DE69402278T2

DE69402278T2 - System zur Unterstützung eines Fahrzeuglenkers

Info

Publication number: DE69402278T2
Application number: DE69402278T
Authority: DE
Inventors: Michael Appleyard; Raglan Horatio Andrew Ha Tribe; Russell Wilson-Jones
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1993-08-28
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2014-08-31
Also published as: EP0640903B1; DE69402278D1; EP0640903A1; GB9317983D0; JP3677061B2; US5765116A; JPH07104850A; ES2099544T3

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen ein Fahrzeugführer- Unterstützungssystem für ein Fahrzeug zum Steuern der Richtung eines sich bewegenden Fahrzeugs auf einem vorbestimmten Weg.
Eine neuere US-Studie zeigt, daß 25% aller Straßenunfälle durch unbeabsichtigtes Verlassen der Straße oder der Fahrbahn hervorgerufen werden. Zunehmende Hinweise legen nahe, daß viele der Unfälle dadurch verursacht werden, daß Fahrzeugführer einschlafen, wenngleich dies schwierig zu beweisen ist, da viele Fahrzeugführer dies nicht zugeben. Automatische Fahrbahnfolgesysteme sind seit 1985 im Betrieb mit Autobahngeschwindigkeiten vorgeführt worden. Solche Systeme verhindern mit Sicherheit das Verlassen der Fahrbahn, solange Fahrbahnmarkierungen vorhanden sind, verhindern aber nicht, daß Fahrzeugführer einschlafen. Es besteht tatsächlich die Gefahr, daß eine geringere Belastung des Fahrzeugführers Schläfrigkeit sogar fördert.
Derzeit wird von Fahrzeugführern verlangt, daß sie in bedeutendem Maße Konzentration und Koordination bewahren, um sich in der Mitte zwischen Fahrbahnmarkierungen zu halten, insbesondere bei veränderlicher Straßenwölbung, Straßenkrümmung und bei Seitenwinden.
EP-A-0 514 343 offenbart ein automatisches Seitenführungs- Steuersystem zum Führen sich bewegender Fahrzeuge. Das System enthält ein abtastendes Teilsystem zum Beobachten eines vor einem Fahrzeug liegenden Bereichs, eine Vielzahl Energie abstrahlender oder Energie reflektierender Geräte, die neben einem vorbestimmten Straßenstück angeordnet sind, eine Vorrichtung zum Übersetzen der abstrahlenden oder reflektierten Information aus dem beobachteten Bereich in koordinierte Daten, die den vorbestimmten weg auf der Straße angenähert darstellen, und eine Fahrzeug-Steuervorrichtung zum Bestimmen des Fahrzeugrichtungswinkels in bezug auf den angenäherten Weg und zum Bereitstellen eines Ausgangssteuersignals für die Korrektur des Fahrzeugrichtungswinkels in bezug auf den angenäherten Weg. Das System benutzt frühere und aktuelle Positionsdaten zum Berechnen eines vorbestimmten Weges für das Fahrzeug. Verstärkungs- und Komfortfaktoren sind dazu bestimmt, das System für die Fahrzeuginsassen so komfortabel wie möglich zu machen und die Leistung des Systems zu optimieren. Das automatische Führungssteuersystem gemäß EP-A-0 514 343 vermag die Richtung eines sich bewegenden Fahrzeugs zu steuern, ohne daß menschliches Eingreifen notwendig ist, und das System spricht besser an als die vom Fahrzeugführer ausgeübte Steuerung.
Gemäß unserer Erfindung ist ein Verfahren zum Spurhalten an einer gedachten Mittellinie zwischen Fahrbahnmarkierungen einer Fahrstraße dadurch gekennzeichnet, daß auf die Lenkanlage des Fahrzeuges eine Lenkvorlast so ausgeübt wird, daß der Fahrzeugführer beim Spurhalten der gedachten Mittellinienstellung unterstützt wird.
Die gedachte Mittellinie kann die wahre Mittellinie zwischen Fahrbahnmarkierungen sein, beispielsweise auf einer Autobahn, oder sie kann gegenüber der wahren Mittellinie versetzt sein, z.B. um das Einschätzen von Kurven oder Biegungen zu vereinfachen, wenn die gedachte Mittellinie eine Linie ist, der einfacher zu folgen ist.
Zweckmäßigerweise ist die Größe der auf die Lenkanlage ausgeübten Vorlast relativ klein, wenn sich die Spur des Fahrzeugs nahe der gedachten Mittellinie befindet, und die Lenkvorlast ist vergrößerbar, wenn sich das Fahrzeug den durch die Fahrbahnmarkierungen definierten Begrenzungen nähert.
Zweckmäßigerweise wird auf die Lenkanlage ein pulsierendes Lenkmoment ausgeübt, wenn sich das Fahrzeug einer Fahrbahnbegrenzung nähert. Außerdem kann ein akustisches Signal erzeugt werden, um den Fahrzeugführer vor einem möglichen Überfahren der Fahrbahnbegrenzung zu warnen.
Das akustische Signal kann das Überfahren eines "Holperstreifens" oder von "Leuchtnägeln" simulieren.
Die Frequenz des akustischen Signals kann der Geschwindigkeit des Fahrzeugs proportional sein oder zu ihr in beliebiger veränderlicher Beziehung stehen und kann so erzeugt werden, daß sie aus dem überfahrenden Bereich zu kommen scheint.
Die herkömmliche Audioanlage des Fahrzeugs kann zum Erzeugen des ein simuliertes Überfahren anzeigenden Signals benutzt werden. In diesem Fall kann die herkömmliche Audioanlage während der Simulation des Warnsignals gesperrt oder es kann in den herkömmlichen Audiosignalausgang eingeblendet werden.
Wenn die Fahrbahnmarkierungssignale verlorengegangen sind, wird eine Warnung an den Fahrzeugführer abgegeben, und die Anlage wird ausgeschaltet. Sollten die Fahrbahnmarkierungssignale infolge Ausblendung der Signale durch ein vorausfahrendes Fahrzeug verlorengehen, dann übernimmt das System eine ungefähre Fahrzeugspurhaltung, bis das Fahrbahnmarkierungssignal wiedererscheint.
Diese Anlage enthält Einrichtungen, welche die Lenkvorlast aufheben, wenn ein Fahrtrichtungsanzeiger des Fahrzeugs betätigt wird. Vorzugsweise wird nur die Lenkvorlast in der angezeigten Richtung aufgehoben, und die Lenkvorlast in der der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs in bezug auf die gedachte Mittellinie entgegengesetzten Richtung wird weiter ausgeübt.
Die Lenkvorlast ist auf die Lenkanlage durch die Verwendung eines elektrisch betätigten Gerätes ausübbar, z.B. eines elektrischen Motors, der mit der vorhandenen, herkömmlichen Lenkanlage des Fahrzeugs, die kraftunterstützt sein kann, zusammenwirkt.
Die Fahrbahnmarkierungen können durch die Verwendung einer Videokamera oder eines äquivalenten, am Fahrzeug angeordneten Sensors, der "lichtempfindlich" oder vom "Infrarot" erfassenden Typ ist, erfaßt werden. Ein zugeordneter Signalprozessor schätzt die seitliche Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen. Ein mit der Lenkmechanik verbundener elektrischer Motor wird benutzt, um auf die Lenkanlage ein Drehmoment auszuüben, welches das vom Fahrzeugführer ausgeübte Drehmoment unterstützt oder ihm entgegenwirkt. Der Motor ist so ausgelegt, daß er den Fahrzeugführer bei der Einhaltung der Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen unterstützt, indem er es durch Verwenden eines Vorlastmomentes entsprechend Signalen vom Signalprozessor auf einem Einstellwert hält. Dies simuliert die Wirkung einer Fahrbahn, die nach oben zu den durch die Fahrbahnmarkierungen definierten Fahrbahnrändern hin gewölbt ist. Jedoch ist der Fahrzeugführer in der Lage, die Wirkung zu umgehen oder aufzuheben, wenn das von ihm auf die Lenkanlage ausgeübte Lenkmoment einen vorbestimmten Drehmomentschwellwert überschreitet.
Der Fahrzeugführer hat die letzte Kontrolle über das Fahrzeug und kann die Vorlast durch auf Lenkradmomenten basierenden Sensoreingaben umgehen. Die Anlage ergänzt den vorhandenen Servolenkmechanismus, liefert aber auch eine Ausfallsicherung für den Fall eines Absterbens des Motors oder eines Ausfalls des Pumpenantriebsriemens.
Vorzugsweise ist der elektrische Motor mit der Lenkmechanik über ein Getriebe und möglicherweise auch eine Kupplung verbunden. Ein zwischen dem Lenkrad und dem elektrischen Motor angeordneter Drehmomentsensor vermag die vom Fahrzeugführer ausgeübte Lenkkraft festzustellen. Der Drehmomentsensor umfaßt üblicherweise ein nachgiebiges Organ in der Lenksäulenwelle, dessen Verdrehungswinkel und -richtung entweder optisch oder induktiv gemessen werden.
Andere Verfahren der Drehmomenterfassung sind möglich.
Das Fahrzeugführer-Unterstützungssystem kann auch als Ausfallsicherung für die herkömmliche Servolenkanlage im Falle eines Ausfalls des Fahrzeugmotors, eines Ausfalls des Antriebsriemens der Servolenkpumpe oder bei anderen Schwierigkeiten verwendet werden. Alternativ kann das Fahrzeugführer- Unterstützungssystem als Teil einer Elektronischen Servolenk- Einheit EPAS mit ähnlichen Notfall-Sicherungsmaßnahmen vorgesehen werden. Als weitere Alternative kann das System als Zusatzeinheit für Lenkanlagen vorgesehen werden, die zuvor über keine hilfskraftunterstützte Lenkung verfügten.
Im Betrieb wirkt unsere Erfindung als Fahrbahneinhaltesystem, das dem Fahrzeugführer größeren Komfort, verbesserte Lenkstabilität und Sicherheit bietet.
Ein Verfahren zum Kollisionsschutz für ein Fahrzeug umfaßt:
a) das Überwachen der Fahrzeugumgebung nach gefährdenden Hindernissen,
b) das Ermöglichen von Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs, wenn durch die Überwachung keine gefährdenden Hindernisse festgestellt sind,
c) das Verhindern oder Hemmen von Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs, wenn durch die Überwachung gefährdende Hindernisse festgestellt sind.
Auf diese Weise wird eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs z.B. von einer Fahrbahn einer Fahrstraße zur anderen nur dann ermöglicht, wenn für die Bewegung Platz sicher vorhanden ist. Gefährdende Hindernisse können andere Fahrzeuge sein, die wegen der Geschwindigkeiten der jeweiligen Fahrzeuge in den für die Seitwärtsbewegung erforderlichen Raum einfahren oder möglicherweise einfahren, oder unbewegliche Gegenstände sein, z.B. Schranken, Fahrzeugwracks o.ä., oder sogar besondere Markierungsmuster auf der Straßenoberfläche, z.B. die normalerweise Überholverbot anzeigenden Doppellinien.
Bei Bedarf kann das System durch den Fahrzeugführer umgangen werden. Die Umgehung kann aus einem Nichtbefolgen der Warnung oder aus der Ausübung ausreichenden Drehmomentes zur Überwindung der vom System ausgeübten Lenkvorlast bestehen.
Vorzugsweise umfaßt die Seitwärtsbewegung eine Bewegung aus einer Position, in der das Fahrzeug einer ersten gedachten Mittellinie zwischen Fahrbahnmarkierungen einer Fahrstraße folgt, in eine Position, in der das Fahrzeug einer zweiten gedachten Mittellinie zwischen Fahrbahnmarkierungen folgt, die eine andere Fahrbahn einer Fahrstraße begrenzen. Höchst vorzugsweise ist die zweite gedachte Mittellinie eine Fahrbahn neben der mit der ersten gedachten Mittellinie.
Auf diese Weise kann ein sicheres Verfahren zum Fahrbahnwechsel auf einer Fahrstraße oder auch zum Verlassen einer Straße oder zum Einfädeln in sie mittels einer Beschleunigungsspur geschaffen werden. Unter solchen Umständen kann sich das System sogar bis zur Geschwindigkeitssteuerung erstrecken, um einen sicheren Raum zu schaffen, in den sich das Fahrzeug bewegen kann.
Die Einrichtungen zum Hemmen von Seitwärtsbewegung können eine oder mehrere Warnungen akustischer oder optischer Art an den Fahrzeugführer, auf die Lenkanlage ausgeübte Schwingungen oder eine auf die Lenkanlage ausgeübte Lenkvorlast sein, die einem z.B. vom Fahrzeugführer ausgeübten Drehmoment zur Herbeiführung der ungewünschten Seitwärtsbewegung entgegenwirkt.
Bei einer speziell bevorzugten Ausführungsform wird die Seitwärtsbewegung automatisch als Reaktion darauf ausgeführt, daß der Fahrzeugführer beispielsweise durch Betätigen der Fahrzeugrichtungsanzeiger oder einer anderen Benutzer/System- Schnittstelle den Wunsch nach einer Seitwärtsbewegung ausdrückt. Das System kann eine Lenkvorlast in der Weise ausüben, daß die aktuelle seitliche Position eingehalten wird, wenn ein Hindernis festgestellt wird, oder daß die Seitwärtsbewegung ausgeführt wird, wenn kein gefährdendes Hindernis festgestellt wird. Ein solches System kann einen Fahrbahnwechsel so bald wie möglich nach seiner Anforderung ausführen, wobei der Wechsel so lang wie notwendig verzögert wird, um eine sichere Bewegung zu gewährleisten.
Die Überwachung kann auf die Seite und die Rückseite eines Fahrzeugs beschränkt sein und ist vorzugsweise auf die Straßenfahrbahnen beschränkt.
Die Überwachung kann kontinuierlich sein oder auf Anforderung oder auf Anzeige eines Fahrbahnwechsels oder durch Annäherung an den Rand einer Fahrbahn aktiviert werden.
Es können elektromagnetische Wellen, z.B. Optik, Radar, oder andere Überwachungsformen verwendet werden.
Eine Vorrichtung zum Vermeiden von Fahrzeugkollisionen umfast:
a) eine Überwachungseinrichtung an einem Fahrzeug zum Erfassen gefährdender Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs,
b) eine Einrichtung für Seitwärtsbewegung, die eine Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs auszuführen sucht,
c) eine auf Signale der Überwachungseinrichtung ansprechende Einrichtung zum Hemmen einer Seitwärtsbewegung des Fahrzeugs.
Einige Ausführungsformen unserer Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrbahneinhaltesystems ist,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der praktischen Wirkung des Fahrbahneinhaltesystems gemäß Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einer Darstellung der Zwischenbeziehungen zwischen den Systemkomponenten ist,
Fig. 4 eine übliche unabhängige, intelligente Geschwindigkeitsregelung (AICC) zur Verwendung im System gemäß Fig. 1 zeigt,
Fig. 5 ein Flußdiagramm der betriebsmäßigen Funktionen des Systems gemäß Fig. 1 ist,
Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung der virtuellen Straßenwölbung ist, die vom Fahrbahneinhaltesystem induziert wird,
Fig. 7 die Wirkung eines manuellen Fahrbahnwechsels zeigt,
Fig. 8 die Wirkung eines automatischen Fahrbahnwechsels zeigt,
Fig. 9 ein Rohbild und verarbeitete Daten zeigt,
Fig. 10 die in den Berechnungen für die Fahrbahnführung benutzten Variablen zeigt,
Fig. 11 die verschiedenen Zustände und Zwischenbeziehungen für ein System zeigt, und
Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Fahrbahnführungs-Steuerstrategie ist.
Das im Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellte Fahrbahneinhaltesystem ist mit einer herkömmlichen Lenkanlage 1 eines Fahrzeugs verwendbar. Gemäß der Darstellung umfaßt die herkömmliche Lenkanlage eine Lenkungszahnstange 2 zum Beeinflussen der Lenkstellung der Vorderräder eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der manuellen Betätigung eines Lenkrades 3. Ein elektrisch betätigter Motor 4 vermag Servo- oder Hilfskraftunterstützung zu leisten, um die vom Lenkrad 3 auf die Lenkungszahnstange 2 ausgeübte Lenkkraft in Abhängigkeit von einem Erregerstrom von einer elektronischen Steuereinheit 5 zu vergrößern, die ihrerseits auf Signale von einem Drehmomentsensor 6 anspricht, wie z.B. in EP 0 555 987 beschrieben ist, der ein nachgiebiges Organ in der Welle der Lenksäule 7 aufweist, dessen Verdrehungswinkel und -richtung entweder optisch oder induktiv gemessen werden. Der elektrische Motor 4 ist mit der Lenkmechanik über ein Getriebe 8 und eine Kupplung 9 verbunden, die bei bestimmten Anlagen weggelassen sein können.
Das Fahrzeug ist mit einer Videokamera 10 versehen, die am Fahrzeug, z.B. in der Mitte der Motorhaube oder des Kühlergrills oder in der Nähe des inneren Rückspiegels angeordnet ist, um das Vorhandensein von Fahrbahnmarkierungen auf einer Straße, z.B. die beabstandeten weißen oder gelben Linien, die eine Fahrbahn einer Autobahn begrenzen, festzustellen. Die Videokamera 10 kann "lichtempfindlich" oder vom "Infrarot" erfassenden Typ sein. Solche Systeme sind in einem technischen Vortrag offenbart, der unter dem Titel "Imposed Obstacle Detection By Sensor Fusion" im Oktober 1992 vor der IEE gehalten wurde. Ein auf Signale von der Videokamera 10 ansprechender Signal-Bildprozessor 11 schätzt die seitliche Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen. Entsprechende Signale vom Signalprozessor 11 werden in die elektronische Steuereinheit 5 geleitet, die dann den Motor 4 speist, der auf die Lenkwelle ein Drehmoment ausübt, um den Fahrzeugführer bei der Beibehaltung der Fahrzeugposition in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen unabhängig zu unterstützen, indem er die Fahrzeugposition durch Erzeugen eines zweckdienlichen Vorlastmoments auf einem Einstellwert hält. Dies simuliert, wie in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellt, die Wirkung einer Fahrbahnwölbung nach oben zu den Fahrbahnrändern hin, die durch die Fahrbahnmarkierungen begrenzt sind.
Die elektronische Steuereinheit 5 empfängt und übermittelt auch Signale von und an eine in Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellte Fahrzeugführer-Schnittstelle 12, die eine Flüssigkristall-Anzeige 13 und einen Betätigungsschalter 14 umfaßt.
Die elektronische Steuereinheit 5 empfängt auch ein Signal von einem Straßengeschwindigkeitssensor 16.
Die Wechselbeziehung zwischen den Systemkomponenten ist in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt. In seiner einfachsten Form wird das Videobild 22 zum Feststellen von als Block 20 dargestellten Fahrbahnmarkierungen benutzt, und diese erfaßten Signale steuern den Motor 4, der seinerseits Betätigungsvorrichtungen 21 zum Betätigen der Lenkungszahnstange 2 steuert. Außerdem wird das Videobild mit einer Detektoreinrichtung 23 zum Feststellen der Zeit bis zum Aufprall und des Zielstatus benutzt, so daß nach allen durch Block 24 dargestellten Zielen Spur gehalten werden kann, in Übereinstimmung mit der durch Block 25 dargestellten Straßengeometrie, z.B. unterbrochenen oder beschädigten Fahrbahnmarkierungen.
Die elektronische Steuereinheit 5 reagiert auf Signale vom Bildprozessor 11 und erzeugt größere oder kleinere Signale, die ihrerseits größere oder kleinere Vorlasten auf die Lenkanlage vorsehen, abhängig von der Bewegung des Fahrzeugs weg von seiner gedachten Mittellinienstellung. Dies ist der weiter oben beschriebenen Wölbungswirkung äquivalent, jedoch, wenn sich das Fahrzeug einer Fahrbahnbegrenzung nähert, zusätzlich mit der Induktion eines künstlichen Holperstreifens 15 gemäß Fig. 2, um am Lenkrad ein Vibrationsgefühl zu induzieren oder zu erzeugen, wodurch der Fahrzeugführer auf die Nähe der Fahrbahnmarkierung aufmerksam gemacht wird. Die Schwingungsfrequenz kann der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional sein.
Die vom Fahrbahneinhaltesystem ausgeübte Lenkvorlast kann durch Benutzen des Schalters 14 an der Fahrzeugführer- Schnittstelle ein- und ausgeschaltet werden. Außerdem wird das System automatisch vorübergehend deaktiviert, wenn ein Richtungsanzeiger betätigt wird, der anzeigt, daß sich das Fahrzeug aus der Fahrbahn herausbewegt, beispielsweise um ein vorausfahrendes Fahrzeug zu überholen. Dieser manuelle Fahrbahnwechsel, z.B. nach links, ist in Fig. 7 dargestellt, in der die künstliche Wölbung links vom Fahrzeug beseitigt ist.
Die Arbeitsschritte und die Operationsfolge sind im Flußdiagramm der Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Gemäß der Darstellung in Fig. 5 wird das System zuerst durch Betätigen des Schalters 14 eingeschaltet, und das Anzeigegerät 13 zeigt an, daß dies geschehen ist. Das System sucht dann die Fahrbahnmarkierungen. Dabei zeigt das Anzeigegerät 13 die Nachricht "Suchen" an. Sobald das System auf die Fahrbahnmarkierungen trifft, zeigt das Anzeigegerät 13 "Übernehmen" an. Wird die Fahrbahnmarkierung verloren, meldet das Anzeigegerät 13 wieder "Suchen", bis es erneut die Markierung findet, wobei das Anzeigegerät 13 wieder "Übernehmen" anzeigt. Sobald die Meldung "Übernehmen" erscheint, drückt der Fahrzeugführer den Knopf "Übernehmen", um das Fahrbahneinhaltesystem zu aktivieren. Das Anzeigegerät 13 zeigt die Meldung "Folgen" an. Das System überprüft dann die Position des Fahrzeugs, indem es der gedachten Mittellinie folgt, und übt auf die Lenkung eine kleine Vorlast aus, um jeder Bewegung weg von der Mittellinienstellung entgegenzuwirken. Durch Drehen des Lenkrades kann der Fahrzeugführer der Vorlast entgegenwirken, aber die zu überwindende Vorlast wird größer, wenn sich das Fahrzeug den Fahrbahnmarkierungen nähert. Dies erzeugt ein "Gefühl" der Straßenwölbung, wobei die Lenkvorlast entsprechend der Steilheit der Wölbung zunimmt.
Läßt der Fahrzeugführer das Lenkrad los, bringt die Lenkvorlast das Fahrzeug automatisch in die gedachte Mittellinienstellung zurück.
Sollte der Fahrzeugführer die Vorlast überwinden und sich der tatsächlichen Fahrbahnbegrenzung selbst nähern, werden am Lenkrad Vibrationen von einem künstlich erzeugten Holperstreifen gespürt. Außerdem können durch Benutzung der herkömmlichen Audioanlage des Fahrzeugs akustische Meldungen ausgegeben werden, wenn das Fahrzeug eine Fahrbahnmarkierung überfährt. Die herkömmliche Audioanlage kann während der Simulation eines Überfahrsignals gesperrt sein oder dieses kann in den herkömmlichen Audiosignalausgang eingeblendet werden.
Der Fahrzeugführer kann jederzeit das Fahrbahneinhaltesystem durch Betätigen des Schalters ausschalten. In jedem Fall wird das System automatisch deaktiviert oder kann sogar ausgeschaltet werden, wenn der Fahrzeugführer eine Fahrbahn durchfährt oder wenn, wie weiter oben beschrieben, der Wölbungswiderstand in einer Richtung aufgehoben wird, wenn der Richtungsanzeiger für eine Bewegung des Kraftfahrzeugs in dieser Richtung betätigt wird.
Das System kann einfach ausgeschaltet werden oder kann in die Betriebsart "Betätigen" geschaltet werden, in der es unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen automatisch ausgeschaltet wird.
Das Fahrbahneinhaltesystem wird deaktiviert, wenn Fahrbahnmarkierungen verlorengehen, und die Schnittstelle kehrt zur Anzeige der Betriebsart "Suchen" zurück, wobei es ein akustisches Signal erzeugt, das anzeigt, daß "Suchen" stattfindet.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann das System ständig je nach Bedarf die äußere und/oder die innere Fahrbahn überwachen und dem Fahrzeugführer anzeigen, wenn diese für den Fahrbahnwechsel frei ist. Wenn sie frei ist, wird das Kraftfahrzeug automatisch die Fahrbahn wechseln, wenn der Fahrzeugführer einen Fahrbahnwechsel-Knopf, A oder B entsprechend Fig. 8, niederdrückt oder das System auf andere Weise betätigt, und Fahrtrichtungsanzeiger können automatisch betätigt werden. Das Lenkgefühl wird wie bei der Wölbung in einer überhöhten Biegung sein, wenn das Kraftfahrzeug die Fahrbahn wechselt, und wie in Fig. 8 dargestellt ist. Die Umgehung durch den Fahrzeugführer ist dieselbe wie weiter oben.
Diese Abwandlung entlastet den Fahrzeugführer beim Fahrbahnwechsel und erzielt größere Sicherheit und Bequemlichkeit.
Die Überwachung der äußeren und der inneren Fahrbahn kann auch benutzt werden, um die künstlich erzeugte Wölbung beizubehalten, wenn die gewünschte Fahrbahn nicht frei ist, selbst nachdem der Fahrzeugführer Richtungswechsel anzeigt und sie daher normalerweise abschalten würde. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrzeugführer entweder durch Lenkungs- oder durch Audiorückkopplung vor der Gefahr gewarnt werden. Eine Detektoranlage des in der Geradeaussicht verwendeten Typs könnte benutzt werden, z.B. ein Dopplereffekt-Mikrowellen-Radargerät.
Die Anwendung haptischer Rückkopplung im Lenkrad wird als wirkungsvoller betrachtet als akustische Warnungen, wenngleich akustische Warnungen, wie weiter oben beschrieben, auch alternativ oder zusätzlich angewandt werden können. Das System schafft eine(n) positionsbezogene(n) Unterstützung/Widerstand in der Lenkung, um ein künstliches Gefühl der Straßenwölbung auf beiden Seiten der zwischen den beiden Linien begrenzten Fahrbahn zu erzeugen. Vom Fahrzeugführer wird nach wie vor die Lenkung des Fahrzeugs erwartet, aber er hat den Eindruck auf dem "Boden einer Badewanne" zu fahren. Das System wird deaktiviert entweder durch die Benutzung der Richtungsanzeiger oder dadurch, daß der Fahrzeugführer den Schwellenwert von am Lenkrad ausgeübtem Moment bzw. Bewegung überschreitet.
Das Vorsehen der Kupplung 9 hat den Vorteil, daß durch Abschalten des Motors 4 das Gefühl verbessert wird, wenn keine Unterstützung zur Fahrbahneinhaltung verlangt wird.
Das auf Video basierende Einhaltesystem ist auf die Entdekkung von Fahrzeugen und Fahrbahnmarkierungen bis zu einer Entfernung von 60 Metern abgestimmt. Die Fahrbahnbildverarbeitung gewinnt Bilder aus der Miniatur-CCD-Kamera am inneren Rückspiegel. Kanten werden unter Benutzung einer doppelten Sobel'schen Faltungsmaske und intelligenter Schwellenbildung extrahiert. Die Kanten werden dann ausgedünnt unter Benutzung morphologischer Techniken, wie dies in Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Den dünnen Kanten in dem Bild wird dann gefolgt, indem gerade Linien über sie gelegt und in Linienvektoren umgewandelt werden, die dann auf der Basis von Winkeln kategorisiert werden. Die horizontalen Linien werden von einem Fahrzeug-Erkennungsalgorithmus benutzt, und einige der nicht horizontalen Linien durch einen Fahrbahnmarkierungs-Erkennungsalgorithmus. Ein rückseitiger Fahrzeugfilter erkennt Fahrzeuge in dem abgespielten Bild durch Verarbeiten der horizontalen Linienmuster. Die Klassifizierung von Fahrzeugen und die Winkelberechnung sind gut. Bereiche innerhalb der Geometrie Straße-Wölbung werden unter der Annahme einer flachen Erdgestalt geschätzt.
Die Arbeitsweise, Zwischenbeziehungen und Berechnungen bei einer speziellen Ausführungsform sind nachstehend angegeben, unter Benutzung des nachstehenden Abkürzungsglossars:
ABS Bremsanlage mit Antiblockiersystem
AICC Unabhängige intelligente Geschwindigkeitsregelung
CAN Kraftfahrzeugnetz (Car Area Network)
ECU Elektronische Steuereinheit
EPAS Elektrische Servolenkung
HyPAS Hydraulische Servolenkung
ICAS Intelligentes Kollisionsvermeidungssystem
IDS Intelligente Fahrzeugführerunterstützung
IDS rack Einheit mit Elektronik zur Fahrbahnmarkierungs-Erkennung
LSB Niedrigstwertiges Byte
LIMIT Sättigung der Begrenzungsfunktion
MIL Störungsmeldeleuchte
MMI Schnittstelle Mensch-Maschine
MSN Höchstwertiges Halbbyte
SLEWLIM (Zeitabhängige) Drehbegrenzungsfunktion
TBD Noch zu bestimmen
X "Beliebig" (logische Zustände)
und der nachstehenden Definitionen:
. Positives Lenkmoment: Dreht das Lenkrad im Uhrzeigersinn.
. Positive Lenkgeschwindigkeit: Entspricht einer Lenkradbewegung im Uhrzeigersinn.
. Seitliche Richtung: Ist positiv bei Bewegung nach rechts, negativ bei Bewegung nach links, bezogen auf Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs.
. Zahnstangenverhältnis: Winkelverstellung des Lenkrades, dividiert durch die Winkelverstellung der Laufräder um die Geradeausstellung.
In jedem solchen System muß eine Anzahl Parameter bestimmt werden; die Bestimmungsweise und Zwischenverbindungen sind nachstehende:

Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren

Eine direkte Verbindung zwischen den Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren und der ECU der EPAS besteht nicht. Statt dessen wird die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die ABS-Sensoren gemessen, und die Meßwerte werden auf dem CAN-Bus ausgegeben.

Lenksäulenstellungssensor

Eine Meßeinrichtung der absoluten Werte der Lenksäulenstellung ist durch ein Potentiometer an der Lenksäule vorgesehen und mit der ECU der EPAS verbunden. Dieses Signal wird als "Lenksäulenstellungs-Potentiometeranzeige" bezeichnet.

Steuerungseingangssignale

Berechnung des Seitenpositionsfehlers

Der Seitenpositionsfehler 100 bedeutet die Differenz zwischen der Seitenposition der Fahrzeugmitte 101 und der Seitenposition der Fahrbahnmitte 102. Der Fehler ist positiv, wenn zu seiner Korrektur eine positive Änderung des Lenkwinkels erforderlich ist, d.h. wenn das Kfz sich links von der Fahrbahnmitte befindet, ist der Fehler positiv.
Dieses Signal wird von der IDS-Rack erzeugt.

Berechnung der Änderungsrate des Seitenpositionsfehlers

Die Änderungsrate des Seitenpositionsfehlers ist zu berechnen unter Benutzung der Differenz zwischen den letzten zwei verfügbaren Abtastwerten des Seitenpositionsfehlers, die von der IDS-Rack empfangen wurden. Die Änderungsrate ist positiv, wenn der Seitenpositionsfehler zunimmt.
Zu Beginn wird das Signal nicht benutzt.

Krümmungsberechnung

Die "Krümmung" ist der Kehrwert des "lokalen" Radius 103 einer Kurve, d.h.
Krümmung 1/lokaler Radius
Bei gerader Straße wird daher der Radius 103 unendlich und die Krümmung wird null. Ist der Radius 103 100 m, wird die Krümmung 0,01 m&supmin;¹ oder 10 km&supmin;¹. Der lokale Radius 103 wird anhand von IDS-Rack-Informationen geschätzt.
Wenn das Krümmungssignal nicht gültig ist, sollte die Krümmung auf null gesetzt werden.
Dieses Signal wird von der IDS-Rack erzeugt.

Berechnung des Richtungswinkels

Der Richtungswinkel ist der Winkel 104 zwischen der Kfz- Längsachse 105 und der Tangente an die Fahrbahnrichtung 106, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Der Richtungswinkel sollte null sein, wenn das Kfz parallel zur Mitte 107 der Fahrbahn fährt. Der Richtungswinkel ist positiv, wenn das Kfz nach der rechten Seite der Tangente an die Fahrbahnrichtung fährt.
Dieses Signal wird von der IDS-Rack erzeugt.

Berechnung der Fahrbahnbreite

Die Fahrbahnbreite 108 ist die von der IDS-Rack gemessene Entfernung zwischen den zwei Fahrbahnbegrenzungen 109. Die Fahrbahnbreite muß immer größer oder gleich null sein.
Dieses Signal wird von der IDS-Rack erzeugt.

Berechnung des Lenkwinkels

Der Lenkwinkel ist unter Benutzung einer Kombination der Lenksäulenstellungsmessung der EPAS mit der Messung vom Lenksäulenstellungs-Potentiometer zu berechnen.
Die Lenksäulenstellungsmessung der EPAS ist auf normale Weise zu berechnen und ergibt:
EPAS Lenkwinkel-Berechnung =
f(EPAS Lenksäulenstellung, EPAS Lenkwinkelmitte, Zeit).
Um einen Wert der absoluten Lenksäulenstellung zu bekommen, ist das Lenksäulenstellungs-Potentiometer zu verwenden. Diesem Wert ist eine Verschiebung hinzuzufügen, welche die Zahl der nach links oder nach rechts ausgeführten Lenkraddrehungen darstellt. Die Anzeige des Lenksäulenstellungs-Potentiometers ist auf die gleichen Maßeinheiten wie die Lenksäulenstellungsmessung der EPAS zu setzen.
Lenkwinkelberechnung Potentiometer = Lenksäulenstellungs-Potentiometeranzeige + Lenksäulenstellungs-Potentiometer Drehungsgröße x Drehungszahl - Lenksäulenstellungs-Potentiometer Nullverschiebung.
Die Drehungszahl ist jedesmal dann zu inkrementieren, wenn der Schleifer des Lenksäulenstellungs-Potentiometers das Ende seiner Bewegungsbahn bei Drehung der Lenksäule im Uhrzeigersinn erreicht. Die Zahl der Drehungen ist jedesmal dann zu dekrementieren, wenn der Schleifer des Lenksäulenstellungs- Potentiometers das Ende seiner Bewegungsbahn bei Drehung der Lenksäule entgegen dem Uhrzeigersinn erreicht.
Beim Einschalten ist ein Merker "Lenkwinkel gültig" auf falsch zu setzen. Die Schätzwert der Lenkraddrehungszahl ist auf null zu setzen, wenn die nachstehenden Bedingungen alle zutreffen:
. die Größe des Lenksäulenmomentes ist kleiner als der Rack-Mitte-Schwellenwert des Lenksäulenmomentes,
. die Fahrzeuggeschwindigkeit ist höher als der Rack- Mitte-Schwellenwert der Fahrzeuggeschwindigkeit,
. die Größe des Richtungswinkels ist kleiner als der Rack-Mitte-Schwellenwert des Richtungswinkels (und die "Fahrbahnmarkierungen sind gültig").
Der Merker "Lenkwinkel gültig" kann dann auf wahr gesetzt werden, und der Lenkwinkel kann entsprechend der nachstehenden Prozedur eingestellt werden:
Benutze Potentiometer-Lenkwinkel = Anzeige des Lenksäulenstellungs-Potentiometers - Nullverschiebung des Lenksäulenstellungs-Potentiometers,
dann EPAS-Lenkwinkelmitte = EPAS-Lenksäulenstellung - Potentiometer-Lenkwinkel.
Der Lenkwinkel wird dann berechnet aus dem Durchschnitt der EPAS-Lenkwinkel-Schätzung und der Lenksäulenstellungs-Sensorschätzung, d.h.
Lenkwinkel = 1/2 (Potentiometer-Lenkwinkelschätzung + EPAS-Lenkwinkelschätzung).
Wenn die Größe der Differenz zwischen den beiden Schätzwerten größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, dann ist der Merker "Lenkwinkel gültig" auffalsch zu setzen.

Berechnung der Lenkmomentdifferenz

Die Lenkmomentdifferenz ist die Differenz zwischen dem Führungsmoment und dem vom Fahrzeugführer ausgeübten Moment, gemessen durch den EPAS-Lenksäulensensor.
Lenkmomentdifferenz =
Führungsmoment - EPAS-Lenksäulenmoment.
Die Differenz wird für Fehlersuchzwecke und für die Betriebslogik der Fahrbahneinhalte-Steuerung benutzt.

Zustandsübergang

Es ist wichtig, daß die Momentänderung so ruckfrei wie möglich geschieht, wenn bei normalem Betrieb zwischen den Zuständen gewechselt wird. Bei Auftreten eines Fehlerzustandes, sollte die Fahrbahneinhalte-Steuerung abgeschaltet und das EPAS-System stillgesetzt werden, wie bei Störungsgrad 3, der vor der erneuten Inbetriebsetzung eine Wartung des EPAS-Systems verlangt.
Die Führungsmoment-Anforderung wird durch einen Begrenzer geleitet, der zwischen 0 und der höchsten Führungsmomentgröße in der nachstehend genannten Zeit linear ansteigt.
Die Buchstaben B bis H in der Tabelle geben die Zustandsübergänge gemäß Fig. 11 an. Die Bedingungen für das Eintreten jedes Zustandsübergangs sind nachstehend beschrieben.

Zwischenbedingungen

Zur Vereinfachung der Beschreibung der Zustandsübergänge werden einige Zwischensignale beschrieben.
Die Bedingung "Einschaltbereit" ist wahr, wenn alle nachstehend genannten Bedingungen zutreffen:
. die Größe des vom Fahrzeugführer ausgeübten Momentes ist kleiner als ein Einschaltschwellenwert;
. die Größe der Krümmung ist kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, d.h. die Straße ist "gerade";
. die Größe des Richtungswinkels ist kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, d.h. das Kfz ist "gerade";
. die Größe des Lenkwinkels ist kleiner als ein Einschaltschwellenwert;
. die Größe der Lenksäulengeschwindigkeit ist kleiner als ein Einschaltschwellenwert;
. die Fahrbahnbreite ist größer als ein Einschaltschwellenwert;
. die Größe des Seitenpositionsfehlers ist kleiner als ein Einschaltschwellenwert.
Die Bedingung "Erzwinge Fahrbahneinhaltung AUS" ist wahr, wenn irgendeine der nachstehend genannten Bedingungen zutrifft:
. die Größe des vom Fahrzeugführer ausgeübten Momentes übersteigt den Ausschaltschwellenwert für das vom Fahrzeugführer ausgeübte Moment;
. die Krümmung einer Kurve ist größer als ein Ausschaltschwellenwert;
. der Richtungswinkel ist größer als ein Ausschaltschwellenwert;
. die Größe des Lenkwinkels überschreitet einen Ausschaltschwellenwert;
. die Größe der Lenksäulengeschwindigkeit überschreitet einen Schwellenwert;
. die Fahrbahnbreite ist kleiner als ein Ausschaltschwellenwert;
. die Größe der Lenkmomentdifferenz überschreitet den Ausschaltschwellenwert für die Momentdifferenz;
Die Bedingung "Fahrbahneinhaltungsdaten gültig" ist wahr, wenn alle nachstehend genannten Bedingungen zutreffen:
. die Informationen über Fahrbahnmarkierungen sind gültig;
. der Lenkwinkel ist gültig;
. die Fahrzeuggeschwindigkeit ist gültig;
. die CAN-Schnittstelle ist aktiv, d.h. es steht keine "CAN-Fehlermeldung" an.

Eintritt in EPAS-EIN-Zustand (Übergang A)

Die nachstehend genannten Bedingungen müssen alle erfüllt sein, bevor das System in den EPAS-EIN-Zustand 200 eintreten kann:
. Zur Überprüfung seiner korrekten Arbeitsweise muß das EPAS-System alle seine internen Diagnosetests bestehen und im Zustand "Normalbetrieb" sein;
. das Fahrzeug muß stillstehen.

Übergang vom EPAS-EIN-Zustand in den Führungszustand

(Übergang B)

Die nachstehend genannten Bedingungen müssen alle erfüllt sein, bevor das System in den Führungszustand 201 eintreten kann:
. Das Signal "Fahrbahneinhaltung EIN" ist wahr;
. alle Drehungssignale sind ausgeschaltet;
. die Bedingung "Einschaltbereit" muß wahr sein;
. die Bedingung "Fahrbahneinhaltungsdaten gültig" muß wahr sein.

Übergang vom Führungszustand in den EPAS-EIN-Zustand

(Übergang C)

Wenn irgendeine der nachstehend genannten Bedingungen eintritt, soll das System zum EPAS-EIN-Zustand 200 zurückkehren:
. Es wird eine Fahrbahnmarkierung überfahren;
. das Signal "Fahrbahneinhaltung EIN" schaltet auf falsch;
. die Bedingung "Fahrbahneinhaltungsdaten gültig" wird falsch;
. die Bedingung "Erzwinge Fahrbahneinhaltung AUS" wird wahr.

Übergänge in aus dem abgeschalteten Zustand

(Übergänge D, E und F)

Die Fahrbahneinhaltung kann unter den nachstehend angegebenen Bedingungen vorübergehend abgeschaltet werden.
Umschaltung aus dem Führungszustand in den abgeschalteten Zustand 202, wenn
. das Signal "Drehungssignal EIN" gesetzt ist.
Aus dem abgeschalteten Zustand 202 Wiederaufnahme der Fahrbahneinhaltung (d.h. Umschalten in den Führungszustand), wenn alle nachstehend genannten Bedingungen zutreffen:
. das Drehungssignal ist abgeschaltet;
. die Bedingung "Einschaltbereit" muß wahr sein.
Aus dem abgeschalteten Zustand 202 Verlassen in den EPAS-EIN- Zustand 200, wenn alle nachstehend genannten Bedingungen zutreffen:
. Zeit im abgeschalteten Zustand überschreitet Maximaldauer;
. das Signal "Fahrbahneinhaltung EIN" schaltet auf falsch;
. die Bedingung "Fahrbahneinhaltungsdaten gültig" wird falsch;
. die Bedingung "Erzwinge Fahrbahneinhaltung AUS" wird wahr.

Übergänge in und aus dem Zustand EPAS Ausgeschaltet

(Übergänge G und H)

Wenn irgendeine der nachstehend genannten Bedingungen eintritt, sollte das System in den Zustand "EPAS Ausgeschaltet" 203 eintreten:
. Merker "Ausschalten EPAS" ist durch Überwachungsprogramm wahr gesetzt.
Die Fahrbahneinhalte-Steuerung sollte aus dem Zustand "EPAS Ausgeschaltet" in den Zustand "EPAS EIN" schalten, wenn alle nachstehend genannten Bedingungen zutreffen:
. Merker "Ausschalten EPAS" ist durch Überwachungsprogramm falsch gesetzt.

Verlassen des Normalbetriebs

Das normale Verlassen des Normalbetriebs 204, das in der EPAS-Funktionsbeschreibung definiert ist, ist beizubehalten (z.B. wenn Zündung ausgeschaltet wird).
Wenn irgendeine der Überwachungseinrichtungen der Fahrbahneinhalte-Einrichtung einen Fehler anzeigt, sollte das System auf die EPAS-Fehlerebene 3 abgeschaltet werden, d.h. EPAS wird deaktiviert, bis das System gewartet worden ist. Wenn eine solche Ausschaltung geschieht, sollte der Fahrzeugführer in der weiter unten beschriebenen Weise gewarnt werden.
Das Führungsmoment wird vorzugsweise rasch aufgehoben, wenngleich eine weiche Aufhebung vorgesehen sein kann.

Steueralgorithmus

Die Steuerstrategie übernimmt die Informationen zur Fahrbahnposition von der IDS-Rack-Einheit und kombiniert sie mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, um einen Schätzwert für die gewünschte Lenkradposition zu erzeugen. Der Fehler zwischen der gewünschten Lenkradposition und der tatsächlichen Lenkradposition wird durch eine proportionale Verstärkung und einen Begrenzer geführt, derart, daß eine Führungsmomentanforderung erzeugt wird.
Ein Blockschaltbild der Steuerung ist in Fig. 12 dargestellt. Die Steuerung umfaßt eine Anzahl Schleifen. Die innengelegene Schleife ist die Lenkwinkel-Steuerschleife 300. Diese Schleife bekommt eine Anforderung 301 eines begrenzten Lenkwinkels und berechnet einen Lenkwinkelfehler 308 unter Benutzung des gemessenen Lenkwinkels 302. Der Fehler wird dann durch die Lenkwinkel-Verstärkung 303 geleitet und ergibt eine Führungsmoment-Anforderung 309. Die Führungsmoment-Anforderung 309 geht durch einen Begrenzer 304 und einen Drehungsratenbegrenzer 305, bevor sie zur Erhöhung des EPAS-Steuermomentes 306 weitergeleitet wird. Die Grenzwerte für die Führungsmoment-Anforderung 309 und die Lenkwinkel-Anforderung 301 ändern sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Ausgangssignal des Drehungsratenbegrenzers ist auf null zu setzen, wann immer in den Führungszustand eingetreten wird.
Lenkwinkelfehler = LIMIT (Lenkwinkelanforderung) - Lenkwinkel
Führungsmoment-Anforderung = SLEWLIM (LIMIT (Lenkwinkel- Verstärkung x Lenkwinkelfehler))
Die zweite Schleife 310 steuert den Richtungswinkel. Die Richtungswinkel-Anforderung 311 wird begrenzt 312. Der Richtungswinkelfehler 313 wird aus der Differenz zwischen der Anforderung 312 eines begrenzten Richtungswinkels und dem gemessenen Richtungswinkel 314 berechnet. Die Differenz wird durch zwei Verstärkungen geleitet. Die erste Verstärkung ist der Fahrzeugfaktor 315. Die zweite Verstärkung ist die Richtungswinkel-Verstärkung 316. Die Richtungswinkel-Verstärkung 316 wandelt den Fehler in die Lenkwinkel-Anforderung 317 um. Der Fahrzeugfaktor ist eine einzelne Konstante, die nach drei fahrzeugabhängigen Parametern geeicht wird: Zahnstangenverhältnis, Achsabstand und Untersteuerungsfaktor.
Richtungswinkelfehler = LIMIT (Richtungswinkel-Anforderung - Richtungswinkel
Lenkwinkel-Anforderung = Richtungswinkelfehler x Richtungswinkelverstärkung x Fahrzeugfaktor
Fahrzeugfaktor = Zahnstangenverhältnis x Achsabstand/Untersteuerungsfaktor.
Die außengelegene Schleife 320 steuert die Seitenposition. Der Seitenpositionsfehler 321 wird zuerst mit dem Reziprokwert der Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert, um einen "normierten" Positions-Korrekturlenkwinkel 322 zu erhalten. Der Positions-Korrekturlenkwinkel wird zum begrenzten Kurvenausgleich-Mitkopplungs-Richtungswinkel 323 addiert und ergibt die Richtungswinkel-Anforderung 311.
Positions-Korrekturrichtungswinkel = Seitenpositionsfehler x Reziprokwert der Fahrzeuggeschwindigkeit
Richtungswinkel-Anforderung = Positions-Korrekturrichtungswinkel + Kurvenausgleich-Mitkopplungs-Richtungswinkel.
Die Berechnung des Reziprokwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit sollte nur bei Geschwindigkeiten über 40 km/h stattfinden. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten sollte der Fahrzeuggeschwindigkeits-Reziprokwert auf 1/40 (km/h)&supmin;¹ gesetzt werden, um zu verhindern, daß der Algorithmus mit null dividiert.
Fahrzeuggeschwindigkeits-Reziprokwert
= 1/LIMIT (Fahrzeuggeschwindigkeit).
Der weiter oben angegebene Kurvenausgleich-Mitkopplungs-Richtungswinkel 323 wird aus dem Produkt der Krümmungsmessung 324 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 325 berechnet. Dieses Produkt wird durch die Kurvenausgleichverstärkung 326 geleitet und dann in 327 begrenzt, um die Kurvenausgleich-Mitkopplung zu erhalten. Der Kurvenausgleich-Richtungswinkel 323 wird auf null gesetzt, wenn keine Krümmungsmessung 324 verfügbar ist.
Kurvenausgleich-Richtungswinkel = LIMIT (Krümmung x Fahrzeuggeschwindigkeit x Kurvenkorrekturverstärkung)
Die Grenzwerte bei Führungsmoment- und Lenkwinkel-Anforderungen werden durch Bereiche bestimmt, die sich auf die Fahrzeuggeschwindigkeit beziehen.

Automatischer Fahrbahnwechsel

Die Funktion automatischer Fahrbahnwechsel tastet für den Fahrbahnwechsel das Drehungssignal ab und benutzt einen Monitor für den toten Winkel (TBD), um festzustellen, ob die Fahrbahn für das Einscheren des Kfz frei ist. Ist die Fahrbahn frei, wird ein Führungsmoment ausgeübt, um das Kfz in eine danebenliegende Fahrbahn zu bewegen, unter Benutzung von Informationen des Fahrbahnmarkierungssensors, um das Fahrzeug weich zu lenken.
Angesichts der verschiedenen Sicherheitsüberlegungen wird der größtmögliche Umfang des System zu Anfang und dann fortdauernd Fehlersuchtests ausgesetzt. Bei Feststellung einer Schwierigkeit oder Unregelmäßigkeit kann eine Warnung gegeben werden oder das System kann vorübergehend ausgeschaltet werden.

Warnungen an den Fahrzeugführer

Zum Warnen des Fahrzeugführers durch die Warnsteuerung 330 vor vom System erkannten oder ausgelösten Ereignissen sind zwei Einrichtungen vorhanden. Die erste ist "Schütteln des Knüppels" (= Lenkrad) 331 und die zweite ist die Abgabe einer akustischen Warnung 332 an den Fahrzeugführer.

Haptisches Rückkopplungssignal

Der Fahrzeugführer kann durch eine vorsätzliche Vibration des Lenkrades gewarnt werden. Diese Funktion wird als haptische Rückkopplung bezeichnet.
Die haptische Rückkopplung umfaßt eine symmetrische Dreieckwelle, die zur Führungsmoment-Anforderung hinzuaddiert wird. Amplitude und Frequenz der Vibration sind fest.

Akustisches Warnsignal

An die MMI-Steuerung wird eine Nachricht gesandt, die eine Warnung an den Fahrzeugführer anfordert. Dies kann geändert werden - die IDS-Rack-Einheit kann benutzt werden, um eine Vielzahl verschiedener akustischer Warnzeichen abzugeben.

Warnzeichen

Die Warnzeichen werden in den nachstehenden Abschnitten beschrieben. Die nachstehende Tabelle enthält alle Warnzeichen, zusammen mit den Betriebsarten, in denen sie abzugeben sind. Die Warnzeichen sollten mit der vorgegebenen Rate so lange wiederholt werden, wie die Bedingung wahr ist. Im Falle der Fahrbahnmarkierungs-Warnzeichen müssen die Fahrbahnmarkierungen gültig sein. Die Warnzeichen entstehen als Folge einer Vielzahl von Eingaben in die Warnsteuerung, die umfassen:
Geschwindigkeit 333, Fahrbahnbreite 334, Seitenpositionsfehler 335, Schwellenwert für Fahrbahnwölbung 336 und Kfz-Breite 337.

Nahe an Fahrbahnmarkierung

Dies ergibt sich aus der nachstehenden Bedingung:
1/2 (Fahrbahnbreite - Kfz-Breite) - Größe Seitenpositionsfehler < Schwellenwert Nähe an Fahrbahnmarkierung
Die Warnzeichengebung sollte deaktiviert sein, wenn die Fahrbahnbreite klein ist, d.h. wenn
Fahrbahnbreite - Kfz-Breite < Schwellenwert schmale Fahrbahn
Die Bedingung schmale Fahrbahn kann nicht herangezogen werden, wenn die Steuerlogik-Bedingung hinsichtlich Fahrbahnbreite vor dem Schwellenwert für schmale Fahrbahn aufgehoben wird.

Sehr nahe an Fahrbahnmarkierung

Diese Bedingung trifft zu, wenn
1/2 (Fahrbahnbreite - Kfz-Breite) - Größe Seitenpositionsfehler < Schwellenwert Überfahrene Fahrbahnmarkierung
Die Warnzeichengebung sollte deaktiviert sein, wenn die Fahrbahnbreite klein ist wie vorstehend.

Überfahren einer durchgehenden Fahrbahnmarkierung

Dies ist der Bedingung "Große Nähe zur Fahrbahnmarkierung" ähnlich und ergibt sich aus der nachstehend angegebenen Bedingung:
1/2 (Fahrbahnbreite - Kfz-Breite) - Größe Seitenpositionsfehler < Schwellenwert Überfahrene Fahrbahnmarkierung.
Die Warnzeichengebung sollte deaktiviert sein, wenn die Breite der Fahrbahn klein ist wie vorstehend. Das Warnzeichen sollte nur gegeben werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der vorgegebene Wert ist.

Fahrbahneinhaltung außer Betrieb

Wenn die Fahrbahneinhalte-Steuerung aus irgendeinem Grunde ausgeschaltet wird, sollte ein Warnzeichen gegeben werden.

Claims

1. Verfahren zum Spurhalten an einer gedachten Mittellinie zwischen Fahrbahnmarkierungen einer Fahrstraße, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Lenkanlage des Fahrzeuges eine Lenkvorlast so ausgeübt wird, daß der Fahrzeugführer beim Spurhalten der gedachten Mittellinienstellung unterstützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der auf die Lenkanlage ausgeübten Lenkvorlast relativ klein ist, wenn sich die Spur des Fahrzeugs nahe der gedachten Mittellinie befindet, und daß die Lenkvorlast vergrößerbar ist, wenn sich das Fahrzeug den durch die Fahrbahnmarkierungen definierten Begrenzungen nähert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulsierendes Lenkmoment auf die Lenkanlage ausgeübt wird, wenn sich das Fahrzeug einer Fahrbahnbegrenzung nähert

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustisches Signal erzeugt wird, um den Fahrzeugführer vor einem möglichen Überfahren der Fahrbahnbegrenzung zu warnen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal aus dem die Fahrbahnbegrenzung überfahrenden Bereich kommt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die herkömmliche Audioanlage des Fahrzeugs zum Erzeugen des ein simuliertes Überfahren anzeigenden Signals benutzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Fahrbahnmarkierungssignale verlorengegangen sind, eine Warnung an den Fahrzeugführer abgegeben wird und die Anlage ausgeschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage Einrichtungen enthält, welche die Lenkvorlast aufheben, wenn ein Fahrtrichtungsanzeiger des Fahrzeugs betätigt wird.

9. Vorrichtung zur Beibehaltung der Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen, dadurch gekennzeichnet, daß Fahrbahnmarkierungen durch die Verwendung einer Videokamera oder eines am Fahrzeug angeordneten äquivalenten Sensors, der "lichtempfindlich" oder vom "Infrarot" erfassenden Typ ist, erfaßt werden, daß ein zugeordneter Signalprozessor die seitliche Position des Fahrzeugs in bezug auf die Fahrbahnmarkierungen berechnet, und daß ein mit der Lenkmechanik verbundener elektrischer Motor benutzt wird, um ein Drehmoment auf die Lenkanlage auszuüben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugführer die Wirkung umgehen oder aufheben kann, wenn das von ihm auf die Lenkanlage ausgeübte Lenkmoment einen vorbestimmten Drehmomentschwellwert überschreitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage den vorhandenen Servolenkmechanismus ergänzt, aber auch eine Ausfallsicherung liefert für den Fall eines Absterbens des Motors oder eines Ausfalls des Pumpenantriebs.