DE102019007213A1 - Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs bei einem zumindest teilautomatisierten Fahrbetrieb, wobei
- ein Solllenkwinkel (δ_soll) ermittelt wird,
- eine maximale Veränderungsrate (R_max) für den Solllenkwinkel (δ_soll) anhand einer Kennlinie (K) ermittelt wird,
- der Solllenkwinkel (δ_soll) mit der maximalen Veränderungsrate (R_max) überlagert und daraus resultierend ein limitierter Solllenkwinkel (δ_{soll_lim}) ausgegeben wird. Erfindungsgemäß wird die maximale Veränderungsrate (R_max) für den Solllenkwinkel (δ_soll) in Abhängigkeit einer Breite (b) einer Fahrspur, einer Quergeschwindigkeit (v_lat) des Fahrzeugs und einer aktuellen Position (pos1) des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs bei einem zumindest teilautomatisierten Fahrbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus US 9 421 973 B2 ist ein System zum autonomen Lenken eines Fahrzeugs bekannt, bei dem Spurdaten einer Fahrspur erfasst werden und ein Spurzentriersystem zum Halten des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur verwendet wird. Des Weiteren wird ein Spurhaltesystem zum Erzeugen mehrerer Korrekturspurhaltelenkbefehle in Ansprechen auf ein Versagen eines Spurführungssystems verwendet, wobei einer oder mehrere der Lenkbefehle zumindest teilweise durch eine minimierte Kostenfunktion definiert werden, die durch eine zeitabhängige Lenkwinkelbegrenzung, die sich mit der Zeit erhöht, abgemildert wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei einem Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs bei einem zumindest teilautomatisierten Fahrbetrieb werden ein Solllenkwinkel und eine maximale Veränderungsrate für den Solllenkwinkel anhand einer Kennlinie ermittelt, wobei der Solllenkwinkel mit der maximalen Veränderungsrate überlagert und daraus resultierend ein limitierter Solllenkwinkel ausgegeben wird. Erfindungsgemäß wird die maximale Veränderungsrate für den Solllenkwinkel in Abhängigkeit einer Breite einer Fahrspur, einer Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer aktuellen Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur ermittelt.
• Mittels des Verfahrens können mögliche Fehler bei der Querregelung des Fahrzeugs signifikant verringert und damit eine Sicherheit des teilautomatisierten Fahrbetriebs erhöht werden. Insbesondere ermöglicht das Verfahren innerhalb einer kurzen Zeit eine hohe Lenkdynamik, so dass eine Stabilität der Querregelung des Fahrzeugs und eine Reaktion der Querregelung auf Seitenanregungen, wie z. B. Fahrbahnneigungen, Rillen, Seitenwindbeaufschlagung sowie ein Einlenken in Kurven, verbessert sind. Die Kennlinie beschreibt dabei insbesondere den Zusammenhang zwischen einem maximal tolerierbaren Spurversatz und der maximalen Veränderungsrate für den Solllenkwinkel. Die Kennlinie wird mittels Versuchen, insbesondere mittels fahrdynamischen Simulationen bestimmt, damit das Fahrzeug bei einer Lenkbewegung entlang der Toleranzgrenze einen Spurversatz von beispielsweise 1,20 m nicht überschreitet. Die Toleranzgrenze wird in Abhängigkeit der Breite der Fahrspur vorgegeben und kann gegebenenfalls verringert, z. B. proportional verringert werden, wenn die Breite der Fahrspur entsprechend geringer ist. Der maximal tolerierbare Spurversatz ist dabei abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit. Mittels der vorgegebenen Kennlinie kann somit die maximale Veränderungsrate für jede Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild eines Fahrerassistenzsystems zur Querregelung eines Fahrzeugs und
• 2 ein Blockschaltbild einer Begrenzungseinheit des Fahrerassistenzsystems.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrerassistenzsystems 1 zur Querregelung eines nicht näher gezeigten Fahrzeugs.
• Das Fahrerassistenzsystem 1 ist ein Spurhaltesystem des Fahrzeugs zur automatischen Korrektur einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs, insbesondere zum Einhalten einer Fahrspur mittels Beeinflussung eines Lenkwinkels während eines teilautomatisierten Fahrbetriebs.
• Das Fahrerassistenzsystem 1 umfasst eine Fahrzeugsensorik 2, die in und/oder an dem Fahrzeug angeordnet ist. Die Fahrzeugsensorik 2 umfasst beispielsweise eine Kamera, die an einem Front- und/oder Seitenbereich des Fahrzeugs derart angeordnet und ausgebildet ist, dass mittels der Kamera eine Umgebung vor dem Fahrzeug und/oder seitlich des Fahrzeugs erfasst wird. Des Weiteren kann die Fahrzeugsensorik 2 Radarsensoren umfassen, die ebenfalls am Front- und/oder Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet sind, so dass mit diesen z. B. ein anderes Fahrzeug in einer Umgebung vor dem Fahrzeug oder seitlich des Fahrzeugs erfassbar ist.
• Mittels der Fahrzeugsensorik 2 erfasste Signale werden mittels einer Auswerteeinheit 3 analysiert und einem Querregler 4zugeführt. Mittels der Auswerteeinheit 3 werden insbesondere eine Position pos1 des Fahrzeugs relativ zu erfassten Fahrspurmarkierungen einer Fahrspur, die auf einer vom Fahrzeug befahrenen Fahrbahn aufgebracht sind, sowie eine Breite b der Fahrspur anhand der Fahrspurmarkierungen ermittelt und als Eingangsdaten dem Querregler 4 zur Verfügung gestellt.
• Anhand dieser Eingangsdaten ermittelt der Querregler 4 einen Solllenkwinkel δ_soll zur Korrektur oder Beibehaltung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs an eine Stelleinheit 5, welche z. B. als ein Lenksteller ausgebildet ist. Zur Verringerung potentieller Fehler bei der Ermittlung des Solllenkwinkels δ_soll, beispielsweise aufgrund von fehlerhaft ausgewerteten Signalen der Fahrzeugsensorik 2 oder von Fehlern des Querreglers 4, wird der von dem Querregler 4 ausgegebene Solllenkwinkel δ_soll mittels eines Begrenzers 6 limitiert. Insbesondere wird mittels des Begrenzers 6 eine Veränderungsrate des Solllenkwinkels δ_soll begrenzt und dem mittels des Querreglers 4 ermittelten Solllenkwinkels δ_soll zur Ausgabe eines limitierten Solllenkwinkels δ_soll__lim überlagert. Die Auswerteeinheit 3, der Querregler 4 und der Begrenzer 6 können dabei in einem gemeinsamen Steuergerät als Software-Module implementiert sein.
• Als Eingangsdaten werden dem Begrenzer 6, insbesondere einer ersten Begrenzungseinheit 6.1 die Position pos1 des Fahrzeugs relativ zu den erfassten Fahrspurmarkierungen der Fahrspur, die Breite b der Fahrspur und eine Quergeschwindigkeit v_lat des Fahrzeugs übermittelt. Des Weiteren kann die Position pos1 des Fahrzeugs relativ zu den erfassten Fahrspurmarkierungen mit der aktuellen Quergeschwindigkeit v_lat des Fahrzeugs prädiziert werden. Beispielsweise wird die Position pos1 des Fahrzeugs für eine Sekunde im Voraus prädiziert.
• Die erste Begrenzungseinheit 6.1 ermittelt anhand dieser Eingangsdaten einen Abstand des Fahrzeugs zu einer jeweils seitlich des Fahrzeugs liegenden Toleranzgrenze, die einen Spurversatz des Fahrzeugs begrenzt, und gibt anhand dessen einen maximal tolerierbaren Spurversatz D_{max_li/re} des Fahrzeugs an eine zweite Begrenzungseinheit 6.2 aus. Des Weiteren werden der zweiten Begrenzungseinheit 6.2 als Eingangsdaten der mittels des Querreglers 4 ermittelte Solllenkwinkel δ_soll sowie eine Kennlinie K zur Verfügung gestellt. Die Kennlinie K beschreibt dabei insbesondere den Zusammenhang zwischen dem maximal tolerierbaren Spurversatz D_{max­_li/re} und einer maximalen Veränderungsrate Rmax. Der maximal tolerierbare Spurversatz D_{max_li/re} ist, wie bereits zuvor beschrieben, abhängig von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere der Quergeschwindigkeit v_lat des Fahrzeugs. Die Kennlinie K wird mittels Versuchen, insbesondere mittels fahrdynamischen Simulationen bestimmt, damit das Fahrzeug bei einer Lenkbewegung entlang der Toleranzgrenze einen Spurversatz von beispielsweise 1,20m nicht überschreitet. Die Toleranzgrenze wird in Abhängigkeit der Breite b der Fahrspur vorgegeben und kann gegebenenfalls verringert, z. B. proportional verringert werden, wenn die Breite b der Fahrspur entsprechend geringer ist.
• Die zweite Begrenzungseinheit 6.2 ermittelt anhand des maximal tolerierbaren Spurversatzes D_{max_li/re} des Fahrzeugs, des mittels des Querreglers 4 ermittelten Solllenkwinkels δ_soll sowie der Kennlinie K eine maximale Veränderungsrate R_max für den Solllenkwinkel δ_soll, welche dynamisch in Bezug auf eine Zeit sowie in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird (siehe 2). Dies ermöglicht innerhalb einer kurzen Zeit eine hohe Lenkdynamik, so dass eine Stabilität der Querregelung des Fahrzeugs und eine Reaktion der Querregelung auf Seitenanregungen, wie z. B. Fahrbahnneigungen, Rillen, Seitenwindbeaufschlagung sowie ein Einlenken in Kurven, verbessert sind. Eine tolerierbare Lenkdynamik zu einer gleichen Seite wird mit fortschreitender Zeitdauer geringer, um eine Stabilität des Fahrzeugs beim Lenken sicherzustellen und dem Fahrer genug Zeit für eine entsprechende Gegenreaktion zur Verfügung zu stellen und somit beispielsweise ein Ausscheren des Fahrzeugs über den tolerierbaren Spurversatz D_{max­_li/re} zu verhindern.
• Die derart ermittelte maximale Veränderungsrate Rmax wird anschließend an eine dritte Begrenzungseinheit 6.3 ausgegeben, mittels der der Solllenkwinkel δ_soll mit der maximalen Veränderungsrate Rmax beaufschlagt wird und mittels der daraus resultierend ein limitierter Solllenkwinkels δ_{soll_lim} an die Stelleinheit 5 ausgegeben wird. Die maximale Veränderungsrate Rmax stellt somit einen Grenzwert für die Veränderungsrate des Solllenkwinkels δ_soll, dar.
  2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Begrenzer 6 mit der zweiten Begrenzungseinheit 6.2, welcher als Eingangsdaten der maximal tolerierbare Spurversatz D_{max­_li/re} des Fahrzeugs, der Solllenkwinkel δ_soll sowie die Kennlinie K zur Verfügung gestellt werden. Der zweiten Begrenzungseinheit 6.2 ist eine dynamische Limitierungseinheit 6.2.1 vorgeschaltet oder diese ist Bestandteil der zweiten Begrenzungseinheit 6.2.
• Mittels der dynamischen Limitierungseinheit 6.2.1 erfolgt eine dynamische Limitierung der Lenkdynamik, welche abhängig von einer Geschwindigkeit und des Solllenkwinkels δ_soll ist. Insbesondere erfolgt die dynamische Limitierung der Lenkdynamik für eine Standard-Mittelposition des Fahrzeugs auf einer Fahrspur mit einer bestimmten Breite b. Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, wird hierbei eine maximale Referenzveränderungsrate R_{max_ref} entsprechend einem maximal tolerierbaren Referenzspurversatz D_{max_ref} ermittelt, wobei der maximal tolerierbare Referenzspurversatz D_{max_ref} hier beispielsweise 1,2 Meter beträgt. Die Kennlinie K stellt die maximale Veränderungsrate Rmax in Abhängigkeit des maximal tolerierbaren Spurversatzes D_{max­_li/re}, dar und wird hierbei mittels linearer Interpolation der Punkte R_{max­_ref}, D_{max_ref} und Rmax, D_{max­_li/re} dargestellt. Anstelle einer linearen Interpolation kann alternativ auch eine andere Funktion verwendet werden.
• Die als Ausgangsgröße der zweiten Begrenzungseinheit 6.2 ermittelte Veränderungsrate Rmax für den Solllenkwinkel δ_soll ist dynamisch in Bezug auf eine Zeit sowie in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Anhand der in 2 gezeigten Kennlinie K kann gezeigt werden, dass aus einem verringerten maximal tolerierbaren Spurversatz D_{max­_li/re} des Fahrzeugs, beispielsweise aufgrund einer verringerten Breite b der Fahrspur und/oder einer Abweichung des Fahrzeugs von einer Fahrbahnmitte, eine verringerte Lenkdynamik resultiert.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrerassistenzsystem

2

Fahrzeugsensorik

3

Auswerteeinheit

4

Querregler

5

Stelleinheit

6

Begrenzer

6.1

erste Begrenzungseinheit

6.2

zweite Begrenzungseinheit

6.2.1

dynamische Limitierungseinheit

6.3

dritte Begrenzungseinheit

D_{max­_li/re}

maximal tolerierbarer Spurversatz

D_{max_ref}

maximal tolerierbarer Referenzspurversatz

D_{max_ref}, R_{max_ref}

Punkt

D_{max_li/re}, R_max

Punkt

K

Kennlinie

R_max

maximale Veränderungsrate

R_{max_ref}

maximale Referenzveränderungsrate

b

Breite der Fahrspur

pos1

Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur

V_lat

Quergeschwindigkeit

δ_soll

Solllenkwinkel

δ_{soll_lim}

limitierter Solllenkwinkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 9421973 B2 [0002]

Claims (3)

1. Verfahren zur Querregelung eines Fahrzeugs bei einem zumindest teilautomatisierten Fahrbetrieb, wobei - ein Solllenkwinkel (δ_soll) ermittelt wird, - eine maximale Veränderungsrate (R_max) für den Solllenkwinkel (δ_soll) anhand einer vorgegebenen Kennlinie (K) ermittelt wird, - der Solllenkwinkel (δ_soll) mit der maximalen Veränderungsrate (R_max) überlagert und daraus resultierend ein limitierter Solllenkwinkel (δ_{soll_lim}) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Veränderungsrate (R_max) für den Solllenkwinkel (δ_soll) in Abhängigkeit einer Breite (b) einer Fahrspur, einer Quergeschwindigkeit (v_lat) des Fahrzeugs und einer aktuellen Position (pos1) des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand - der Breite (b) der Fahrspur, - der aktuellen Position (pos1) des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur und - einer aktuellen Quergeschwindigkeit (v_lat) des Fahrzeugs ein maximal tolerierbarer Spurversatz (D_{max_li/re}) des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei anhand des maximal tolerierbaren Spurversatzes (D_{max_li/re}) und der Kennlinie (K) die maximale Veränderungsrate (R_max) für den Solllenkwinkel (δ_soll) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie (K) mittels einer vor dem Fahrbetrieb durchgeführten fahrdynamischen Simulation ermittelt wird.

Images