DE102022200321B3

DE102022200321B3 - Verfahren und Assistenzsystem zum Unterstützen einer Fahrzeugquerführung ohne Hinterradbremseingriffe und Kraftahrzeug

Info

Publication number: DE102022200321B3
Application number: DE102022200321.7A
Authority: DE
Inventors: Hauke Christian Schlimme; Stephan Gierke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2042-01-14
Also published as: WO2023135002A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (15) und ein Assistenzsystem (6) für ein Kraftfahrzeug (1) zur Unterstützung einer Querführung ohne automatisierte Bremseingriffe an einem Fahrzeughinterrad (3). Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes Kraftfahrzeug (1). In dem Verfahren wird ein Sollpfad (2) bestimmt, entlang dessen das Kraftfahrzeug (1) zumindest assistiert geführt werden soll. Weiter wird eine Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) relativ zu dem Sollpfad (2) auf eine Abweichung (11) hin überwacht. Auf ein Erkennen einer solchen Abweichung (1) in wird ein Solllängsschlupf für ein Vorderrad (4, 5) des Kraftfahrzeugs (1) automatisch reduziert. Zum Erreichen des reduzierten Sollängsschlupfes wird eine Eingriffsstärke eines Bremssystems des Kraftfahrzeugs (1) an dem jeweiligen Vorderrad (4, 5) reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zur Querführung des Kraftfahrzeugs oder zum Unterstützen einer solchen Querführung. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug.
Für ein sicheres Führen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere durch eine Kurve, muss ein Ausbrechen des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Dazu müssen beim Durchfahren einer Kurve die Reifen des Kraftfahrzeugs Querkräfte aufbauen, um das Kraftfahrzeug auf einer entsprechend gebogenen Trajektorie zu halten. Wird das Kraftfahrzeug dabei abgebremst, müssen die Reifen auch Längskräfte übertragen. Eine von einem Reifen übertragbare Kraft ist jedoch begrenzt, sodass die zusätzliche Längskraft zu einer Verringerung der an dem Reifen maximal übertragbaren Querkraft führt. Dies kann gegebenenfalls zu einem Ausbrechen des Kraftfahrzeugs führen, wobei sich ein Bahnradius der gefahrenen Trajektorie vergrößern und das Kraftfahrzeug untersteuern kann.
Als ein bekannter Ansatz kann ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) ein ungestörtes Fahrverhalten basierend auf einer zu geringen Gierrate erkennen und über Bremseingriffe an den Rädern des jeweiligen Kraftfahrzeugs ausgleichen. Dazu wird im Allgemeinen ein Bremsmoment an einem kurveninneren Hinterrad aufgebaut, was wiederum ein agilisierendes Drehmoment um die Fahrzeughochachse erzeugen und dadurch dem Untersteuern entgegenwirken kann. Es kann jedoch nicht immer anhand der Gierrate sicher erkannt werden, ob ein unbeabsichtigtes Verlassen einer Solltrajektorie oder beispielsweise eines befahrenen Fahrstreifens droht. Zudem ist ein Bremseingriff an einem Hinterrad nicht immer möglich, beispielsweise in einem Fehler- oder Beschädigungsfall oder dergleichen.
Als weiteren Ansatz beschreibt die DE 44 18 772 C1 ein Verfahren zur Regelung des Bremsdrucks in Abhängigkeit von einer Abweichung eines Istschlupf von Rädern zu einem Sollschlupf. Dabei wird der Istschlupf aus Drehzahlen von Rädern eines jeweiligen Fahrzeugs und der daraus ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Aus der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und den Drehzahlen der Räder wird ein Schlupfsollwert ermittelt. Dabei ist es vorgesehen, dass der Schlupfsoll aus den Raddrehzahlen so ermittelt wird, dass die bei Schlupfsoll gegebenen Seitenführungskräfte ein stabiles Fahrverhalten sicherstellen.
Als weiteren Ansatz beschreibt die DE 196 09 869 B4 ein Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug. Darin wird ein geschätzter Bremshydraulikdruck, von dem angenommen wird, dass er tatsächlich aktuell in einem Bremssystem des Kraftfahrzeugs vorliegt, mittels eines Modells für eine Strömungsgeschwindigkeit und der Veränderung einer Brems-Steifigkeit in Abhängigkeit von der Quantität eines Bremsfluids berechnet. Weiter wird eine Stellgröße eines in einer Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck enthaltenen Stellgliedes aus dem berechneten geschätzten Bremshydraulikdruck und einem Soll-Bremshydraulikdruck mittels eines Umkehrmodells für den hydraulischen Druck berechnet. Damit soll ein Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, welches in der Lage ist, eine Bremsregelung durchzuführen, die mit dem aktuellen Bewegungs-Zustand oder dem aktuellen Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs übereinstimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheit und Spurtreue einer zumindest assistierten Querführung eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren offenbart.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient, kann also angewendet werden zum Steuern eines Kraftfahrzeugs zur Ausführung oder Unterstützung einer Querführung des Kraftfahrzeugs in einer Fahrsituation ohne automatisierte Bremseingriffsmöglichkeit an einem Hinterrad des Kraftfahrzeugs. In einer solchen Fahrsituation kann also insbesondere keines der Hinterräder des Kraftfahrzeugs automatisiert bremsbar sein. Dann kann also ein eingangs erläuterter typischer Bremseingriff eines ESP-Assistenzsystems nicht ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere für oder in Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs, wenn das Kraftfahrzeug also in Vorwärtsfahrtrichtung eine Kurve durchfährt, angewendet werden. Das Kraftfahrzeug weist ein Querführungsassistenzsystem zur zumindest assistierten Querführung des Kraftfahrzeugs und eine automatische Rad- oder Reifenschlupfregelung auf. Eine solche Reifenschlupfregelung kann beispielsweise als Teil des ESP-Assistenzsystem des Kraftfahrzeugs, aber ebenso separat davon, beispielsweise in einem anderen Assistenzsystem oder Steuergerät oder dergleichen, implementiert sein. Dass das Querführungsassistenzsystem zur zumindest assistierten Querführung des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, kann hier insbesondere bedeuten, dass dieses wenigstens den Anforderungen gemäß SAE J3016 Level 1 oder höher entspricht bzw. genügt.
In einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Sollpfad bestimmt, entlang dessen das Kraftfahrzeug geführt werden soll. Ein solcher Sollpfad kann beispielsweise durch das Querführungsassistenzsystem im Rahmen einer Bahn- oder Trajektorienplanung für das Kraftfahrzeug bestimmt werden. Das Bestimmen des Sollpfades kann hier aber ebenso ein Erfassen oder Abrufen eines bereits bestimmten Sollpfades, beispielsweise über eine entsprechende Datenschnittstelle, bedeuten oder umfassen. Dies kann beispielsweise durch ein Assistenzsystem durchgeführt werden, das zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Ein solches Assistenzsystem kann dem Querführungssystem entsprechen, dieses umfassen oder Teil des Querführungssystems sein oder ein separates Assistenzsystem des jeweiligen Kraftfahrzeugs sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zu dem Sollpfad auf eine Abweichung von dem Sollpfad hin überwacht. Dabei kann es sich um eine aktuelle oder auch eine vorhergesagte Bewegung und dementsprechend um eine aktuell bereits bestehende oder eine drohende oder eine voraussichtlich auftretende zukünftige Abweichung handeln.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf ein Erkennen einer solchen Abweichung des Kraftfahrzeugs, also einer Trajektorie oder eines Bewegungs- oder Istpfads des Kraftfahrzeugs von dem Sollpfad hin ein Solllängsschlupf für wenigstens ein Vorderrad des Kraftfahrzeugs reduziert. Wie bereits angedeutet kann dabei eine tatsächliche, also bereits gegebene, oder eine voraussichtlich bevorstehende Abweichung erkannt werden. Die Abweichung kann beispielsweise durch Berechnen einer entsprechenden Abweichungsgröße, also beispielsweise eines räumlichen Abstands, oder anhand einer entsprechenden bzw. korrespondierenden Größe aus der Querführung erkannt werden. Ebenso kann ein Abweichungsschwellenwert vorgegeben sein, der eine zulässige Abweichung von dem Sollpfad angibt. Es kann dann vorgesehen sein, dass der Solllängsschlupf für das wenigstens eine Vorderrad oder die Vorderräder des Kraftfahrzeugs erst bei - tatsächlichem oder voraussichtlichem - Erreichen oder Überschreiten des Abweichungsschwellenwerts reduziert wird. Dadurch können beispielsweise Messfehler oder Vorhersageunsicherheiten berücksichtigt und eine überaktive automatisierte Steuerung oder Regelung des Kraftfahrzeugs, die zu einem unruhigen Fahrverhalten führen könnte, vermieden werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Erreichen oder Einstellen des reduzierten Sollängsschlupfes eine Eingriffsstärke eines Bremssystems an dem wenigstens einen Vorderrad reduziert. Eine solche Reduzierung der Stärke eines automatisierten Bremseingriffs kann insbesondere nur an dem jeweiligen Vorderrad oder nur an mehreren oder allen Vorderrädern des Kraftfahrzeugs, also nicht an einem oder mehreren Hinterräder des Kraftfahrzeugs erfolgen. Durch das Reduzieren der Eingriffsstärken des Bremssystems an dem wenigstens einen Vorderrad kann dort ein entsprechend größeres Querkraftpotenzial, also die Möglichkeit zur Übertragung entsprechend größerer Seitenführungskräfte, ohne oder mit geringerem Überschreiten der Kraftschlussgrenze des jeweiligen Vorderrads bzw. des Reifens dieses Vorderrad, zur Verfügung stehen. Dies ist der Fall, da mit zunehmendem Reifenlängsschlupf das Querkraftpotenzial sinkt, da die von dem Vorderrad, also dem entsprechenden Reifen übertragbare Gesamtkraft begrenzt ist und als gemeinsame Größe oder Summengröße sowohl für die Übertragung von Längskräften als auch die Übertragung von Seitenführungs- oder Querkräften gegeben ist. Durch das Reduzieren der Eingriffsstärken des Bremssystems an dem wenigstens einen Vorderrad können somit die von diesem Vorderrad zu übertragenden Längskräfte reduziert werden, was wiederum eine Übertragung größerer Seitenführungs- oder Querkräfte und damit ein Halten oder Führen des Kraftfahrzeugs auf dem Sollpfad oder ein Zurückführen des Kraftfahrzeugs auf den Sollpfad ermöglichen kann.
Damit ermöglicht die vorliegende Erfindung also eine besonders sichere und spurtreue Querführung des Kraftfahrzeugs entlang des jeweiligen Sollpfades, ohne dass dazu ein Bremseingriff an einem Hinterrad des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird oder werden müsste. Das Reduzieren der Eingriffsstärke des Bremssystems, also ein schwächeres Bremsen des Kraftfahrzeugs, insbesondere beim Durchfahren einer Kurve und einem gegebenen oder drohenden Ausbrechen oder Untersteuern des Kraftfahrzeugs mag zunächst kontraintuitiv erscheinen, da durch ein Abbremsen des Kraftfahrzeugs prinzipiell Fliehkräfte reduziert werden könnten, die das Kraftfahrzeug aus der jeweiligen Kurve heraus zu tragen drohen. Aufgrund der erläuterten Zusammenhänge bezüglich der begrenzten maximal über die Räder bzw. Reifen des Kraftfahrzeugs übertragbaren Kräfte stellt das hier beschriebene erfindungsgemäße Vorgehen jedoch eine effektive Möglichkeit zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs dar.
Anstatt Informationen über die Abweichung zu dem jeweiligen Sollpfad zu nutzen, könnte ebenso wie bei einem herkömmlichen ESP eine Abweichung in der Gierrate betrachtet werden. Dabei könnte über ein entsprechendes Modell oder eine entsprechende Kennlinie aus Fahrereingaben, also Bedienhandlungen eines Fahrers des Kraftfahrzeugs, eine Sollgierrate berechnet und mit einer Istgierrate des Kraftfahrzeugs verglichen werden. Wenn die Sollgierrate kleiner als die Istgierrate ist, könnte dann ein Untersteuern des Kraftfahrzeugs angenommen werden. Die Betrachtung der Gierrate allein ermöglicht jedoch keine sichere Aussage über eine tatsächliche Position des Kraftfahrzeugs bezüglich des Sollpfades, beispielsweise innerhalb eines jeweiligen Fahrstreifens oder dergleichen. So kann es zwar nach der Bewertung der Gierrate ein Untersteuern geben, das jedoch nicht notwendigerweise zu einer ungewollten Fahrzeugbewegung führt.
Demgegenüber ermöglicht die vorliegende Erfindung durch die Betrachtung des Sollpfades und der Abweichung zu dem Sollpfad eine zuverlässigere, genauere und für den Fahrer des jeweiligen Kraftfahrzeugs verbessert erwartungsgemäße Querführung des Kraftfahrzeugs. Es hat sich gezeigt, dass durch die vorliegende Erfindung das Kraftfahrzeug insbesondere beim Bremsen in einer Kurve nahe am Sollpfad gehalten und somit ein potenziell gefährliches Verlassen des Sollpfades oder beispielsweise eines jeweiligen Fahrstreifens verhindert werden kann. Insgesamt kann durch die vorliegende Erfindung ein gegenüber Kraftfahrzeugen mit herkömmlichen Stabilisierungs- oder Querführungsassistenzsystemen verbessertes Fahrverhalten, insbesondere in Streckenabschnitten mit relativ niedrigen Fahrbahnreibwerten erreicht werden. Dies kann dabei insbesondere auch in Situationen mit eingeschränkter oder kompromittierter Hinterradbremsmöglichkeit erreicht werden.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Solllängsschlupf in Abhängigkeit von einer Größe der erkannten Abweichung reduziert, also angepasst. Mit anderen Worten wird also abhängig von der Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zu dem jeweiligen Sollpfad der Solllängsschlupf mehr oder weniger stark reduziert. Dabei wird der Solllängsschlupf umso stärker reduziert, je größer die erkannte Abweichung von dem Sollpfad ist. Dadurch können bei relativ kleinen Abweichungen letztlich unnötig starke Eingriffe vermieden und bei größeren Abweichungen dennoch ein sicheres Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Insbesondere kann durch eine entsprechend kontinuierliche oder abgestufte Reduzierung des Solllängsschlupfes eine zu große sprunghafte Verhaltensänderung des Kraftfahrzeugs vermieden werden, was wiederum entsprechende Irritationen oder einen Überraschungseffekt für den Fahrer des Kraftfahrzeugs reduzieren oder vermeiden kann. Insgesamt kann somit die Sicherheit des Kraftfahrzeugs bzw. der zumindest assistierten Querführung des Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Reduzieren des Solllängsschlupfes eine entsprechende Sollgröße der Reifenschlupfregelung mit einem der jeweiligen Reduzierung entsprechenden Skalierungsfaktor multipliziert. Ein solcher Skalierungsfaktor kann insbesondere zwischen 0 und 1 liegen. Die jeweilige Größe des Skalierungsfaktor kann beispielsweise abhängig von der jeweils gegebenen oder erkannten Abweichung automatisch festgelegt oder ausgewählt werden und/oder vorgegeben sein. Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine besonders einfache und flexible Realisierung bzw. Implementierung der vorliegenden Erfindung, da beispielsweise eine Berechnung der entsprechenden Sollgröße nicht komplett überarbeitet oder neugestaltet werden muss. Zudem kann durch die hier vorgeschlagene einfache Multiplikation mit dem jeweiligen Skalierungsfaktor das erfindungsgemäße Verfahren mit besonders geringem Rechenaufwand und damit besonders schnell bzw. in Echtzeit während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs angewendet werden. Ein solcher entsprechend geringerer Berechnungsaufwand kann letztlich ein besonders frühes Eingreifen ermöglichen und dadurch zur weiter verbesserten Sicherheit des Kraftfahrzeugs bzw. der Querführung des Kraftfahrzeugs beitragen.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der jeweils zu verwendende Skalierungsfaktor anhand einer vorgegebenen Kennlinie oder anhand eines vorgegebenen Kennfeldes ermittelt. Dadurch kann beispielsweise einer gegebenen Abweichung ein bestimmter Skalierungsfaktor zugeordnet werden. Ebenso können in einem entsprechenden Kennfeld eine oder mehrere weitere Größen oder Parameter einfließen. Das Kennfeld kann also entsprechend multidimensional sein. So können als weitere Parameter oder Dimensionen des Kennfeldes beispielsweise Fahrzeugdaten des Kraftfahrzeugs, wie etwa eine Beladung, eine Bereifung, ein Reifendruck, eine Geschwindigkeit, ein Lenkwinkel und/oder dergleichen, und/oder Umgebungsdaten, wie etwa eine Umgebungs- oder Außentemperatur, Witterungsbedingungen, eine Fahrbahnart oder -beschaffenheit und/oder dergleichen, verwendet werden bzw. vorgegeben sein. Durch eine solche Kennlinie oder ein solches Kennfeld kann eine besonders einfache, zuverlässige, vorhersagbare und schnelle Ermittlung oder Bestimmung des jeweils zu verwendenden Skalierungsfaktor ermöglicht werden. Dies kann eine besonders einfache, aufwandsarme, zuverlässige und für den Fahrer des Kraftfahrzeugs vorhersehbare Ausführung oder Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.
Statt der Nutzung einer Kennlinie oder eines Kennfeldes, um aus einer jeweiligen Abweichung den wenigstens einen Skalierungsfaktor zu berechnen oder zu bestimmen, kann ebenso ein vorgegebenes Fahrzeug- oder Reifenmodell oder eine Kombination daraus genutzt werden. Damit kann beispielsweise der Skalierungsfaktor durch eine Optimierung der Kraftübertragung, also durch Auslösen eines entsprechenden Optimierungsproblems, berechnet oder bestimmt werden. Solche Modelle benötigen jedoch eine ausreichend genaue Parametrisierung und Robustheit gegenüber abweichenden Parameterwerten. Demgegenüber können entsprechende Ungenauigkeiten oder Fehlmodellierungen durch die vorgeschlagene Verwendung einer vorgegebenen Kennlinie oder eines vorgegebenen Kennfeldes zum Ermitteln des jeweiligen Skalierungsfaktor vermieden werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Solllängsschlupf radindividuell für die Vorderräder des Kraftfahrzeugs reduziert. Mit anderen Worten können also die an anderer Stelle genannten Skalierungsfaktoren für die entsprechenden Sollgrößen der Reifenschlupfregelung für beide bzw. alle Vorderräder des Kraftfahrzeugs individuell ermittelt werden und dementsprechend unterschiedlich sein. Insbesondere kann also der Solllängsschlupf für ein jeweils kurveninneres Vorderrad auf andere Weise oder in anderem Maße reduziert werden als der Solllängsschlupf für ein jeweiliges kurvenäußeres Vorderrad des Kraftfahrzeugs. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass an verschiedenen Vorderrädern des Kraftfahrzeugs, insbesondere beim Durchfahren einer Kurve, typischerweise unterschiedliche Belastungen bzw. Kräfte auftreten. Durch die radindividuelle Bestimmung bzw. Reduzierung des Solllängsschlupfes kann letztlich eine weiter verbesserte Sicherheit der zumindest assistierten Querführung des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Zur Umsetzung können beispielsweise unterschiedliche Kennlinien oder Kennfelder für ein jeweils kurveninneres und ein kurvenäußeres Vorderrad des Kraftfahrzeugs vorgegeben sein.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der Solllängsschlupf bzw. der entsprechende Skalierungsfaktor für die Sollgröße der Reifenschlupfregelung für das jeweils kurvenäußeres Vorderrad des Kraftfahrzeugs früher, schneller und/oder stärker reduziert als der Solllängsschlupf bzw. der entsprechende Skalierungsfaktor für das jeweils kurveninnere Vorderrad des Kraftfahrzeugs. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Bremsmoment am kurvenäußeren Vorderrad ein stabilisierendes Giermoment erzeugt und ein solches stabilisierendes Giermoment ein Untersteuern bzw. ein untersteuerndes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs verstärken kann. Durch die frühere, schnellere und/oder stärkere Reduzierung des Solllängsschlupfes bzw. des entsprechenden Skalierungsfaktors an dem kurvenäußeren Vorderrad kann also letztlich das dortige Bremsmoment entsprechend früher, schneller und/oder stärker reduziert werden. Dadurch kann eine bremsmomentbedingte Verstärkung des Untersteuerns des Kraftfahrzeugs vermieden oder reduziert werden. Dadurch kann letztlich das Kraftfahrzeug näher, zuverlässiger und sicherer auf oder an dem jeweiligen Sollpfad geführt werden. Für das Reduzieren des Solllängsschlupfes der Vorderräder kann eine entsprechende Vorgabe gegeben sein oder befolgt werden. So können beispielsweise für das kurvenäußere Vorderrad und das kurveninnere Vorderrad unterschiedliche Abweichungsschwellenwerte vorgegeben sein, ab denen der jeweilige Solllängsschlupf reduziert wird. Der Solllängsschlupf für das kurvenäußeres Vorderrad und das kurveninneres Vorderrad kann dann bei oder ab Erreichen des jeweiligen Abweichungsschwellenwerts auf gleiche Weise, also beispielsweise gemäß der gleichen vorgegebenen Reduzierungsfunktion, reduziert werden. Ebenso können für das kurvenäußeres Vorderrad und das kurveninneres Vorderrad unterschiedliche solche Reduzierungsfunktionen vorgegeben sein. Eine solche Reduzierungsfunktion kann dabei einen Verlauf angeben oder definieren, gemäß welchem die jeweilige Reduzierung stattfinden soll, beispielsweise in Abhängigkeit von der Abweichung, der Zeit, der zurückgelegten Wegstrecke und/oder dergleichen mehr.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine zukünftige Bewegung des Kraftfahrzeugs ausgehend vom jeweils aktuellen Zeitpunkt bzw. einer jeweils aktuellen Position des Kraftfahrzeugs vorhergesagt. Eine solche zukünftige Bewegung kann beispielsweise anhand einer bisherigen Bewegung bis zu dem jeweils aktuellen Zeitpunkt oder der jeweils aktuelle Position, jeweils aktuellen Fahrt-, Betriebs- oder Zustandsdaten des Kraftfahrzeugs und/oder einem entsprechenden vorgegebenen Bewegungsmodell vorhergesagt, also beispielsweise extrapoliert, modelliert oder simuliert werden. Dabei können beispielsweise eine aktuelle Geschwindigkeit, ein aktueller Lenkwinkel, eine automatisierte oder assistierte Bahnplanung, ein Fahrertyp des jeweiligen Fahrers, eine jeweilige Umgebung und/oder dergleichen mehr berücksichtigt werden. Basierend auf der vorhergesagten zukünftigen Bewegung wird eine dabei voraussichtlich auftretende zukünftige Abweichung von dem jeweiligen Sollpfad erkannt oder ermittelt. Daraufhin, wenn also eine voraussichtlich auftretende oder sich voraussichtlich vergrößernde zukünftige Abweichung erkannt wird oder erkannt wurde, wird der Solllängsschlupf für das jeweilige Vorderrad bereits zum jeweils aktuellen Zeitpunkt bzw. zum jeweils nächstmöglichen entsprechenden Regel- oder Eingriffszeitpunkt vorausschauend reduziert, um die erkannte zukünftige Abweichung zu reduzieren oder zu verhindern. Mit anderen Worten kann hier also eine voraussichtliche weitere oder zukünftige Entwicklung der Abweichung von dem Sollpfad bestimmt und berücksichtigt werden, um ein noch sicheres, genaueres und zuverlässigeres Führen des Kraftfahrzeugs auf oder an dem Sollpfad zu ermöglichen. Dies kann letztlich auch dann, wenn die vorhergesagte zukünftige Bewegung nicht exakt eintritt, eine verbesserte Sicherheit des Kraftfahrzeugs bzw. der Querführung des Kraftfahrzeugs ermöglichen, da mögliche Abweichungen der tatsächlichen Bewegung des Kraftfahrzeugs von der vorhergesagten zukünftigen Bewegung typischerweise relativ eng begrenzt sind. Dies ist der Fall, da das Kraftfahrzeug aufgrund der physikalischen Gegebenheiten beispielsweise seine Geschwindigkeit und seine Trajektorie nicht beliebig schnell und stark ändern kann.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die jeweils voraussichtlich auftretende zukünftige Abweichung mittels eines vorgegebenen Fahrzeugmodells erkannt bzw. bestimmt. Diesem werden als Eingangsgrößen oder Eingangsdaten zumindest der jeweilige Sollpfad und jeweils aktuelle Fahrzustands- oder Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs zugeführt. Letztere können beispielsweise eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, einen Lenkwinkel, ein Lenkmoment, eine Drehzahl, einen anliegenden Getriebegang, einen Fahrmodus und/oder dergleichen mehr angeben oder umfassen. Durch eine derartige modellierte Berücksichtigung verschiedener Daten oder Informationen kann die jeweilige zukünftige Abweichung gegebenenfalls besonders genau bestimmt bzw. vorhergesagt werden. Zur weiteren Verbesserung können dem entsprechenden Fahrzeugmodell ebenso weitere Eingangsgröße oder Eingangsdaten zugeführt werden. Diese können beispielsweise Fahrzeugdaten des Kraftfahrzeugs, wie etwa dessen Beladung, Besetzung mit Insassen, Bereifung, Reifendruck und/oder dergleichen umfassen. Ebenso können die weiteren Eingangsdaten oder Eingangsgrößen Umgebungsdaten, wie etwa eine jeweilige Umgebungs- oder Außentemperatur, Wetterbedingungen, eine Fahrbahnart und/oder Fahrbahnbeschaffenheit einer jeweils aktuell von dem Kraftfahrzeug befahrenen Straße und/oder dergleichen mehr, sein oder umfassen. Sofern zumindest einige der genannten Daten oder Informationen bzw. Größen nicht verfügbar sind, können entsprechende Modellteile des Fahrzeugmodells beispielsweise unberücksichtigt bleiben oder es kann dann jeweils ein vorgegebener Standardwert verwendet werden. Insgesamt kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die zukünftige Abweichung gegebenenfalls besonders genau und robust vorhersagbar sein, was wiederum ein entsprechend genau abgestimmtes Eingreifen und somit letztlich eine besonders sichere und genaue Querführung des Kraftfahrzeugs entlang des jeweiligen Sollpfades ermöglichen kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zum Ausführen oder Unterstützen einer Querführung des Kraftfahrzeugs. Das erfindungsgemäße Assistenzsystem weist eine Eingangsschnittstelle, eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Prozessoreinrichtung, also beispielsweise einem Mikrochip, Mikroprozessor oder Mikrocontroller oder dergleichen, und einem damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher sowie eine Ausgangsschnittstelle auf. Das erfindungsgemäße Assistenzsystem ist dabei zum, insbesondere automatischen, Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in wenigstens einer Variante, Ausgestaltung oder Weiterbildung eingerichtet. Es können also beispielsweise über die Eingangsschnittstelle der jeweilige Sollpfad oder die genannten Eingangsgrößen erfasst und über die Ausgangsschnittstelle beispielsweise ein jeweiliger Solllängsschlupf oder ein entsprechender Skalierungsfaktor für eine entsprechende Sollgröße der Reifenschlupfregelung oder ein entsprechendes Steuer- oder Regelsignal ausgegeben werden. Zum Ausführen des Verfahrens kann beispielsweise ein entsprechendes Betriebs- oder Computerprogramm, das die Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe des entsprechenden Verfahrens oder entsprechende Steueranweisungen implementiert oder codiert, in dem Datenspeicher gespeichert sein. Dieses Betriebs- oder Computerprogramm kann dann im Betrieb des Assistenzsystems bzw. des jeweiligen damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs mittels der Prozessoreinrichtung ausgeführt werden, um das entsprechende Verfahren auszuführen oder dessen Ausführung zu bewirken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ein Querführungsassistenzsystem, eine automatische Reifenschlupfregelung und ein Bremssystem zum automatisierten Bremsen zumindest von Vorderrädern des Kraftfahrzeugs und ein erfindungsgemäßes Assistenzsystem auf. Dieses erfindungsgemäße Assistenzsystem kann dabei Teil des Querführungsassistenzsystem des Kraftfahrzeugs oder zusätzlich zu diesem vorgesehen bzw. mit diesem gekoppelt sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist also ebenfalls zum automatisierten Ausführen oder Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Assistenzsystem genannte Kraftfahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der in diesen Zusammenhängen genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Pkw oder ein Lkw sein, ist jedoch nicht auf diese Bauformen beschränkt.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine ausschnittweise schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, das für eine verbesserte Querführung eingerichtet ist;
2 einen bespielhaften schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Unterstützen der Querführung des Kraftfahrzeugs; und
3 eine beispielhafte schematische Diagrammdarstellung zur Veranschaulichung einer Sollschlupfanpassung zur Querführungsunterstützung.

1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung mit einem Kraftfahrzeug 1, das zumindest assistiert oder teilautomatisiert entlang eines angedeuteten Sollpfades 2 geführt werden soll. Dazu kann das Kraftfahrzeug 1 ein oder mehrere Systeme zur zumindest assistierten oder automatisierten Querführung aufweisen. In der hier beschriebenen Situation weist das Kraftfahrzeug 1 ein reduziertes Bremssystem auf, bei welchem allein an einer Vorderachse gebremst, also ein Bremsmoment aufgebaut werden kann, während an einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 1 hier keine Eingriffe über Brems- oder Antriebssysteme erfolgen können.
Zur Veranschaulichung der Querführung sind Hinterräder 3 sowie ein kurveninneres Vorderrad 4 und ein kurvenäußeres Vorderrad 5 dargestellt.
Das Kraftfahrzeug 1 weist zum Unterstützen der Querführung ein Assistenzsystem 6 auf. Das Assistenzsystem 6 kann beispielsweise über ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs 1 mit weiteren Einrichtungen, beispielsweise einem oder mehreren Sensoren, Steuergeräten, Assistenzsystemen oder Assistenzeinrichtungen, dem Bremssystem und/oder dergleichen mehr verbunden sein. Das Assistenzsystem 6 umfasst hier schematisch angedeutet eine Schnittstelle 7. Diese Schnittstelle 7 kann beispielsweise eine Eingangsschnittstelle und eine Ausgangsschnittstelle umfassen oder als bidirektionale Schnittstelle eingerichtet sein. Weiter weist das Assistenzsystem 6 einen Prozessor 8 und deinen Datenspeicher 9 zum Verarbeiten von erfassten Daten oder Signalen und zum Erzeugen entsprechender Ausgaben oder Steuersignale daraus auf.
Zur Veranschaulichung der Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 sind hier eine Fahrzeuggeschwindigkeit 10 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine Abweichung 11 einer Istposition bzw. eines Istpfades, also einer aktuellen Trajektorie des Kraftfahrzeugs 1 von dem Sollpfad 2 angedeutet. Zudem sind an den Hinterrädern 3 und den Vorderrädern 4, 5 jeweils Vektorpfeile zur Veranschaulichung wirkender bzw. zu übertragender Kräfte dargestellt. Beispielsweise ist für das kurvenäußere Vorderrad 5 eine zu übertragende Längskraft 12, eine zu übertragende Querkraft 13 und eine daraus resultierende zu übertragende Gesamtkraft 14 veranschaulicht. Dabei sind durch die verschiedenen Räder unterschiedliche Gesamtkräfte 14 zu übertragen, deren Größen hier durch Kreise um die einzelnen Hinterräder 3 und Vorderräder 4, 5 veranschaulicht sind.
Ziel ist es, das Kraftfahrzeug 1 assistiert oder zumindest teilautomatisiert sicher und stabil, also beispielsweise ohne ein Ausbrechen und mit möglichst geringem Untersteuern, entlang des Sollpfades 2 zu führen, letztlich also die Abweichung 11 zu minimieren. Dazu zeigt 2 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan 15 eines dabei oder dazu anwendbaren Verfahrens.
Darin wird in einem Verfahrensschritt S1 ein Verlauf des Sollpfades 2 bestimmt bzw. erfasst, beispielsweise von dem Assistenzsystem 6.
In einem Verfahrensschritt S2 wird die Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 relativ zu dem Sollpfad 2 auf Abweichungen 11 hin überwacht. Dabei können auch entsprechende Vorhersagen getroffen werden. Für den Verfahrensschritt S2 werden dabei Eingangsdaten 16 erfasst, welche die Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben oder charakterisieren. Mit anderen Worten werden also Informationen über die Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 in Relation zu dem Sollpfad 2 verwendet, um basierend darauf die aktuelle oder eine zukünftige Abweichung 11 der Position oder eines Bewegungspfades des Kraftfahrzeugs 1 von dem Sollpfad 2 zu ermitteln. Mit Kenntnis des Sollpfades 2 und der Eingangsdaten 16 bezüglich der Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 kann ein untersteuerndes Verlassen des Sollpfades 2, also eine Vergrößerung des Bahnradius der von dem Kraftfahrzeug 1 befahrenen Bahn oder Trajektorie automatisch erkannt werden.
Wenn eine solche Situation, also eine aktuelle oder voraussichtliche zukünftige Abweichung 11 von dem jeweiligen Sollpfad 2 erkannt wird, werden abhängig von der Größe der erkannten Abweichung 11 Skalierungsfaktoren s (siehe 3) für eine Sollgröße einer Reifenschlupfregelung des Kraftfahrzeugs 1, also für einen Zielschlupf bestimmt. Dazu kann beispielsweise auf entsprechende vorgegebene Kennlinie 17 für das jeweilige kurveninnere Vorderrad 4 und das jeweilige kurvenäußere Vorderrad 5 zugegriffen werden. Diese Kennlinien 17 können beispielsweise in dem Datenspeicher 9 des Assistenzsystems 6 hinterlegt sein.
Basierend auf den bestimmten Skalierungsfaktoren s werden in einem Verfahrensschritt S4 die Solllängsschlupfe für die Vorderräder 4, 5 radindividuell angepasst. Dazu können die beispielsweise zwischen 0 und 1 liegenden Skalierungsfaktoren s auf entsprechende Sollgrößen der Reifenschlupfregelung multiplikativ angewendet werden.
In einem Verfahrensschritt S5 erfolgt dann basierend auf den angepassten Solllängsschlupfen eine entsprechende Reifenschlupfregelung durch wenigstens einen automatischen Bremseingriff bzw. Abschwächung wenigstens eines automatischen Bremseingriffs an den Vorderrädern 4, 5 zum Erreichen oder Einstellen des jeweiligen Solllängsschlupfes. Es kann dabei also gemäß dem jeweiligen durch den jeweiligen Skalierungsfaktor s modifizierten Solllängsschlupf ein reduzierter Reifenlängsschlupf an den Vorderrädern 4, 5 eingestellt oder eingeregelt werden. Dabei können insbesondere für das kurveninnere Vorderrad 4 und das kurvenäußere Vorderrad 5 unterschiedliche Solllängsschlupfe eingestellt werden.
Das beschriebene Verfahren bzw. einzelne Verfahrensschritte des Verfahrens können während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 regelmäßig, kontinuierlich oder schleifenartig wiederholt durchlaufen werden, was hier durch entsprechende Pfeile angedeutet ist.
3 zeigt zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Solllängsschlupfe bzw. der unterschiedlichen Anpassung, insbesondere Reduzierung, der Solllängsschlupfe für das kurveninnere Vorderrad 4 und das kurvenäußere Vorderrad 5 eine beispielhafte Diagrammdarstellung. Darin ist auf der Abszisse die Abweichung 11 in Metern und auf der Ordinate der einheitenlose Skalierungsfaktor s aufgetragen. In der hier dargestellten beispielhaften Ausgestaltung findet bis zu einer Abweichung 11 von etwa 0,1 m keine Anpassung bzw. Reduzierung des Solllängsschlupfes für die Vorderräder 4, 5 statt, sodass der Skalierungsfaktor s also 1 beträgt. Die Abweichung 11 von 0,1 m kann dabei als ein erster Abweichungsschwellenwert vorgegeben sein. Ab einer Abweichung 11 von 0,1 m, also dem Erreichen oder Überschreiten des ersten Abweichungsschwellenwerts wird zunächst der kurvenäußerer Skalierungsfaktor s_a für den Solllängsschlupf des kurvenäußeren Vorderrads 5 mit zunehmender Abweichung 11 bis zu einem vorgegebenen Minimalwert reduziert. Dabei bleibt bis zu einem für das kurveninneres Vorderrad 4 vorgegebenen zweiten Abweichungsschwellenwert der kurveninnere Skalierungsfaktor s_i für den Solllängsschlupf des kurveninneren Vorderrads 4 zunächst konstant bei 1, während der kurvenäußere Skalierungsfaktor s_a bereits reduziert ist oder wird. Beispielhaft kann dieser zweite Abweichungsschwellenwert für die Abweichung 11 hier etwa 0,225 m betragen. Mit zunehmender Vergrößerung der Abweichung 11 über den zweiten Abweichungsschwellenwert hinaus ist auch eine Verkleinerung des kurveninneren Skalierungsfaktors s_i vorgesehen, der dann erst bei einer entsprechend größeren Abweichung 11 den vorgegebenen Minimalwert erreicht. Ebenso können für den kurveninneren Skalierungsfaktor s_i und den kurvenäußeren Skalierungsfaktor s_a prinzipiell unterschiedliche Minimalwerte und/oder Verläufe vorgegeben sein.
Die hier dargestellten Verläufe der Skalierungsfaktoren s_a, s_i sind also rein beispielhaft zu verstehen, haben sich aber vorläufig als geeignet für einen Pkw herausgestellt.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Zielschlupfanpassung für eine automatisierte Querführung angewendet und realisiert werden kann, um eine verbesserte Sicherheit und Spurtreue eines zumindest assistiert oder teilautomatisiert quergeführten Fahrzeugs zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Sollpfad
3: Hinterräder
4: kurveninneres Vorderrad
5: kurvenäußeres Vorderrad
6: Assistenzsystem
7: Schnittstelle
8: Prozessor
9: Datenspeicher
10: Fahrzeuggeschwindigkeit
11: Abweichung
12: Längskraft
13: Querkraft
14: Gesamtkraft
15: Ablaufplan
16: Eingangsdaten
17: Kennlinie
S1-S5: Verfahrensschritte
s: Skalierungsfaktor
sa: kurvenäußerer Skalierungsfaktor
si: kurveninnerer Skalierungsfaktor

Claims

Verfahren (15) zum Steuern eines Kraftfahrzeugs (1) zur Unterstützung einer Querführung in einer Fahrsituation ohne automatisierte Bremseingriffsmöglichkeit an einem Hinterrad (3) des Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) ein Querführungsassistenzsystem zur zumindest assistierten Querführung des Kraftfahrzeug (1) und eine Reifenschlupfregelung aufweist und automatisch - ein Sollpfad (2) bestimmt wird, entlang dessen das Kraftfahrzeug (1) durch das Querführungsassistenzsystem geführt werden soll, - eine Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) relativ zu dem Sollpfad (2) auf eine Abweichung (11) hin überwacht wird, - auf ein Erkennen einer Abweichung (11) des Kraftfahrzeugs (1) von dem Sollpfad (2) hin ein Solllängsschlupf für ein Vorderrad (4, 5) des Kraftfahrzeugs (1) reduziert wird, - zum Erreichen des reduzierten Sollängsschlupfes eine Eingriffsstärke eines Bremssystems des Kraftfahrzeug (1) an dem jeweiligen Vorderrad reduziert wird.
Verfahren (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollängsschlupf in Abhängigkeit von einer Größe der erkannten Abweichung (11) reduziert wird.
Verfahren (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reduzieren des Solllängsschlupfes eine entsprechende Sollgröße der Reifenschlupfregelung mit einem entsprechenden Skalierungsfaktor (s) multipliziert wird.
Verfahren (15) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils zu verwendende Skalierungsfaktor (s) anhand einer vorgegebenen Kennlinie oder anhand eines vorgegebenen Kennfeldes ermittelt wird.
Verfahren (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solllängsschlupf (s) radindividuell für die Vorderräder (4, 5) des Kraftfahrzeugs (1) reduziert wird.
Verfahren (15) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Solllängsschlupf für ein jeweils kurvenäußeres Vorderrad (5) des Kraftfahrzeugs (1) früher, schneller und/oder stärker reduziert wird als der Solllängsschlupf für ein jeweils kurveninneres Vorderrad (4) des Kraftfahrzeugs (1).
Verfahren (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zukünftige Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) ausgehend vom jeweils aktuellen Zeitpunkt vorhergesagt wird, eine dabei voraussichtlich auftretende zukünftige Abweichung (11) von dem Sollpfad (2) erkannt wird und der Solllängsschlupf daraufhin bereits zum jeweils aktuellen Zeitpunkt vorausschauend reduziert wird, um die erkannte zukünftige Abweichung (11) zu reduzieren oder zu verhindern.
Verfahren (15) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die voraussichtlich auftretende zukünftige Abweichung (11) mittels eines vorgegebenen Fahrzeugmodells erkannt wird, dem als Eingangsgrößen zumindest der Sollpfad (2) und jeweils aktuelle Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs (1) zugeführt werden.
Assistenzsystem (6) für ein Kraftfahrzeug (1) zum Unterstützen einer Querführung des Kraftfahrzeugs (1), aufweisend eine Eingangsschnittstelle (7), eine Datenverarbeitungseinrichtung (8, 9) mit einer Prozessoreinrichtung (8) und einem damit gekoppelten Datenspeicher (9) und eine Ausgangsschnittstelle (7), wobei das Assistenzsystem (6) zum Ausführen eines Verfahrens (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug (1), aufweisend Querführungsassistenzsystem, eine automatische Reifenschlupfregelung, ein Bremssystem zum automatisierten Bremsen zumindest von Vorderrädern (4, 5) des Kraftfahrzeugs (1) und ein Assistenzsystem (6) nach Anspruch 9.