aktuellen Spurwechselrichtung entgegengesetzten Richtung erkannt.
(iv) Die Fahrunterstützungs-ECU 10 hat den Vorgang erkannt, der auf die Einstellbetätigungseinheit 14 angewendet wird, um die Einstellung der LCA auf AUS zu setzen (um die Ausführung der LCA zu stoppen).

Ferner, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen (v) und (vi) erfüllt ist, stellt die Fahrunterstützungs-ECU 10 fest, dass es schwierig ist, die LCA fortzusetzen, um festzustellen, ob die LCA-Stoppbedingung erfüllt ist.

v) Auf der Grundlage des Ergebnisses der Überwachung der Umgebung des eigenen Fahrzeugs wird festgestellt, dass die aktuelle Situation um das eigene Fahrzeug herum eine Situation ist, in der die LCA nicht durchgeführt werden darf/kann. Beispielsweise haben die Umgebungssensoren 11 ein Hindernis erkannt, das den Spurwechsel behindert.
(vi) Es wird festgestellt, dass die weiße Linie auf der Seite, auf der der Fahrtrichtungsanzeiger 32 blinkt, keine gestrichelte Linie ist.

Wenn die LCA-Stoppbedingung nicht erfüllt ist (S20: Nein), kehrt die Fahrunterstützungs-ECU 10 zu Schritt S15 zurück und wiederholt die oben genannten Prozesse der Schritte S15 bis S20 jedes Mal, wenn die vorgegebene Zeitperiode (Berechnungszeitperiode) abgelaufen ist. Daher wird der Seitensollzustandsgröße (y*, vy* und ay*) als Reaktion auf die verstrichene Zeit t berechnet, und anschließend wird die Sollgierzustandsgröße (θy*, γ* und Cu*) basierend auf der berechneten Seitensollzustandsgröße (y*, vy* und ay*) und der Fahrzeuggeschwindigkeit v berechnet. Weiterhin wird der Steuersollgröße (θlca*) basierend auf der berechneten Sollgierzustandsgröße (θy*, y* und Cu*) berechnet.
Jedes Mal, wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Steuersollgröße berechnet bzw. aktualisiert (θlca*), sendet die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Lenkanweisung einschließlich der Informationen über die Steuersollgröße (θlca*) an die EPS-ECU 20. Auf diese Weise kann die Fahrunterstützungs-ECU 10 das eigene Fahrzeug (entsprechend der Solltrajektorie) fahren lassen.
Die Fahrunterstützungs-ECU 10 erhält vom Kamerasensor 12 die spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy) über die Fahrspur, in der sich das eigene Fahrzeug gerade befindet. Wenn die Fahrposition des eigenen Fahrzeugs von der Ausgangsspur auf die Zielspur wechselt, werden die spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy), die vom Kamerasensor 12 an die Fahrunterstützungs-ECU 10 übertragen werden sollen, von den spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy), die der Ausgangsspur zugeordnet sind, auf die spurbezogenen Fahrzeuginformationen (Cu, Dy und θy), die der Zielspur zugeordnet sind, gewechselt. Wenn also die Fahrposition des eigenen Fahrzeugs von der Ausgangsspur auf die Zielspur gewechselt wird, wird das Vorzeichen (Plus oder Minus) des Seitenabstands Dy umgekehrt. Wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Vorzeichenänderung der vom Kamerasensor 12 übertragenen Seitenabstand Dy erkannt hat, verschiebt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Solltrajektorienfunktion y(t), ausgedrückt durch Ausdruck (2), um die Spurweite W. Insbesondere wandelt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die durch Ausdruck (2) ausgedrückte Solltrajektorienfunktion y(t) in eine durch Ausdruck (2A) oder (2B) ausgedrückte Solltrajektorienfunktion y(t) in Abhängigkeit von der Spurwechselrichtung um, indem sie die durch Ausdruck (2) ausgedrückte Solltrajektorienfunktion y(t) um die Spurweite W wesentlich verschiebt. Daher kann das Vorrichtung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel „die Solltrajektorienfunktion, die auf der Grundlage der Fahrbahnmittellinie der ursprünglichen Fahrbahn, die als Ursprung dient, berechnet wird“, in „die Solltrajektorienfunktion auf der Grundlage der Fahrbahnmittellinie der Solltrajektorie, die als Ursprung dient“ umwandeln. $y (t) = W - | c_{0} + c_{1} \cdot t + c_{2} \cdot t^{2} + c_{3} \cdot t^{3} + c_{4} \cdot t^{4} + c_{5} \cdot t^{5} |$
$y (t) = - (W - | c_{0} + c_{1} \cdot t + c_{2} \cdot t^{2} + c_{3} \cdot t^{3} + c_{4} \cdot t^{4} + c_{5} \cdot t^{5} |)$
Wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 feststellt, dass die LCA-Abschlussbedingung in Schritt S19 erfüllt ist, setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Steuerzustand der Lenkunterstützung in den LTA EIN-Zustand in Schritt S25. Das heißt, die Fahrunterstützungs-ECU 10 beendet die LCA und nimmt die LTA wieder auf. Deshalb wird die Lenkunterstützungsteuerung (LTA) so durchgeführt, dass das eigene Fahrzeug entsprechend der Spurmittenlinie CL der Zielspur (in der das eigene Fahrzeug fährt) fährt.
Ist dagegen die LCA-Stoppbedingung erfüllt, bevor die LCA-Abschlussbedingung erfüllt ist (S19: Nein und S20: Ja), setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 bei Schritt S22 die Solltrajektorienfunktion y(t) zurück und beendet die LCA. Weiterhin setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die von der Zeitmessuhr gemessene Zeit t auf Null zurück. Zu diesem Zeitpunkt überträgt die Fahrunterstützungs-ECU 10 eine Anzeigeanweisung zur Anzeige einer Meldung, die den Fahrer über den Abbruch der Lenkunterstützung (z.B. LCA) informiert. Wenn Die Messinstrumenten-ECU 30 die Anzeigeanweisung empfängt, zeigt Die Messinstrumenten-ECU 30 die Meldung auf der Anzeigeeinheit 31 an.
Im nächsten Schritt S23 bestimmt die Fahrunterstützungs-ECU 10, ob das LTA wiederaufgenommen werden darf oder nicht. Wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 feststellt, dass der LTA wiederaufgenommen werden darf, führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Prozess zu Schritt S25 durch und setzt den Steuerzustand der Lenkunterstützung auf den Zustand LTA EIN. Daher wird die LCA beendet und der LTA wiederaufgenommen (Startet mit der Ausführung).
Stellt die Fahrunterstützungs-ECU 10 dagegen fest, dass der LTA nicht wiederaufgenommen werden darf, fährt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Prozess zu Schritt S24 fort und setzt den Steuerzustand der Lenkunterstützung auf den LTA-AUS-Zustand. Daher wird die Lenkunterstützungssteuerung (sowohl die LCA als auch die LTA) beendet.
Wenn z.B. in Schritt S20 festgestellt wird, dass die LCA-Stoppbedingung erfüllt ist, da die vom Fahrer ausgeführte spezifische Operation erkannt wird, wird vermutet, dass der Fahrer nicht will, dass die Lenkunterstützungssteuerung ausgeführt wird. In diesem Fall stellt die Fahrunterstützungs-ECU 10 fest, dass das LTA nicht wiederaufzunehmen ist. Andererseits, selbst wenn die Fahrunterstützungs-ECU 10 feststellt, dass es schwierig ist, die LCA durchzuführen, und somit die LCA beendet wird, wenn es keine Schwierigkeiten bei der Wiederaufnahme der LTA gibt (z.B. wenn die weiße Linie auf der Seite, auf der der Fahrtrichtungsanzeiger 32 blinkt, zu einer anderen als der gestrichelten Linie wird), wird die LTA erlaubt/zugelassen, wieder aufgenommen zu werden.
Nach der Einstellung des Steuerzustandes der Lenkunterstützung in Schritt S24 oder Schritt S25 beendet die Fahrunterstützungs-ECU 10 vorläufig die Steuerroutine der Lenkunterstützung. Setzt die Fahrunterstützungs-ECU 10 in Schritt S24den Steuerzustand der Lenkunterstützung in den LTA-AUS-Zustand, nimmt die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Steuerroutine der Lenkunterstützung wieder auf, wenn die Bedingung der LTA-Ausführung erfüllt ist. Setzt dagegen die Fahrunterstützungs-ECU 10 in Schritt S25den Steuerzustand der Lenkunterstützung in den LTA EIN-Zustand, so führt die Fahrunterstützungs-ECU 10 den Vorgang zu Schritt S11 durch.
Während einer Zeit, in der die Fahrunterstützungs-ECU 10 die LCA durchführt (Schritte 13 bis 20), sendet die Fahrunterstützungs-ECU 10 weiterhin eine Blinkanweisung an die Messinstrumenten-ECU 30, um den Fahrtrichtungsanzeiger 32 (seitlich) entsprechend der Betätigungsrichtung des Fahrtrichtungsanzeigerhebels 41 intermittierend zu blinken. Der Fahrtrichtungsanzeiger 32 beginnt vor dem Start der LCA intermittierend zu blinken, als Reaktion auf der Blinkanweisung, der von der Lenk-ECU 40 gesendet wird, wenn der Fahrtrichtungsanzeigerhebel 41 betätigt wird, um in die erste Hubstellung P1L (P1R) gebracht zu werden. Auch wenn und nachdem die Lenk-ECU 40 der Blinkanweisung nicht mehr sendet, blinkt der Fahrtrichtungsanzeiger 32 in Reaktion auf der vom Fahrträger ECU 10 übertragenen Blinkanweisung weiter. In diesem Fall kann ein Zeitpunkt, zu dem das intermittierende Blinken des Fahrtrichtungsanzeigers 32 beendet wird, gleich dem Zeitpunkt des Abschlusses der LCA oder vor dem Abschluss der LCA sein. Beispielsweise kann das intermittierende Blinken des Fahrtrichtungsanzeigers 32 beendet werden, wenn das eigene Fahrzeug eine Seitenposition erreicht, die um einen vorgegebenen Löschgenehmigungsabstand (z.B. 50 cm) von der endgültigen Seitensollposition entfernt ist.
In der Spurwechselunterstützung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 die Solltrajektorienfunktion y(t) aus der seitlichen Anfangsposition, der Ausgangsseitengeschwindigkeit, der Ausgangsquerbeschleunigung, der Sollquerposition, der Sollseitengeschwindigkeit, der Sollquerbeschleunigung und der Spurwechselsollzeitperiode. Während der Durchführung der LCA berechnet die Fahrunterstützungs-ECU 10 nacheinander (sequenziell) die Seitensollposition y*, die Seitensollgeschwindigkeit vy* und die Sollquerbeschleunigung ay* entsprechend der verstrichenen Zeit t seit dem Start der LCA (für jede verstrichene Zeit t). Weiterhin erfasst die Fahrunterstützungs-ECU 10 nacheinander (sequenziell) die Fahrzeuggeschwindigkeit v zum gegenwärtigen Zeitpunkt (Gegenwart) t. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 berechnet nacheinander (sequenziell) den Sollgierwinkel θy*, die Sollgiergeschwindigkeit γ* und die Sollkrümmung Cu*, die Sollwerte für die Bewegung zur Richtungsänderung des eigenen Fahrzeugs sind, basierend auf der bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Seitensollgeschwindigkeit vy* und der Sollquerbeschleunigung ay*. Die Fahrunterstützungs-ECU 10 steuert die Lenkung des rechten und linken gelenkten Rädern in Abhängigkeit von der Seitensollposition y*, dem Sollgierwinkel θy*, der Sollgiergeschwindigkeit γ* und der Sollkrümmung Cu*. Der Spurwechselunterstützungsvorrichtung ist somit in der Lage, die eigenen Fahrzeugwechselspuren entsprechend der Solltrajektorienfunktion flüssig zu gestalten.
Weiterhin wird die Berechnung der Solltrajektorienfunktion (Berechnung zur Bestimmung der Konstanten c₀, c₁, c₂, c₃, c₄ und c₅) nur einmal bei dem Start der LCA durchgeführt (d.h. um die Solltrajektorienfunktion bei dem Start der LCA zu ermitteln/ableiten, genügt es, die Berechnung nur einmal durchzuführen). Dadurch kann die Rechenlast des Mikrocomputers der Fahrunterstützungs-ECU 10 reduziert werden. Nach der Bestimmung/Berechnung der Solltrajektorienfunktion wird die Fahrzeuggeschwindigkeit nacheinander (sequenziell) erfasst und der Sollgierzustandswert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zum gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet. Selbst wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Betätigung des Fahrpedals während der LCA verändert wird, kann daher ein sanfter Spurwechsel unter Berücksichtigung der Fahrpedalbetätigung durch den Fahrer erreicht bzw. durchgeführt werden. Weiterhin kann der sanfte Spurwechsel in Zusammenarbeit mit der Beschleunigungs-/Verzögerungsregelung über den ACC erreicht werden.
Darüber hinaus wird die Solltrajektorienfunktion entsprechend des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels auf der Grundlage der Ausgangsseitenzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs und der endgültigen Seitensollzustandsgröße sowie der Spurwechselsollzeitperiode eingestellt bzw. bestimmt. Die Solltrajektorienfunktion wird als Funktion fünfter Ordnung der verstrichenen Zeit seit dem Start der LCA ausgedrückt, die als Variable dient. Wenn sich das eigene Fahrzeug in Querrichtung (Spurbreiterichtung) bewegt, kann daher die Seitenzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs stufenlos von der anfänglichen Seitenzustandsgröße bis zur endgültigen Seitenzustandsgröße variiert werden. Dadurch kann der Spurwechsel reibungsloser durchgeführt werden.
Weiterhin werden die Seitensollgeschwindigkeit (Seitensollgeschwindigkeit) des eigenen Fahrzeugs bei Abschluss der LCA und die Sollquerbeschleunigung (Sollquerbeschleunigung) des eigenen Fahrzeugs bei Abschluss der LCA auf Null gesetzt. Zusätzlich wird die Seitensollposition (endgültige Seitensollposition) des eigenen Fahrzeugs bei Abschluss der LCA auf die Mittelposition der Solltrajektorie in der Fahrbahnbreiterichtung gesetzt. Daher kann die Fahrunterstützungs-ECU 10 nach Abschluss der LCA das eigene Fahrzeug mit dem LTA entlang der Spurmittelachse CL der Zielspur fahren lassen. Dementsprechend kann die Lenkunterstützungsteuerung stufenlos von der LCA auf die LTA umgestellt werden.
Es wurde die Spurwechselunterstützung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf das oben genannte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und verschiedene Änderungen innerhalb des Bereichs möglich sind, der nicht vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abweicht.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist es z.B. Voraussetzung für die Durchführung der LCA, dass sich der Steuerungszustand der Lenkunterstützung im Zustand LTA EIN befindet (d.h. der LTA wird ausgeführt). Mit anderen Worten, die LCA Startet erst dann, wenn sich der Steuerzustand der Lenkunterstützung im Zustand LTA EIN befindet. Eine solche Voraussetzung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, um die LCA zu starten. Als Voraussetzung für die Durchführung der LCA muss nicht davon ausgegangen werden, dass die ACC ausgeführt wird. Mit anderen Worten, die LCA kann auch dann gestartet werden, wenn sich der Steuerzustand der Lenkunterstützung nicht im EIN-Zustand befindet. In der obigen Ausführungsform beinhaltet die Startbedingung der LCA folgende Bedingung: Die Straße, auf der das eigene Fahrzeug fährt, ist eine Straße für die ausschließliche Nutzung von Automobilen. Die Startbedingung der LCA enthält jedoch nicht unbedingt eine solche Bedingung.
In der obigen Ausführung ist beispielsweise der Kamerasensor 12 konfiguriert, um die Fahrspuren zu erkennen. Die Navigations-ECU 70 kann jedoch die relative Lagebeziehung des eigenen Fahrzeugs zur Fahrspur erkennen.
Eine Fahrunterstützungs-ECU initialisiert bei dem Start der LCA einen Solltrajektorienberechnungsparameter; berechnet auf Basis des Solltrajektorienberechnungsparameters eine Solltrajektorienfunktion, die eine Seitensollposition darstellt, die eine Sollposition eines eigenen Fahrzeugs in einer Spurbreiterichtung gemäß einer verstrichenen Zeit t seit dem Start der LCA ist; berechnet nacheinander eine Seitensollbewegungszustandsgröße des eigenen Fahrzeugs basierend auf der Solltrajektorienfunktion und der verstrichenen Zeit t; berechnet einen Sollgierzustandsgröße des eigenen Fahrzeugs basierend auf dem Seitensollbewegungszustandsgröße und einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und berechnet einen Sollsteuergröße basierend auf dem Sollgierzustandsgröße und der Seitensollposition.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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JP 4929777 B [0080]

Claims

Spurwechselunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit: einer Spurerkennungseinheit (12) zum Erkennen einer Spur, um eine relative Positionsbeziehung eines eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Spur zu erfassen; und einer Unterstützungssteuerungseinheit (10, 20) zum Ausführen einer Spurwechselunterstützungssteuerung, basierend auf der relativen Positionsbeziehung des eigenen Fahrzeugs in Bezug auf die Spur, durch Steuern eines Lenkens eines gelenkten Rades derart, dass das eigene Fahrzeug die Spur zu einer benachbarten Spur wechselt, wobei die Unterstützungssteuerungseinheit umfasst: eine Solltrajektorienfunktionsbestimmungseinheit zum Bestimmen, bei einem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung, einer Solltrajektorienfunktion, die eine Beziehung zwischen einer Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und einer Seitensollposition darstellt, die eine Sollposition des eigenen Fahrzeugs in einer Spurbreiterichtung ist; eine Seitensollpositionsberechnungseinheit, um während der Ausführung der Spurwechselunterstützungssteuerung die Seitensollposition auf der Grundlage der zum Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung nacheinander zu berechnen; eine Sollzustandsgrößenberechnungseinheit, um während der Ausführung der Spurwechselunterstützungssteuerung nacheinander eine Fahrzeuggeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs zu beziehen, und nacheinander eine Sollgierzustandsgröße zu berechnen, die ein Sollwert ist, der sich auf eine Bewegung zum Ändern einer Richtung des eigenen Fahrzeugs bezieht, basierend auf der zum Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion, der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und eine Lenksteuerungseinheit, um das Lenken des gelenkten Rades basierend auf der Seitensollposition und der Sollgierzustandsgröße zu steuern.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sollzustandsgrößenberechnungseinheit umfasst: eine Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit zum nacheinander Berechnen einer Seitensollbewegungszustandsgröße, die ein Sollwert ist, der sich auf eine Bewegung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung bezieht, basierend auf der zum Start der Spurwechselunterstützungssteuerung berechneten Solltrajektorienfunktion und der Ablaufzeit seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung; und eine Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit zum nacheinander Berechnen der Sollgierzustandsgröße basierend auf der bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der berechneten Seitensollbewegungszustandsgröße.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei: die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als die Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollseitengeschwindigkeit zu berechnen, die ein Sollwert einer Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs in Fahrspurbreiterichtung ist, und die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als die Sollgierzustandsgröße, unter Verwendung eines Arcussinus eines Wertes, der durch Division der Sollseitengeschwindigkeit durch die Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird, einen Sollgierwinkel zu berechnen, der ein Sollwert eines Winkels auf einer horizontalen Ebene ist, der zwischen einer Richtung, in die das eigene Fahrzeug zeigt/gerichtet ist, und einer Richtung der Fahrspur gebildet wird.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei: die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollquerbeschleunigung zu berechnen, die ein Sollwert einer Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, und die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als Sollgierzustandsgröße, durch Division der Sollquerbeschleunigung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Sollgierrate zu berechnen, die ein Sollwert einer Gierrate des eigenen Fahrzeugs ist.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: die Seitensollbewegungszustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als die Seitensollbewegungszustandsgröße, eine Sollquerbeschleunigung zu berechnen, die ein Sollwert einer Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Fahrbahnbreiterichtung ist, und die Sollgierzustandsgrößenberechnungseinheit konfiguriert ist, um, als die Sollgierzustandsgröße, durch Division der Sollquerbeschleunigung durch einen Quadratwert der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Sollkrümmung zu berechnen, die eine Krümmung einer Solltrajektorie ist, die durch die Solltrajektorienfunktion ausgedrückt wird.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Solltrajektorienfunktionsberechnungseinheit konfiguriert ist, um die Solltrajektorienfunktion basierend auf den Folgenden zu berechnen: (i) einer Seitenposition, die eine Position des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt, einer Seitengeschwindigkeit, die eine Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt, und einer Querbeschleunigung, die eine Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs in der Spurbreiterichtung bei dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung darstellt; (ii) der Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, der Seitensollgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung, und der Sollquerbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung; und (iii) einer Fahrspurwechselsollzeitperiode, die eine Sollzeitperiode seit dem Start der Spurwechselunterstützungssteuerung bis zum Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung ist.
Spurwechselunterstützungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Solltrajektorienfunktion (y(t)) durch eine Funktion fünfter Ordnung mit der Ablaufzeit, die als Variable dient, ausgedrückt wird, die Seitensollgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung und die Sollquerbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs bei dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung auf Null gesetzt werden, und die Seitensollposition des eigenen Fahrzeugs nach dem Abschluss der Spurwechselunterstützungssteuerung auf eine Mittellage der Nachbarspur in der Fahrbahnbreiterichtung eingestellt wird.