DE102021207228A1

DE102021207228A1 - Verfahren zum Betreiben einer Fahrassistenzfunktion zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs sowie Steuereinheit für ein Fahrassistenzsystem

Info

Publication number: DE102021207228A1
Application number: DE102021207228.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baechle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2023-01-12
Also published as: CN115593406A; US20230020048A1

Abstract

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrassistenzfunktion zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben ist. Dieser zulässige Bereich ist innerhalb eines beherrschbaren Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben. Der zulässige Bereich ist durch eine obere Schranke und eine untere Schranke festgelegt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die obere Schranke und die untere Schranke des zulässigen Bereichs abhängig von einem aktuellen Fahrzeugzustand angepasst werden.Der Fahrzeugzustand ist beispielsweise relativ zu einer Spurmitte durch die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und den Ruck, insbesondere durch die jeweilige Komponente dieser Größen in Querrichtung, gegeben.Insbesondere wird basierend auf dem Fahrzeugzustand und der Querbeschleunigung ein einstellbarer Bereich der Fahrerrückmeldung bestimmt. Insbesondere wird Aus diesem unter Berücksichtigung einer Störgrößenkompensation der zulässige Bereich des Lenkmomentenanteils der Assistenzfunktion ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrassistenzfunktion zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinheit für ein Fahrassistenzsystem, die zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2005 004 727 A1 ist im Zusammenhang mit einem Spurhaltesystem offenbart, dass die Lenkunterstützung zur Einhaltung einer Sollfahrspur u.a. von Fahrzustandsparametern wie der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Fahrzeuglängsbeschleunigung, der Fahrzeugquergeschwindigkeit, der Fahrzeugquerbeschleunigung, der Fahrzeuggierrate, der Fahrzeuggierbeschleunigung und/oder dem Fahrzeugschwimmwinkel abhängen.
Aus der DE 101 37 292 A1 ist offenbart, dass bei einem Fahrerassistenzsystem mit einem servo-unterstützten Lenken momentane Bewegungsdaten des Fahrzeugs erfasst bzw. abgeschätzt werden und mit einer vorgegebenen Trajektorie verglichen werden, um in Abhängigkeit zwischen dem Vergleich eine Lenkradunterstützung anzusteuern.
Aus der DE 10 2006 060 628 A1 ist es bekannt, über ein optisches System die Fahrspur und die relative Position des Fahrzeugs zur Fahrspur zu ermitteln, insbesondere einen lateralen Versatz und die Orientierung zur Fahrspur. Weiterhin werden beispielsweise Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik-Zustandsgrößen einem Regel- und Steuergerät zugeführt, das eine Spurhaltefunktion beinhaltet.
In modernen Fahrzeugen kommen zunehmend Fahrassistenzfunktionen zur Unterstützung der Querführung des Fahrzeugs, wie z.B. Spurhalteassistenten und Spurmittenführungen zum Einsatz. Meist basieren diese auf elektrischen Servolenkungen (electric power steering, EPS), in denen ein sogenanntes Lenkmoment-Offset als Stellgröße benutzt wird. Mit diesem Lenkmoment-Offset besteht ein Lenkmomentanteil, der zur Veränderung des Lenkwinkels und somit der Fahrzeugposition genutzt werden kann. Dieser Lenkmoment-Offset (Lenkmomentanteil) ist durch den Fahrer als Überlagerung zum Verhalten des Fahrzeugs in der manuellen Fahrt (Basislenkgefühl) spürbar.
Insbesondere bei höheren Automatisierungsgraden der Fahrzeuge (z.B. nach SAE Level2 oder höher) können die Fahrassistenzfunktionen kooperativen Charakter aufweisen. Wünscht der Fahrer eine Bahnkorrektur, kann die Fahrassistenzfunktion jederzeit durch geringen Kraftaufwand am Lenkrad überlenkt werden, ohne dass die Funktion durch diesen Eingriff deaktiviert wird. In diesen Fällen soll dem Fahrer jedoch durch einen gezielt beeinflussten Lenkmomentanteil der Unterschied zwischen manuell gefahrener Bahn und der Soll-bahn der Assistenzfunktion vermittelt werden (Fahrerrückmeldung).
Zur Sicherstellung der Beherrschbarkeit des Fahrvorgangs durch den Fahrer ist der Lenkmomentanteil üblicherweise auf einen konstanten, durch einen maximalen und minimalen Wert gegebenen Bereich an beherrschbaren Lenkmomenten beschränkt. Dies wird im Folgenden als beherrschbarer Lenkmomentbereich bezeichnet. Diesen meist symmetrischen Bereich kann die Fahrassistenzfunktion zur Fahrzeugführung nutzen. Entsteht durch einen Fahrereingriff eine Spurabweichung, erhöht die Fahrassistenzfunktion den Lenkmomentanteil bis an die Schranken dieses beherrschbaren Bereichs, um das Fahrzeug beispielsweise in der Spur zu halten.
Der zeitliche Verlauf dieses Anstiegs des Lenkmomentanteils kann jedoch ungeeignet sein, eine definierte Fahrerrückmeldung bezüglich einem Unterschied zur Soll-Bahn des Fahrassistenzfunktion zu erreichen. Weiterhin kann die Überlagerung eines Basislenkgefühls durch den Lenkmomentanteil der Fahrassistenzfunktion zu einer Fahrerrückmeldung führen, die sich zwischen Geradeaus- und Kurvenfahrt unterscheidet und somit als inkonsistent empfunden wird.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine definierte Fahrerrückmeldung am Lenkrad zu erreichen, um dem Fahrer die Fahrsituation relativ zum kooperativen Fahrassistenzsystem zu verdeutlichen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrassistenzfunktion zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben ist. Dieser zulässige Bereich ist innerhalb eines beherrschbaren Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben. Der zulässige Bereich ist durch eine obere Schranke und eine untere Schranke festgelegt. Diese Schranken werden auch als Beschränkungen für eine Fahrerrückmeldung bezeichnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die obere Schranke und die untere Schranke des zulässigen Bereichs abhängig von einem aktuellen Fahrzeugzustand angepasst werden. In dieser Weise erfolgt eine Bestimmung des zulässigen Bereichs ausgehend von einem gewünschten Bereich für ein von der Fahrassistenzfunktion aufgebrachtes Lenkmoment, das als Fahrerrückmeldung dient.
Insbesondere wird basierend auf dem Fahrzeugzustand und der Querbeschleunigung ein einstellbarer Bereich der Fahrerrückmeldung bestimmt. Insbesondere wird aus diesem unter Berücksichtigung einer Störgrößenkompensation der zulässige Bereich des Lenkmomentenanteils der Assistenzfunktion ermittelt.
Der Fahrzeugzustand ist beispielsweise relativ zu einer Spurmitte durch die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und den Ruck, insbesondere durch die jeweilige Komponente dieser Größen in Querrichtung, gegeben.
In einer möglichen Ausführung der Erfindung erfolgt eine einstellbare Modifikation der unteren und der oberen Schranke des zulässigen Bereichs, bzw. eines daraus resultierenden Bereichs der Fahrerrückmeldung in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeugposition relativ zur Spurmitte. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass eine maximale Fahrerrückmeldung über einen steigenden Abstand zur Spurmitte ebenfalls betragsmäßig ansteigt. Alternativ ist es auch möglich, nach einem anfänglichen Anstieg wieder betragsmäßige fallende Werte für die obere und untere Schranke der Fahrerrückmeldung und somit des zulässigen Bereichs zu erzeugen. So lässt sich vorteilhaft eine maximale Fahrerrückmeldung für sehr große Bahnabweichungen beschränken.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Anpassung der oberen und der unteren Schranke des zulässigen Bereichs, bzw. eines daraus resultierenden Bereichs der Fahrerrückmeldung abhängig von dem aktuellen Abstand zur Spurmitte derart, dass die maximal eingestellten Beträge für die obere und die untere Schranke jeweils dann bereitgestellt werden, wenn sich die äußeren Räder des Fahrzeugs auf der äußeren Markierung der Fahrspur befinden. Damit kann vorteilhaft eine automatische Anpassung auf die Spurbreite der Fahrbahn derart erfolgen, dass der generell seitlich verfügbare Platz berücksichtigt wird. Bei einem gegebenen Abstand ergibt sich so auf breiten Spuren wie beispielsweise einer Autobahn eine geringere maximale Fahrerrückmeldung als auf engeren Landstraßen. Insbesondere für den Fall begrenzter Steueraktivität des Fahrers kann so auch eine höhere Robustheit der Fahrassistenzfunktion auf schmaleren Straßen erzielt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird alternativ oder zusätzlich die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zur Spurmitte berücksichtigt, um die Anpassung der oberen und der unteren Schranke des zulässigen Bereichs, bzw. eines daraus resultierenden Bereichs der Fahrerrückmeldung zu erreichen. Die seitliche Relativgeschwindigkeit (Quergeschwindigkeit) kann beispielsweise aus dem aktuellen Winkel des Fahrzeuges relativ zur Fahrbahn sowie der Längsgeschwindigkeit berechnet werden. Alternativ kann eine numerische Differenzierung der Position vorgenommen werden. Überstimmt der Fahrer die Fahrassistenzfunktion durch einen Eingriff am Lenkrad, steigt durch diese Anpassung der oberen und unteren Schranke des zulässigen Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, die maximale Fahrerrückmeldung umso stärker an, je schneller der Fahrereingriff erfolgt. Darüber hinaus entsteht in dieser Ausführungsform auch mehr Potential für die Fahrerassistenzfunktion zur Ausregelung von Störungen, da bereits in der Nähe der Spurmitte die Schranken des zulässigen Bereichs betragsmäßig erhöht werden können. Insbesondere für den Fall begrenzter Steueraktivität des Fahrers kann so auch eine höhere Robustheit der Fahrassistenzfunktion erzielt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird alternativ oder zusätzlich die Beschleunigung des Fahrzeugs relativ zur Spurmitte berücksichtigt, um die obere und die untere Schranke des zulässigen Bereichs, bzw. eines daraus resultierenden Bereichs der Fahrerrückmeldung anzupassen. Diese seitliche Relativbeschleunigung kann beispielsweise aus der Krümmung der Fahrbahn, der Gierrate und der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt werden. Alternativ kann eine numerische Differenzierung der Geschwindigkeit vorgenommen werden. Besteht ein Unterschied zwischen der aktuell gefahrenen Querbeschleunigung und der für das Verfolgen der Spurmitte notwendigen Querbeschleunigung, ermöglicht eine betragsmäßige Erhöhung des Bereichs der Fahrerrückmeldung und somit der oberen Schranke und der unteren Schranke für den Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, einerseits eine erhöhte maximale Fahrerrückmeldung, andererseits auch ein erhöhtes Potential für die Fahrerassistenzfunktion. Insbesondere für den Fall begrenzter Steueraktivität des Fahrers kann so auch eine höhere Robustheit der Fahrassistenzfunktion erzielt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich der Ruck des Fahrzeuges relativ zur Spurmitte berücksichtigt, um den Bereich für die Fahrerrückmeldung und somit die obere und die untere Schranke des zulässigen Bereichs anzupassen. Dieser seitliche Relativruck kann beispielsweise aus der Krümmungsänderung der Fahrbahn und der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie einem statischen Einspurmodell und der Geschwindigkeit bestimmt werden. Alternativ kann eine numerische Differenzierung der Beschleunigung vorgenommen werden. Besteht ein Unterschied zwischen dem aktuell gefahrenen Ruck und dem für das Verfolgen der Spurmitte notwendigen Ruck, ermöglicht eine betragsmäßige Erhöhung des zulässigen Bereichs und somit der Fahrerrückmeldung einerseits eine erhöhte Fahrerrückmeldung, andererseits auch ein erhöhtes Potential für die Fahrerassistenzfunktion. Insbesondere für den Fall begrenzter Steueraktivität des Fahrers entsteht so auch eine höhere Robustheit der Fahrassistenzfunktion.
In einer weiteren Ausführungsform wird alternativ oder zusätzlich die Beteiligung des Fahrers zur Bewältigung der Fahraufgabe berücksichtigt, um den zulässigen Bereichs anzupassen. Insbesondere kann in einem Fall begrenzter Steueraktivität des Fahrers ein Wechsel in einen gesonderten Modus der Fahrassistenzfunktion vorgenommen werden. In diesem Modus erfolgt die Vorgabe der Werte für die obere und untere Schranke des zulässigen Bereichs für den Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann) unabhängig vom aktuellen Fahrzeugzustand, also insbesondere unabhängig von einer aktuellen Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck des Fahrzeugs relativ zu einer Spurmitte und kann insbesondere frei vorgegeben werden.
Ein Rückübergang aus dem gesonderten Modus in einen Normalbetrieb der Fahrassistenzfunktion kann beispielsweise durchgeführt werden, sobald eine erhöhte Steueraktivität des Fahrers vorliegt. Für die Übergänge wird bevorzugt jeweils ein einstellbares Zeitfenster und eine Aktivierungsschwelle eingesetzt, um die Robustheit gegenüber Sensorrauschen und Straßenunebenheiten zu erhöhen. Die Steueraktivität des Fahrers kann beispielsweise durch das gemessene Drehstabmoment der EPS eingeschätzt werden.
Um auch in Kurvenfahrten eine konsistente Fahrerrückmeldung zu ermöglichen, können nach einer möglichen Ausführung der Erfindung die Schranken des zulässigen Bereichs zusätzlich durch eine Störgrößenaufschaltung modifiziert werden.
Aus dem durch den Fahrzeugzustand gegebenen Bereich für die gewünschte Fahrerrückmeldung am Lenkrad kann der zulässige Bereich für den Lenkmomentenanteil der Assistenzfunktion bestimmt werden. In einer üblichen Wahl der Vorzeichen bestimmt jeweils die untere Schranke des Bereichs der Fahrerrückmeldung die obere Schranke des zulässigen Bereichs und umgekehrt. Darüber hinaus ist die Kompensation einer Störgröße in Form des Basislenkgefühls des Fahrzeugs vorteilhaft, wobei das Basislenkgefühl sich durch die feste Getriebekopplung sowie die Applikation der Lenkunterstützung der Fahrassistenzfunktion in Zusammenspiel mit der Zahnstangenkraft ergibt. In stationären Fahrsituationen, ist diese vor allem durch die Querbeschleunigung gegeben, weitere Einflüsse bestehen beispielsweise durch eine Querneigung der Fahrbahn.
Das Basislenkgefühl ist beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem hinterlegten Kennfeld oder auf Basis eines Rechenmodells bekannt. Generell ergibt sich die Fahrerrückmeldung am Lenkrad aus der Überlagerung des Lenkmomentanteils der Assistenzfunktion und dem Basislenkgefühl. Da für die subjektive Beurteilung der Fahrerrückmeldung das resultierende gesamte Lenkmoment ausschlaggebend ist, wird eine direkte Überlagerung der Lenkmomentanteile ohne weitere Maßnahmen von vielen Fahrern als inkonsistent empfunden. Es kann daher eine Korrektur des zulässigen Bereichs um das Basislenkgefühl in Form einer Störgrößenkompensation erfolgen, um den zusätzlichen Lenkmomentanteil hinsichtlich der gewünschten Fahrerrückmeldung auslegen zu können. Die Repräsentation des Basislenkgefühls kann in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Kennfeld hinterlegt sein, um die ebenfalls geschwindigkeitsabhängige Einstellung des elektrischen Lenksystems (EPS) zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Repräsentation des Basislenkgefühls nicht durch ein festes Kennfeld, sondern als während der Fahrt gelernte Schätzgröße vorgenommen. Das nichtlineare Basislenkgefühl kann dazu auf eine lineare Zwischenebene, beispielsweise die Zahnstangenkraft, transformiert und dort als Polynom erster Ordnung als Modell beschrieben werden. Die Parameter dieses Modells werden beispielsweise durch einen „recursive least squares“-Ansatz geschätzt, an der aktuellen Querbeschleunigung ausgewertet, in die nichtlineare Repräsentation zurücktransformiert und kommen dann zur Störgrößenkompensation innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für ein Fahrassistenzsystem eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Fahrassistenzverfahren zu initiieren, auszuführen, zu steuern und/oder zu regeln.
Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug als solches, wobei das Fahrassistenzsystem eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Fahrassistenzverfahren zu initiieren, auszuführen, zu steuern und/oder zu regeln, und/oder wobei das Fahrassistenzsystem eine erfindungsgemäß ausgestaltete Steuereinheit oder eine Wirkverbindung zu einer derartigen erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinheit aufweist.
Die Erfindung beruht auf der Idee, zusätzliche, fahrsituationsabhängige Beschränkungen des Lenkmomentanteils einer Fahrassistenzfunktion für die Querführung eines Fahrzeugs zu ermitteln, die sich innerhalb des beherrschbaren Bereichs bewegen. Über diese, auch als zulässiger Bereich bezeichneten Größen wird eine definierte Fahrerrückmeldung ermöglicht. Dieser zulässige Bereich wird hierfür einerseits in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustandes relativ zu einer durch die Fahrassistenzfunktion vorgegebenen Sollbahn, z.B. der Spurmitte, angepasst.
Durch Erfindung ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

Die von dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von der Fahrerassistenzfunktion einstellbaren Beschränkungen des Lenkmomentanteils ermöglichen eine weitgehende Trennung von Fahrerrückmeldung und Fahrerassistenzfunktion. Somit kann letztere vorrangig auf eine bestmögliche Bahnführung und Kompensation von Störungen und Streckenunsicherheiten ausgelegt werden, was Vorteile bezüglich Robustheit erschließt.

Das erfindungsgemäße Verfahren räumt der Fahrerassistenzfunktion ein der Fahrsituation angepasstes Potential ein, indem der zulässige Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, in Abhängigkeit des Fahrzeugzustandes angepasst werden. Im Falle einer größeren Störung, beispielsweise durch einen vorübergehenden Fahrereingriff, kann die Fahrerassistenzfunktion somit im Rahmen des beherrschbaren Lenkmomentbereichs das Fahrzeug wieder in den Sollzustand der Assistenzfunktion überführen.
Die Einstellmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen eine gezielte Anpassung der Fahrerrückmeldung insbesondere über die aktuelle, gefahrene Querbeschleunigung. Dies ermöglicht insbesondere die fahrsituationsabhängige Anpassung der Fahrerrückmeldung mit einer Vielzahl an Freiheitsgraden.
Die Störgrößenaufschaltung ermöglicht eine weitgehende Entkopplung der Fahrerrückmeldung von der Querbeschleunigung und anderen Lenkmomentanteilen. Somit kann eine konsistente Fahrerrückmeldung im assistierten, kooperativen Fahren erzeugt werden.
Figurenliste
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

1 a)-d) zeigen verschiedene Fahrsituationen bei denen ein Fahrzeug versetzt zu einer Spurmitte fährt sowie jeweils ein gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung vorgegebenen gewünschten Bereichs für die Fahrerrückmeldung.
2 zeigt ein Diagramm eines zulässigen Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann sowie eine sich daraus ergebende Fahrerrückmeldung, jeweils aufgetragen über die Querbeschleunigung, gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt ein Diagramm eines zulässigen Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann sowie eine sich daraus ergebende Fahrerrückmeldung, jeweils aufgetragen über die Querbeschleunigung, gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung.
4 zeigt ein Diagramm eines zulässigen Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann sowie eine sich daraus ergebende Fahrerrückmeldung, jeweils aufgetragen über die Querbeschleunigung, gemäß einer alternativen möglichen Ausführung der Erfindung.
5 zeigt einen möglichen Ablauf eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Zustandsautomat in Abhängigkeit der Fahreraktivität.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 a) zeigt ein Fahrzeug 10, dass sich in der Mitte einer Fahrspur 70 bewegt. Die Fahrspur weist eine rechte Begrenzungslinie 80 auf. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrassistenzsystem (nicht dargestellt) zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs 10. Für die Fahrassistenzfunktion ist ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben und durch eine obere Schranke und eine untere Schranke festgelegt. Dieser zulässige Bereich ist innerhalb eines beherrschbaren Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben.
Im vorliegenden Beispiel sind die obere Schranke 50 und die untere Schranke 40 abhängig von einer aktuellen Position des Fahrzeugs 10 relativ zu einer Spurmitte 60 angepasst. Dies ist in dem Diagramm unterhalb des Fahrzeuges dargestellt. Die x-Achse 30 stellt die aktuelle Position des Fahrzeugs 10 dar, gemessen z.B. in cm. Die Position mit dem Wert Null bezeichnet dabei die Spurmitte 60. Die y-Achse stellt ein Lenkmomentanteil dar, den die Fahrassistenzfunktion an der jeweiligen Position 30 auf die Lenkung des Fahrzeugs 10 ausüben kann, gemessen z.B. in Nm. Die Kurve 50 beschreibt die obere Schranke für diesen Lenkmomentanteil abhängig von der aktuellen Position des Fahrzeugs 10, die Kurve 40 beschreibt die untere Schranke für den Lenkmomentanteil abhängig von der aktuellen Position des Fahrzeugs 10. Zwischen den beiden Kurven 40 und 50 befindet sich demnach abhängig von der aktuellen Position des Fahrzeugs 10 relativ zur Spurmitte 60 der zulässige Bereich für den Lenkmomentanteil.
Die obere und untere Schranke stellen somit eine einstellbare Modifikation des zulässigen Bereichs in Abhängigkeit der Fahrzeugposition relativ zur Spurmitte dar. In diesem Beispiel erfolgt dies derart, dass die Fahrerrückmeldungüber einen steigenden Abstand 15 zur Spurmitte 60 ebenfalls betragsmäßig ansteigt. So sind die Beträge der oberen und unteren Schranke dann am geringsten, wenn sich das Fahrzeug 10 in der Spurmitte 60 befindet. Das bedeutet, dass die Fahrassistenzfunktion in dieser Position nur einen relativ kleinen Lenkmomentanteil ausüben kann und somit das vom Fahrer bei Aufrechterhaltung der seitlichen Position gespürte Gegenmoment relativ gering ist.
Weicht die Position des Fahrzeugs 10' von der Spurmitte ab, wie in 1a) durch die Fahrzeugposition 35 beispielshaft dargestellt ist, in der das Fahrzeug 10' in einem Abstand 15 zur Spurmitte versetzt positioniert ist, wird die Fahrerrückmeldung, also die jeweiligen Beträge 45, 55 der oberen Schranke 50 und der unteren Schranke 40 im Vergleich zu einem geringeren Abstand von der Spurmitte 60 erhöht. Die Beträge der oberen Schranke 50 und der unteren Schranke 40 steigen demnach mit dem Abstand des Fahrzeugs 10 zur Spurmitte 60.
Die Funktionen, die die obere bzw. untere Schranke 50, 40 für den zulässigen Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, in Abhängigkeit von der relativen Position 30 des Fahrzeugs 10 zur Spurmitte 60 angeben, können beispielsweise in Form von verschiedenen Stützpunkten 42, 52 für bestimmte zugeordnete Positionen 32 vorgegeben sein wobei für Zwischenpositionen die obere Schranke 50 und die untere Schranke 40 linear interpoliert werden. Alternativ kann beispielsweise ein Polynom als Modell vorgegeben werden. Andere Repräsentationen der Funktionen für die obere bzw. untere Schranke 50, 40 sind denkbar und dem Fachmann geläufig.
In einer alternativen Ausgestaltung, dargestellt in 1b) verlaufen die obere Schranke 50 und die untere Schranke 40 und demnach die Fahrerrückmeldung nach einem anfänglichen Anstieg bis zu einer Position 37 bzw. Position 38 wieder betragsmäßig fallend. So lässt sich die maximale Fahrerrückmeldung für sehr große Bahnabweichungen 15 beschränken.
In einer weiteren alternativen Ausführung, die in den 1 c) und 1 d) dargestellt ist, erfolgt die Anpassung der Fahrerrückmeldung über dem Abstand zur Spurmitte derart, dass die obere und untere Schranke 40, 50, entsprechend den maximalen Werten für die an der jeweiligen Position von der Fahrassistenzfunktion bereitgestellten maximalen Werten für den Lenkmomentanteil, jeweils dann bereitgestellt werden, wenn sich die äußeren Räder des Fahrzeugs auf der äußeren Markierung 80 der Fahrspur 70 befinden. Somit kann eine automatische Anpassung auf die Spurbreite derart erfolgen, dass der aktuelle seitlich verfügbare Platz berücksichtigt wird. Bei einem gegebenen Abstand 15 entsteht auf breiten Spuren wie beispielsweise einer Autobahn, siehe 1 c), weniger Fahrerrückmeldung als auf engeren Landstraßen, siehe 1 d). Die Bestimmung einer aktuellen Spurbreite der Fahrbahn kann hierbei beispielsweise mittels optischer Sensoren des Fahrzeugs, beispielsweise einer Frontkamera, erfolgen.
In 2 a) ist ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, gemäß dem Stand der Technik in einem Diagramm 210 abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs dargestellt. Der zulässige Bereich, definiert durch eine obere Schranke 250 und eine untere Schranke 240 entspricht dabei dem sogenannten beherrschbaren Bereich für Lenkmomentanteile, die eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, ohne dass die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs durch den Fahrer beeinträchtigt ist. Dieser beherrschbare Bereich ist fahrzeugabhängig und hängt möglicherweise von einem aktuellen Fahrzeugzustand wie der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Der beherrschbare Bereich ist durch eine obere Schranke 270 und eine untere Schranke 260 definiert.
Gemäß dem Stand der Technik ist der zulässige Bereich also unabhängig von einer aktuellen Querbeschleunigung.
In 2 b) ist die sich aus dem zulässigen Bereich gemäß 2 a) ergebende Fahrerrückmeldung, also das Moment, das der Fahrer am Lenkrad spürt, als Diagramm 215 dargestellt. Die Kurve 220 zeigt dabei das sogenannte Basislenkgefühl, also das Moment, das der Fahrer abhängig von der aktuellen Querbeschleunigung spürt, ohne dass die Fahrassistenzfunktion einen zusätzlichen Lenkmomentanteil aufbringt. Durch die lineare Überlagerung des Lenkmomentanteils der Fahrassistenzfunktion mit dem Basislenkgefühl 220 besteht insbesondere im Falle einer Überstimmung durch den Fahrer bei einer Kurvenfahrt in Richtung des kurveninnen eine sehr hohe und als inkonsistent empfundene Fahrerrückmeldung. Dies entspricht der Kurve 255 im ersten Quadranten I des Diagramms 215 und der Kurve 245 im dritten Quadranten III des Diagramms 215. Dieser Effekt kommt dadurch zustande, dass die Fahrassistenzfunktion die durch den Fahrer aufgeprägte Abweichung zur Spurmitte auszuregeln versucht, und somit einen Lenkmomentanteil mit dem gleichen Vorzeichen des Basislenkgefühls erzeugt.
In 3 a) ist ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung in einem Diagramm 310 abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs dargestellt. Der zulässige Bereich, definiert durch eine obere Schranke 350 und eine untere Schranke 340 ist hierbei innerhalb des beherrschbaren Bereichs für Lenkmomentanteile, die eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, ohne dass die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs durch den Fahrer beeinträchtigt ist, ausgebildet.
In dem gezeigten Beispiel werden die Schranken des zulässigen Bereichs in Abhängigkeit der aktuellen Querbeschleunigung auf einstellbare Weise angepasst. Insbesondere bestehen separate Einstellmöglichkeiten für die folgenden beiden Fahrsituationen bei einer Kurvenfahrt:

• Der Fahrer überstimmt die Fahrassistenzfunktion in Richtung der Kurveninnenseite. Für diesen Fall zielt die Adaption auf diejenige Schranke des zulässigen Bereichs, die den Lenkmomentanteil in Richtung des Kurvenäußeren begrenzt.
• Der Fahrer überstimmt die Assistenzfunktion in Richtung der Kurvenaußenseite. Für diesen Fall zielt die Adaption auf diejenige Schranke des zulässigen Bereichs, die den Lenkmomentanteil in Richtung des Kurveninneren begrenzt.

In 3 b) ist beispielhaft der zweite dieser Sachverhalte durch die sich aus dem zulässigen Bereich gemäß 3 a) ergebende Fahrerrückmeldung als Diagramm 315 dargestellt. Die Kurve 220 zeigt dabei wiederum das Basislenkgefühl, also das Moment, das der Fahrer abhängig von der aktuellen Querbeschleunigung spürt, ohne dass die Fahrassistenzfunktion einen zusätzlichen Lenkmomentanteil aufbringt. Durch die lineare Überlagerung des Lenkmomentanteils der Fahrassistenzfunktion mit dem Basislenkgefühl 220 besteht im Falle einer Überstimmung durch den Fahrer bei einer Kurvenfahrt in Richtung des kurvenaußen eine geringere Fahrerrückmeldung. Dies entspricht der Kurve 345 im ersten Quadranten I des Diagramms 315 bzw. der Kurve 355 im dritten Quadranten III des Diagramms 315.
Die gesonderten Einstellmöglichkeiten ermöglichen somit eine frei modifizierbare Fahrerrückmeldung in Abhängigkeit der Fahrsituation. Die Anpassung des zulässigen Bereichs ermöglicht in dieser möglichen Ausführung noch keine direkte Beeinflussung der Fahrerrückmeldung, da die Überlagerung mit dem Basislenkgefühl nicht kompensiert wird.
In 4 a) ist ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, gemäß einer alternativen möglichen Ausführung der Erfindung in einem Diagramm 410 abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs dargestellt. Der zulässige Bereich, definiert durch eine obere Schranke 450 und eine untere Schranke 440 ist hierbei wieder innerhalb des beherrschbaren Bereichs für Lenkmomentanteile, die eine Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung eines Fahrzeugs ausüben kann, ohne dass die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs durch den Fahrer beeinträchtigt ist, ausgebildet. 4 b) zeigt die resultierenden Grenzen 455, 445 für die Fahrerrückmeldung am Lenkrad abhängig von der aktuellen Querbeschleunigung und das Basislenkgefühl 220.
In der Ausführung gemäß 4 erfolgt eine Korrektur des zulässigen Bereichs durch eine Störgrößenaufschaltung. Generell ergibt sich die Fahrerrückmeldung am Lenkrad aus der Überlagerung des Lenkmomentanteils der Fahrassistenzfunktion und dem Basislenkgefühl. Da für die subjektive Beurteilung der Fahrerrückmeldung das resultierende gesamte Lenkmoment ausschlaggebend ist, wird eine direkte Überlagerung der Lenkmomentanteile ohne weitere Maßnahmen als inkonsistent empfunden. Es wird daher in diesem Beispiel eine Korrektur des zulässigen Bereichs um das Basislenkgefühl 220 mittels des zusätzlichen Lenkmomentanteils hinsichtlich des Fahrzeugzustandes gewünschten Fahrerrückmeldung ausgelegt. 4 b) stellt die Auswirkung dieser Korrektur dar, die nun eine direkte Beeinflussung der Fahrerrückmeldung ermöglicht und insbesondere auch die überaus starke Fahrerrückmeldung bei Überstimmung der Assistenzfunktion durch den Fahrer in Richtung des kurveninnen vermindert. Dies entspricht der Kurve 445 im ersten Quadranten I des Diagramms 415 bzw. der Kurve 455 im dritten Quadranten III des Diagramms 415.
Die Repräsentation des Basislenkgefühls 220 kann dazu in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Kennfeld hinterlegt sein.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem für den Fall einer begrenzten Lenkaktivität des Fahrers ein Wechsel in einen gesonderten Modus vorgenommen wird. In diesem Modus erfolgt die Vorgabe des zulässigen Bereichs unabhängig vom Fahrzeugzustand. Die Ausführung ist als Zustandsautomat 500 in Abhängigkeit der Fahreraktivität dargestellt. In einem Zustand 510 in dem der Fahrer eine messbare Lenkaktivität ausübt, wird die Fahrerinteraktion durch einen zulässigen Bereich TBTlim für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, der von dem aktuellen Fahrzeugzustand, also beispielsweise der aktuellen Fahrzeugposition relativ zu einerSpurmitte und/oder der aktuellen Quergeschwindigkeit und/oder der aktuellen Querbeschleunigung des Fahrzeugs abhängt, wie beispielshaft im Zusammenhang mit den 1, 3 und 4 beschrieben wurde und hier beispielshaft durch die Funktion TBTlim = f(e_y) beschrieben ist. Wird gemäß der Überprüfung der Überprüfung 540 festgestellt, dass das Lenkmoment |TBT|, das der Fahrer ausübt für eine bestimmte Zeitspanne kleiner als ein definierter Schwellenwert Thd ist, geht das System in den Zustand 530 über. Im Zustand 530 wird der zulässigen Bereich TBTlim nicht hinsichtlich der Fahrerrückmeldung, sondern zur Sicherstellung der Bahnführungsaufgabe vorgegeben , TBTlim = f(e_δ). Wenn das Lenkmoment |TBT|, das der Fahrer ausübt für eine bestimmte Zeitspanne wieder größer als der definierte Schwellenwert Thd ist, geht das System in den Zustand 520 über, in dem der zulässige Bereich TBTlim für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, wieder von dem aktuellen Fahrzeugzustand abhängt. Nach einer bestimmten Zeitspanne kehrt das System in seinen Ausgangszustand 510 zurück. Die Funktionen nach denen der zulässige Bereich TBTlim für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann von einem aktuellen Fahrzeugzustand abhängt kann sich für die Zustände 520 und 510 unterscheiden oder gleich sein.
Ein Rückübergang aus dem gesonderten Zustand 530 wird durchgeführt, sobald eine erhöhte Steueraktivität des Fahrers vorliegt. Für die Übergänge wird insbesondere jeweils ein einstellbares Zeitfenster und eine Aktivierungsschwelle eingesetzt, um die Robustheit gegenüber Sensorrauschen und Straßenunebenheiten zu erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005004727 A1 [0002]
DE 10137292 A1 [0003]
DE 102006060628 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Fahrassistenzfunktion zur Unterstützung einer Querführung eines Fahrzeugs (10), wobei ein zulässiger Bereich für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs (10) ausüben kann, vorgegeben ist, wobei der zulässige Bereich innerhalb eines beherrschbaren Bereichs für einen Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs ausüben kann, vorgegeben ist und wobei der zulässige Bereich durch eine obere Schranke (50, 350, 450) und eine untere Schranke (40, 240, 440) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schranke (50) und die untere Schranke (40) abhängig von einem aktuellen Fahrzeugzustand angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand eine aktuelle Position (15) des Fahrzeugs relativ zu einer Spurmitte (60) der Fahrbahn umfasst, wobei die jeweiligen Beträge der oberen Schranke (50, 350, 450) und der unteren Schranke (40, 240, 440) mit einem zunehmenden Abstand des Fahrzeugs zu einer Spurmitte der Fahrbahn größer eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand eine aktuelle Position des Fahrzeugs relativ zu einer Spurmitte der Fahrbahn umfasst, wobei die jeweiligen Beträge der oberen Schranke (50, 350, 450) und der unteren Schranke (40, 240, 440) mit einem zunehmenden Abstand des Fahrzeugs zu einer Spurmitte (60) der Fahrbahn zunächst ansteigen und ab einem bestimmten Abstand (37, 38) des Fahrzeugs zur Spurmitte (60) der Fahrbahn wieder abfallen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen Beträge für die obere Schranke (50, 350, 450) und die untere Schranke (40, 240, 440) jeweils dann bereitgestellt werden, wenn sich die äußeren Räder des Fahrzeugs (10) auf einer äußeren Markierung (80) der Fahrspur (70) befinden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) relativ zu einer Spurmitte (60) der Fahrbahn, insbesondere eine aktuelle Geschwindigkeit in Querrichtung, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand eine aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs (10), insbesondere eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand einen aktuellen Ruck des Fahrzeugs (10), insbesondere in Querrichtung, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Fahrzeugzustand eine Steueraktivität eines Fahrers des Fahrzeugs (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenkaktivität des Fahrers des Fahrzeugs (10) erfasst wird und abhängig von der erfassten Lenkaktivität des Fahrers ein gesonderter Modus (530, 520, 510) der Fahrassistenzfunktion aktiviert wird, wobei in dem gesonderten Modus (530, 520, 510) bestimmte, Werte für die obere Schranke (50, 350, 450) und untere Schranke des zulässigen Bereichs für den Lenkmomentanteil, den die Fahrassistenzfunktion auf die Lenkung des Fahrzeugs (10) ausüben kann, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, vorgegeben werden, insbesondere unabhängig von einer aktuelle Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck des Fahrzeugs (10) wenn eine geringe Lenkaktivität erfasst wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Bereich für den Lenkmomentanteil der Fahrassistenzfunktion durch Aufschaltung einer Störgröße in Form des Basislenkgefühls (220) des Fahrzeugs (10) festgelegt wird, wobei das Basislenkgefühl (220) aus einem hinterlegten Kennfeld oder auf Basis eines Rechenmodells bekannt ist, insbesondere in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10).
Steuereinheit für ein Fahrassistenzsystem, die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug (10) mit einer Steuereinheit nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn es auf einer Steuereinheit für ein Fahrassistenzsystem zum zumindest teilautomatisierten Steuern einer Querführung eines Fahrzeugs (10) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.