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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Spurausbruchspräventionssystem
und ein Verfahren, in dem ein Fahrzeug daran gehindert wird, aus
einer Fahrspur auszubrechen mittels Steuerung/Regelung einer Hilfskraft
eines Servolenkungsmechanismus.
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Es besteht eine Idee zur Realisierung
einer Sicherheit eines Fahrzeuges durch positives Assistieren einer
Fahreroperation, wobei ein System zur Einführung dieser Idee als aktiver
Fahrassistent-(ADA)-System bezeichnet wird. Eine primäre Funktion
des ADA-Systems ist es, eine Kollisionsgefahr mit einem vorderen
Fahrzeug abzuschätzen, eine
Gefahr eines Kontaktes mit einem Objekt, eine Möglichkeit eines Ausbruches
von einer Fahrspur einer Straße
oder dergleichen, basierend auf Umgebungsinformation oder Betriebszuständen eines Fahrzeuges,
und um einen Fahrer über
diese gefährlichen
Möglichkeiten
zu informieren oder verschiedene Steuerungs-/Regelungsvorrichtungen
zu aktivieren.
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Viele Verkehrsunfälle auf Autobahnen werden verursacht
durch unbeabsichtigtes Fahrerverhalten, wie beispielsweise das Ausbrechen
aus einer Fahrspur aufgrund einer plötzlichen Schläfrigkeit,
die den Fahrer überkommt.
Verschiedene Technologien sind entwickelt worden, um das Ausbrechen
aus einer Fahrspur zu verhindern.
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Eines von solchen ADA-Systemen wird
beispielhaft dargestellt durch die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. Toku-Kai-Hei 6-255514. In diesem ADA-System wird ein Funktionsgenerator,
der bezeichnet wird als "stabile
laufende potentielle Energie",
bereitgestellt, so daß die
stabile laufende potentielle Energie hoch wird, sowie das Fahrzeug
näher an
die Spurmarkierung kommt und niedrig, wenn das Fahrzeug sich von
der Spurmarkierung entfernt. Wird die stabile laufende potentielle
Energie hoch, wird eine Hilfskraft einer Servolenkung reduziert,
wobei die Hilfskraft ansteigt, wenn die stabile laufende potentielle
Energie niedrig wird.
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Gemäß dem ADA-System ist jedoch
die Antwortfähigkeit
des Servobetriebes unzureichend, da der Lenkbetrieb gesteuert/geregelt
wird, nachdem das Fahrzeug aktuell der Fahrbahnmarkierung nahe kommt,
insbesondere, wenn das Steuerrad scharf gedreht wird, arbeitet das
System nicht sauber.
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Angesichts der obigen Nachteile ist
es ein Ziel der vorliegeneden Erfindung, ein Spurausbruchspräventionssystem
und ein Verfahren mit einer guten Ansprechbarkeit und geringen Kosten
bereitzustellen.
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Das obere Ziel kann erreicht werden
durch Bereitstellen des Systems nach Anspruch 1 und des Verfahrens
nach Anspruch 11.
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Die Merkmale des Oberbegriffes der
Ansprüche
1 und 11 sind bekannt aus US-A-5 485 378.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Lediglich beispielhaft wird im folgenden
eine spezifische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme der angehängten Zeichnungen,
wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das ein Spurausbruchspräventionssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ein
Flußdiagramm
ist, das einen primären
Steuer-/Regelfluß eines
Spurausbruchspräventionssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ein
Flußdiagramm
einer Lenkreaktionskraftsteuer-/regelroutine ist;
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4a ein
erstes Beispiel einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert
wird bezüglich
einer Lenkwinkelgeschwindigkeit;
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4b ein
zweites Beispiel einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert
wird bezüglich
einer Lenkwinkelgeschwindigkeit;
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4c ein
drittes Beispiel einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert
wird bezüglich
einer Lenkwinkelgeschwindigkeit;
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4d ein
viertes Beispiel einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert
wird bezüglich
einer Lenkwinkelgeschwindigkeit;
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5 ein
Beispiel einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert wird bezüglich einer
Bahngeschwindigkeit auf eine Fahrbahnmarkierung zu; und
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6 ein
Beispiel aus einer Karte ist, in der eine Verstärkung etabliert wird bezüglich einer
Distanz zu einer Spurmarkierung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nunmehr bezugnehmend auf die 1 bezeichnet Ziffer 1 ein
Fahrzeug und Ziffer 1a ein Spurausbruchspräventionssystem,
das im Fahrzeug 1 installiert ist. Das Spurausbruchspräventionssystem 1a ist
ein System zum Hindern des Fahrzeuges daran, aus einer Spur auszubrechen
durch Ansteigen einer Lenkreaktionskraft auf einen Servolenkungsmechanismus 2,
wenn das Fahrzeug nahe an die Spurmarkierung kommt.
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Weiterhin weist das Spurausbruchspräventionssystem 1a ein
Paar CCD-Kameras 3a, 3b auf, die jeweils auf den
linken und rechten Seiten des Fahrzeuges 1 angeordnet sind.
Die CCD-Kameras sind für
die Erfassung der Spur vorhanden, in der das Fahrzeug 1 läuft.
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Die CCD-Kameras 3a, 3b sind
verbunden mit einem Bildprozessor 4, in dem dreidimensionale Abstands-/Distanzverteilungen
berechnet werden über
ein gesamtes Bild gemäß dem Triangulationsprinzip.
Der Bildprozessor 4 ist aufgebaut durch einen Abstands-/Distanzdetektionsschaltkreis 4a zum Suchen
eines Bereiches, der ein identisches Objekt aus zwei stereoskopen
Bildern abbildet, zur Berechnung einer Distanz zum Objekt und zur
Ausgabe von Distanzverteilungsdaten in Form des Image-Bildes und einem
Distanzbildspeicher 4b zum Speichern der Distanzverteilungsdaten.
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Der Bildprozessor 4 ist
verbunden mit einer Computereinheit 5 zum Bearbeiten der
Distanzverteilungsdaten und zur Erkennung der Konfiguration einer
Straße
oder einer Vielzahl von festen Objekten. Weiterhin ist die Computereinheit 5 verbunden
mit einer Computereinheit 6 zum Steuern/Regeln des Servolenkungsmechanismus 2.
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Weiterhin empfängt die Computereinheit 5 zur
Bearbeitung von Bildern (hier im nachhinein bezeichnet als Bildverarbeitungscomputereinheit)
Signale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7 beziehungsweise
einem Lenkwinkelsensor 8, und die Computereinheit 6 empfängt zum
Steuern/Regeln der Servolenkung (hier im nachhinein bezeichnet als Servolenkungssteuerungs-/regelungscomputereinheit)
Signale vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7 beziehungsweise
dem Lenkwinkelsensor 8. Ferner empfängt darüber hinaus zu diesen Signalen
die Servorlenkungssteuerungs-/regelungscomputereinheit 6 ein
Motor drehzahlsignal, das in einer Motorsteuerungs-/regelungscomputereinheit
(nicht gezeigt) berechnet wird.
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Andererseits ist der Servolenkungsmechanismus 2 eine
bekannte Servolenkung, die derart aufgebaut ist, daß eine Lenkungseingabe
eines Lenkrades 9 übertragen
wird auf ein Getriebe 12 durch eine Lenkwelle einer Lenksäule 10 und
eines Steuer-/Regelventils 11, und hydraulischer Druck
eines Leistungszylinders 13 eine Lenkhilfskraft generiert.
Der zum Leistungszylinder 13 gespeiste hydraulische Druck
wird durch das Steuer-/Regelventil 11 gesteuert/geregelt.
Das Steuer-/Regelventil 11 gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt
einen Reaktionskraftmechanismus zur Generierung einer Lenkreaktionskraft,
das heißt,
einer Kraft, um der Bewegung des Lenkrades 9 entgegenzuwirken.
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Weiterhin ist das Steuer-/Regelventil 11 ein direkt
operierendes Magnetventil (Solenoid-Ventil), in dem eine Ölzufuhr
zum Reaktionskraftmechanismus gesteuert wird durch ein Spulenventil,
das verbunden ist mit einem elektromagnetischen Kolben eines Linearsolenoides.
Die Lenkungsreaktionskraft wird gesteuert/geregelt durch Einstellen
eines Solenoidantriebsstroms, der durch das lineare Solenoid geht. Der
Solenoidantriebsstrom wird gesteuert/geregelt durch die Computereinheit 6,
wie im nachhinein beschrieben wird.
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Unter Berücksichtigung des Spurerfasssungsprozesses
in der Bildverarbeitungscomputereinheit 5 wird lediglich
eine Spurmarkierung auf einer Straße extrahiert unter Verwendung
dreidimensionaler Information, die gebildet wird durch Distanzbilder, die
im Distanzbildspeicher 4b gespeichert sind, und die Konfigurationen
einer Straße
und einer Spur, auf der das Fahrzeug sich bewegt, werden wahrgenommen
durch Korrektur und Ändern
von eingebauten Straßenmodellparametern,
um auf diese Weise mit einer aktuellen Straßenkonfiguration übereinzustimmen.
Die Konfiguration der Spur wird wahrgenommen als linke und rechte
Spurmarkierungen. Werden diese Spurmarkierungen wahrgenommen, werden ferner
die Position des Fahrzeuges, das heißt, die Distanz zwischen linken
und rechten Spurmarkierungen, und die Distanz zwischen dem Fahrzeug
und entweder den linken bzw. den rechten Spurmarkierungen berechnet.
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Darüber hinaus werden in Bezug
auf den Objekterfassungsprozeß durch
die Bildverarbeitungscomputereinheit 5 lediglich Daten
von betreffenden Objekten selektiert von jedem der kleinen Bereiche, die
eingeteilt sind durch Gitter, und Abstände zu den Objekten berechnet.
Ist die Distanz zu zwei benachbarten Objekten identisch oder kleiner
als ein spezifischer Wert, werden diese zwei Objekte als zum gleichen
Objekt gehörig
angenommen, und falls diese größer als
ein spezifischer Wert ist, werden diese Objekte als unterschiedliche
Objekte angesehen. Anschließend
wird ein Umriß eines
Objektes aus diesen Objekten gebildet.
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Die Bildung eines Abstandsbildes
durch den Bildprozessor 4 und die Prozesse zur Detektierung der
Konfiguration einer Straße
und Objekten durch die Bildverarbeitungscomputereinheit 5 sind
im Detail in den japanischen Patentanmeldungen Toku-Kai-Hei 5-265547
und Toku-Kai-Hei 6-177236 beschrieben, wobei beide durch den Erfinder
der vorliegenden Erfindung erfunden worden sind.
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In der Servolenkungssteuerungs-/regelungscomputereinheit
6 weist das Spurausbruchspräventionssystem 1a gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Funktion auf, daß,
wenn dort eine Möglichkeit
eines Ausbruchs aus einer Spur besteht, die Lenkungsreaktionskraft
gesteuert wird ebenso durch die Lenkwinkelgeschwindigkeit, zusätzlich zu
einer bekannten Technik zur Steuerung der Lenkreaktionskraft, die
auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl basiert. Das
heißt,
daß in
der Servolenkungssteuerungs-/regelungscomputereinheit 6, wenn
entschieden wird, daß dort
eine Möglichkeit vorliegt,
daß das
Fahrzeug von einer durch die Bildverarbeitungscomputereinheit 5 erfaßten Spur
ausbricht, ein Korrekturwert zur Korrektur der Lenkreaktionskraft
etabliert wird, basierend auf der Winkelgeschwindigkeit des Lenkwinkels,
die erhalten wird durch Differenzieren des im Lenkwinkelsensor 8 detektierten
Lenkwinkels, und die Lenkreaktionskraft angehoben wird durch Korrektur
einer normalen Lenkreaktionskraft mit dem Korrekturwert, um so eine Lenkoperation,
die das Fahrzeug in Richtung außerhalb
der Spur lenkt, zu beschränken.
Die Beurteilung einer Möglichkeit
eines Spurausbruches kann durchgeführt werden durch die Bildverarbeitungscomputereinheit 5.
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Der Prozeß zur Prävention eines Spurausbruches
durch Verwendung des Spurausbruchspräventionssystems 1a wird
unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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2 zeigt
eine Hauptroutine, die in dir Servolenkungssteuerungs-/regelungscomputereinheit 6 durchgeführt wird.
In dieser werden zunächst
mit einem Schritt S100 (hier im nachfolgenden bezeichnet als S-Nummer) Daten gelesen
von der Bildverarbeitungscomputereinheit 5, um die Position
der Spurmarkierung zu bestätigen,
die die Spur bildet, der das Fahrzeug folgt und die Position des
Fahrzeuges in Bezug auf die Spurmarkierung, und anschließend wird
bei S200 entschieden, ob oder ob nicht das Lenkrad gedreht wird.
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Wenn entschieden wird, daß das Lenkrad nicht
gedreht wird, fährt
das Programm zurück
zu S100 und falls entschieden wird, daß das Lenkrad sich bewegt,
geht das Programm von S200 zu S300, wo eine Lenkreaktionskraftsteuerungs-/regelungsroutine,
die in 3 gezeigt ist,
ausgeführt
wird, und anschließend
verläßt das Programm
die Routine.
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In der Lenkreaktionskraftsteuerungs-/regelungsroutine
wird bei S301 entschieden, ob oder ob nicht das Fahrzeug sich in
einem riskanten Zustand bewegt, das heißt, ein Zustand, der das Fahrzeug nahe
an die linke oder rechte Spurmarkierung bringt. Ist die Position
des Fahrzeuges beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
in Bezug auf eine Referenzposition, die berechnet wird aus dem Abstand
zwischen den linken und rechten Spurmarkierungen, wird entschieden,
daß das
Fahrzeug sich nicht in einem riskanten Zustand befindet und das Programm
wird nach S302 geleitet, wo die Reaktionskraft etabliert wird als
ein normaler Wert, der lediglich von der Fahrzeuggeschwindigkeit
und Motordrehzahl abhängt.
Normalerweise wird die obige Referenzposition etabliert, um so ein
Zentrum der Distanz zwischen den linken und rechten Spurmarkierungen
zu sein. Danach geht das Programm zu S309, wo der Solenoidantriebsstrom
des Steuer-/Regelventiles 11 so gesteuert/geregelt wird,
um eine normale Reaktionskraft zu generieren, und anschließend verläßt das Programm
die Routine.
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Andererseits, wenn die Position des
Fahrzeugs außerhalb
des vorbestimmten Bereiches ist und auf eine der linken oder rechten
Spurmarkierungen zusteuert, wird bei S301 entschieden, daß das Fahrzeug
sich in einem riskanten Zustand befindet und das Programm geht zu
S303, wo geprüft
wird, ob die Lenkrichtung sich von der Referenzposition weg oder
darauf zurückbewegt.
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In dieser Ausführungsform wird geprüft, ob die
Lenkrichtung sich von der Referenzposition entfernt oder zurückkehrt,
durch Untersuchung, wie das Lenkrad gedreht worden ist in Bezug
auf eine Objektspurmarkierung, die näher am Fahrzeug ist, das heißt, eine
Untersuchung dahingehend, ob das Lenkrad gedreht worden ist in Richtung
der Objektspurmarkierung oder in die entgegengesetzte Richtung der
Objektspurmarkierung.
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Wird das Lenkrad in Richtung der
Objektspurmarkierung bewegt, geht das Programm von S303 zu S304,
wo ein Korrekturkoeffizient "a" aufgestellt wird,
um 1 zu betragen, und wenn das Lenkrad in die entgegengesetzte
Richtung der Objektspurmarkierung bewegt wird, das heißt, in die
Richtung die Objektspurmarkierung verlassend, geht das Programm
zu S305, wo der Korrekturkoeffizient "a" auf –1 gesetzt
wird.
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Nachdem der Korrekturkoeffizient
bei S304 oder bei S305 gesetzt worden ist, geht das Programm zu
S306, wo eine Verstärkung "K" erhalten wird durch Bezug auf eine
Karte, die eine Lenkwinkelgeschwindigkeit σ parameterisiert, die erhalten wird
durch Differenzierung der im Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkel
und anschließend
bei S307 eine Korrekturreaktionskraft erhalten wird durch Multiplizieren
der Verstärkung "K" durch den Korrekturkoeffizienten "a". Das Differential des Lenkwinkels wird
bereitgestellt durch Passieren eines Signals des Lenkwinkelsensors
durch einen CR-Schaltkreis, wie beispielsweise ein Hochpaßfilter
erster Ordnung oder durch Durchführen
eines Digitalfilterprozesses (erhaltend Differenzen von Lenkwinkel
je Sampling-Zeit Δt).
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Nachdem die Korrekturreaktionskraft
bei S307 erhalten worden ist, geht das Programm zu S308, wo eine
Lenkreaktionskraft erhalten wird durch Addieren der Korrekturreaktionskraft
zur normalen Reaktionskraft. Anschließend wird bei S309 der Solenoidantriebsstrom des
Steuer-/Regelventils 11 gesteuert, um so diese Lenkreaktionskraft
zu generieren und das Programm verläßt die Routine.
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Die Verstärkung "K" der
Korrekturreaktionskraft wird erhalten durch Bezugnahme auf eine
Karte, die die Lenkwinkelgeschwindigkeit σ parameterisiert. Beispiele
der Karte sind in 4a bis 4d gezeigt. 4a ist ein Beispiel, in dem eine Verstärkung K1
linear von Null bis auf ein hohes Limit proportional zur Lenkwinkelgeschwindigkeit σ ansteigt.
Ist das Fahrzeug in einem riskanten Zustand, daß das Fahrzeug nahe an die
Spurmarkierung kommt, wird der Korrekturkoeffizient "a" auf 1 gesetzt und die Lenkreaktionskraft
erhöht
aufgrund einer dazugegebenen positiven Korrekturreaktionskraft,
um eine Aufmerksamkeit des Fahrers hervorzurufen. Entfernt sich
das Fahrzeug von der Objektspurmarkierung, wird der Korrekturkoeffizient "a" auf –1 gesetzt und die Lenkreaktionskraft
erniedrigt aufgrund einer dazugegebenen negativen Korrekturreaktionskraft,
um die Rückkehr des
Fahrzeuges in Richtung der Referenzposition mit einer geringen Lenkkraft
zu erleichtern.
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Weiterhin könnte die Verstärkung K
der Korrekturreaktionskraft nicht-linear wie K2 in einem Beispiel
von 4c variieren.
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Weiterhin, wie in den 4b und 4d gezeigt, könnte eine Totzone, in der keine
Verstärkung
generiert wird in Bezug auf die Lenkwinkelgeschwindigkeit σ, bereitgestellt
werden, um keine zusätzliche
Lenkreaktionskraft zu erzeugen, wenn das Fahrzeug eine normale Fahrt
vollführt.
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Weiterhin kann die Verstärkung K
etabliert werden als eine zweite Verstärkung gemäß einer Geschwindigkeit des
Fahrzeuges, das sich von der Referenzposition ent fernt (in dieser
Ausführungsform ersetzt
durch eine Bahngeschwindigkeit zur Objektspurmarkierung) oder einer
Geschwindigkeit des Fahrzeuges, das der Referenzposition nahe kommt (in
dieser Ausührungsform
ersetzt durch eine Entfernungsgeschwindigkeit von der Objektspurmarkierung).
Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, das sich entfernt oder nähert, wird
berechnet durch Differenzierung der Distanz zwischen dem Fahrzeug
und der Objektspurmarkierung.
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Weiterhin kann als dritte Verstärkung die
Verstärkung
K etabliert werden gemäß einer
Distanz von der Referenzposition zum Fahrzeug (in dieser Ausführungsform
ersetzt durch eine Distanz zwischen der Objektspurmarkierung und
dem Fahrzeug).
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Beispielsweise, wie in 5 gezeigt, wird die zweite
Verstärkung
K3 etabliert, um linear anzusteigen mit einem Anstieg an Bahngeschwindigkeit
zur Objektspurmarkierung. In diesem Fall, obwohl keine spezifische
Zeichnung aufgezeigt ist, kann die zweite Verstärkung K3 etabliert werden,
um nicht-linear bezüglich
der Bahngeschwindigkeit zur Objektspurmarkierung zu variieren. Gemäß dieser
etablierten Verstärkung,
wenn die Bahngeschwindigkeit zur Objektspurmarkierung klein ist,
wird der Gewinn etabliert, um klein zu sein, wobei, wenn die Bahngeschwindigkeit
groß ist,
der Gewinn etabliert wird, um groß zu sein.
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Weiterhin, wie in 6 gezeigt, wird die dritte Verstärkung K4
etabliert, so daß diese
groß wird, wenn
die Distanz zwischen der Objektspurmarkierung und dem Fahrzeug geringer
wird und gering wird, wenn die Distanz größer wird.
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Diese erhaltenen zweiten und dritten
Verstärkungen
können
verwendet werden in Kombination mit den vorher genannten Verstärkungen
K1 und K2. Das heißt,
daß die Korrekturreaktionskraft
berechnet wird wie folgt:
a × K1 (a × K2), a × K1 × K3 (a × K2 × K3) und, a × K1 × K3 × K4 (a × K2 × K3 × K4).
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Zusammenfassend, und gemäß der vorliegenden
Erfindung kann, da die Lenkreaktionskraft gesteuert/geregelt wird,
basierend auf der Lenkwinkelgeschwindigkeit σ, solch ein riskanter Zustand, daß das Fahrzeug
sich von der Spur durch eine scharfe Lenkoperation entfernt, vermieden
werden durch Applizieren einer zusätzlichen Reaktionskraft zum
Servolenkungsmechanismus. Wird andererseits das Fahrzeug bei einer
normalen Geschwindigkeit der Lenkoperation bewegt, da keine zusätzliche
Reaktionskraft appliziert wird, bleibt ein Lenkversuch eines Fahrers
leicht.
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Während
die vorliegende bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, ist
dies dahingehend zu verstehen, daß die Offenbarung zum Zwecke
der Illustration dient und daß verschiedene Änderungen und
Modifikationen durchgeführt
werden können, ohne
den Schutzbereich der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen aufgestellt,
zu verlassen.