EP4313729A1 - System und verfahren zur ansteuerung eines elektromechanischen lenksystems eines fahrzeugs - Google Patents

System und verfahren zur ansteuerung eines elektromechanischen lenksystems eines fahrzeugs

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Publication number
EP4313729A1
EP4313729A1 EP22716328.4A EP22716328A EP4313729A1 EP 4313729 A1 EP4313729 A1 EP 4313729A1 EP 22716328 A EP22716328 A EP 22716328A EP 4313729 A1 EP4313729 A1 EP 4313729A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
information
steering
driver
torque
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22716328.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Feick
Philipp Kessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Autonomous Mobility Germany GmbH filed Critical Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Publication of EP4313729A1 publication Critical patent/EP4313729A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/24—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
    • B62D1/28—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers
    • B62D1/286—Systems for interrupting non-mechanical steering due to driver intervention
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for controlling an electromechanical steering system of a vehicle.
  • Electromechanical steering systems for vehicles also EPS: Electric Power Steering
  • EPS Electric Power Steering
  • a program-controlled electric servomotor supports and superimposes the driver's steering movements by transferring forces to the steering mechanism.
  • Lane-guided driver assistance systems use captured environmental information to control the vehicle laterally and longitudinally along a planned trajectory.
  • the electromechanical steering is used as an actuator for lateral vehicle guidance, which receives suitable control information from a trajectory follower controller.
  • systems with a first interface variant are known in which the vehicle's lateral dynamics are influenced by an additive superimposition of torque values with the motor torque of the control motor of the electromechanical steering.
  • systems with a second interface variant are known in which the vehicle's lateral dynamics are controlled by specifying a target steering angle.
  • a steering angle controller is implemented on the electromechanical steering control unit.
  • the main design goal for driver assistance systems is to achieve high control quality in lane guidance. Simultaneously striving for a high degree of steering comfort when oversteering by the driver often leads to a conflict of objectives. Under “oversteering” is understood here that the driver at the Steering device performs a steering movement that deviates from the steering movement specified by the driver assistance system.
  • driver torque can increase continuously up to a value that corresponds to the level of the safety barrier that is due to the limitation of the engine torque of the servomotor of the electromechanical steering to ensure oversteerability by the driver.
  • This increase in the driver's torque is due to the fact that the driver's actions are interpreted as a disturbance torque directly acting on the angle control loop and also as a disturbance variable for the trajectory following control loop due to the resulting change in vehicle alignment.
  • This disturbance by the driver is then corrected using the dynamics of the overall disturbance transfer function of the lateral control.
  • the higher the dynamics of the overall disturbance transfer function the faster the counter-torque for the driver increases.
  • the counter-torque for the driver rises all the higher in absolute terms, the higher the direct component amplification of the overall disturbance transfer function.
  • the driver assistance system works against the driver without taking into account the driving situation and impedes him by the driver having to apply an additional steering torque in order to meet the specification of the driver assistance system, which is currently pursuing a different management goal , to overrule.
  • the above-described effects in cooperative driving ie when the driver interacts with the driver assistance system, lead to reduced driving comfort and thus to less acceptance of the driver assistance function.
  • the invention relates to a system for controlling an electromechanical steering system of a vehicle.
  • the vehicle includes a driver assistance system that is designed to generate a first piece of steering control information.
  • the system has a control unit with at least one first regulator unit.
  • the control unit includes a first interface that is designed to receive driver moment information.
  • the control unit includes at least one second interface, which is designed to receive at least one piece of adjustment information that is dependent on the driving condition and/or the driving situation.
  • First and second adjustment information is preferably provided via the second interface. At least one of the items of adjustment information is dependent on the driving status or driving situation.
  • the control unit is configured to provide second steering control information that is obtained from the
  • Driver moment information and the at least one adjustment information is dependent. Furthermore, the system is designed to provide the steering system of the vehicle with modified steering control information based on the first and second steering control information, based on the one steering movement is carried out on the electromechanical steering system.
  • modified steering control information means that either the modified steering control information itself or a variable derived from it, which is formed, for example, by the transfer function of a safety barrier, is used to initiate steering movements on the electromechanical steering system.
  • the technical advantage of the system according to the invention is that the driver torque that the driver feels on the steering device during cooperative driving can be adjusted as a function of the driving condition or driving situation, resulting in a driving behavior that feels natural to the driver.
  • the driver torque that the driver feels on the steering device during cooperative driving can be adjusted as a function of the driving condition or driving situation, resulting in a driving behavior that feels natural to the driver.
  • the driver assistance system is it made more difficult to override the specification of the driver assistance system in such a way that the driver is signaled that it is better, depending on the driving situation, to comply with the specification of the driver assistance system.
  • the first steering control information item is angle information, torque information for the servomotor of the electromechanical steering system, or information that is proportional to the torque of the servomotor of the electromechanical steering system.
  • the driver assistance system thus controls the electromechanical steering either based on setpoint steering angle information or a setpoint torque specification, and this setpoint steering angle information or setpoint torque specification is converted into the modified steering control information depending on the driver's influence through the second steering control information.
  • the system can be used both in an interface variant with an angle interface and in an interface variant with a torque interface.
  • first adjustment information is a driver torque threshold value.
  • the control unit is designed to generate second steering control information, which is a modification of the first steering control information provided by the driver assistance system, when the amount of driver moment information is above the driver moment threshold value causes.
  • second steering control information is a modification of the first steering control information provided by the driver assistance system, when the amount of driver moment information is above the driver moment threshold value causes.
  • second adjustment information is oversteering stiffness information, which is a measure of the steering resistance that the driver has to overcome at the steering device in order to oversteer the steering behavior specified by the driver assistance system.
  • Oversteering stiffness information forms information similar to a variable spring constant of a spring, via which a force that has to be overcome in order to compress the spring can be adjusted.
  • the oversteering stiffness information indicates how sluggish the steering behavior that is specified by the driver assistance system can be influenced by the driver. By changing the oversteering stiffness information, it is thus possible to set, depending on the situation, how the driver's torque on the steering device must be in order to bring about a predetermined steering movement of the electromechanical steering system.
  • the control unit is designed to adapt the control behavior of the first control unit of the control unit based on the oversteering stiffness information.
  • At least one amplification factor of the first controller unit is preferably adjusted as a function of the oversteering stiffness information.
  • a function can be provided that maps the required degree of oversteering stiffness to the at least one amplification factor. There is preferably a reciprocal dependency such that a higher oversteering stiffness is converted to a lower control loop gain and vice versa.
  • Oversteering stiffness information done.
  • a function can also be provided here be that maps the required level of oversteering stiffness to the at least one cut-off frequency.
  • the control unit is designed to receive first and second adjustment information, with either one of the two adjustment information having a fixed value and the other adjustment information having a value dependent on the driving status or driving situation, or the first and second adjustment information being both dependent on the driving status or driving situation.
  • the steering behavior of the driver assistance function can be designed as a function of the driving status and driving situation in such a way that the most natural possible cooperative driving behavior is achieved.
  • the control unit is designed such that the first controller unit receives a torque difference that is zero when the amount of driver torque information is less than or equal to the driver torque threshold value and has an amount of driver torque information reduced by the driver torque threshold value as soon as the amount of driver torque information reaches the driver torque threshold value exceeds. In this way it can be achieved that the specification of the steering assistance system is only influenced by the driver when he applies a significant torque to the steering device.
  • the first controller unit has an absolute value characteristic that falls monotonically above a limit frequency.
  • Such a control behavior is advantageous for a cooperative driving behavior, since vibrations in the steering wheel, for example, as a result of the control circuit created by the negative feedback of the driver's moment, can thereby be effectively avoided.
  • the first controller unit has a control behavior in accordance with a PT1 controller.
  • This type of controller is advantageously suitable for the interactive control of the vehicle through influences by the driver and the driver assistance system.
  • the first controller unit has a control behavior such that the modification of the first steering control information item by the second steering control information item reduces the torque difference supplied to the first controller unit as an input variable. This achieves a control behavior of the system such that the driver assistance function is increasingly adjusted to the driver's steering specifications and the driver assistance system therefore directs less counter-torque to the driver.
  • a second controller unit which is designed to convert setpoint torque information from the steering angle controller for the servomotor of the electromechanical steering system or information proportional to this setpoint torque information implement steering angle information, yaw rate information or curvature information as second steering control information.
  • the second controller unit is designed to receive setpoint torque information from the steering angle controller for the servomotor of the electromechanical steering system that is weighted with an activation factor, with the activation factor being provided by the first controller unit.
  • Torque information is preferably received from the control circuit of the second control unit and an arithmetic operation is carried out with a setpoint value.
  • the moment information is provided, for example, by the steering angle controller of the electromechanical steering system.
  • the torque information is subtracted from the setpoint and the the resulting control difference is multiplied by the activation factor. The result of this multiplication is then fed to the second controller unit as input information.
  • the magnitude of the torque of the servomotor is mainly a measure of the torque applied to the driver.
  • the fact that the second controller unit now tries to reduce the control difference multiplied by the activation factor effectively reduces the working of the driver assistance function against the driver. The extent of this reduction is determined by the level of the activation factor.
  • the second controller unit is designed to receive the oversteering stiffness information and to adapt the control behavior of the second controller unit based on the oversteering stiffness information.
  • At least one amplification factor of the second controller unit is preferably adjusted as a function of the oversteering stiffness information.
  • a function can be provided that maps the required degree of oversteering stiffness to the at least one amplification factor. There is preferably a reciprocal dependency such that a higher oversteering stiffness is converted to a lower control loop gain and vice versa.
  • the cut-off frequency can be adapted, for example, as a function of the oversteering stiffness information.
  • a function can also be provided here that maps the required degree of oversteering stiffness to the at least one limit frequency.
  • the second controller unit has an absolute value characteristic that falls monotonously above a limit frequency and/or a control behavior in accordance with a PT1 controller.
  • a controller behavior or this type of controller is advantageously suitable for the interactive control of the vehicle through influences of the driver and the driver assistance system.
  • the invention relates to a method for controlling an electromechanical steering system of a vehicle Driving assistance system that provides first steering control information and a control unit with at least one first controller unit, wherein the control unit receives driver moment information that the human driver applies to the steering device, and receives at least one piece of adjustment information dependent on the driving state and/or the driving situation, wherein the control unit receives a second providing steering control information dependent on the driver moment information and the at least one adjustment information and the system modifying the steering system of the vehicle based on the first and second steering control information
  • FIG. 1 shows an example of a schematic representation of a first embodiment of a system for controlling an electromechanical steering system of a vehicle, the electromechanical steering system being controlled by the driver assistance system by means of moment information; and 2 shows an example of a schematic representation of a second embodiment of a system for controlling an electromechanical steering system of a vehicle, wherein the electromechanical steering system is controlled by the driver assistance system by means of desired steering angle information.
  • FIG. 1 shows, by way of example and schematically, a block diagram of a first exemplary embodiment of a system 1 which is used to control a steering system 2 with an electromechanical drive (EPS: electric power steering).
  • EPS electromechanical drive
  • a program-controlled electric servomotor supports the steering movements of the driver or, in the case of autonomous or semi-autonomous driving, carries out at least some of its own steering movements.
  • the steering system 2 has a torque interface, i.e. the steering system 2 is designed to receive, as input information, torque information for the servomotor of the steering system 2 or information proportional to the torque, for example information regarding the current through the servomotor of the steering system 2 to obtain.
  • the system 1 has a driver assistance system 3 that provides a first item of steering control information L1 at an output interface.
  • the driver assistance system can, for example, have an environment recognition unit 3.1, which creates an environment model in the vehicle area by means of a sensor system.
  • the driver assistance system 3 can have a trajectory planner unit 3.2.
  • the trajectory planner unit 3.2 is coupled at least indirectly to the environment recognition unit 3.1 and is designed to receive information from the environment recognition unit 3.1 and to plan travel trajectories based thereon.
  • the driver assistance system 3 preferably has a trajectory following control 3.3. This is coupled at least indirectly to the trajectory planner unit 3.2 and is designed to calculate control information for the vehicle in order to move the vehicle on a calculated and selected travel trajectory.
  • the output information of the trajectory following control 3.3 is preferably a target steering angle cpsoii, which is used to drive along a selected travel trajectory.
  • the driver assistance system 3 preferably also has a steering angle controller 3.4.
  • This steering angle controller 3.4 is coupled at least indirectly to the trajectory following control 3.3 and receives control information from this trajectory following control 3.3, in particular the setpoint steering angle.
  • the steering angle controller 3.4 is preferably designed to provide torque information for the servomotor of the steering system 2 or information proportional to the torque, for example information regarding the current through the servomotor of the steering system 2, as a setpoint specification.
  • the steering angle controller 3.4 can be designed to suppress disruptive effects such as an oscillating steering behavior.
  • the steering angle controller 3.4 preferably provides the first item of steering control information L1.
  • the unit 7 can, for example, be a functional component of the driver assistance system 3 , ie it can be provided in a control unit of the driver assistance system 3 or else in a control unit which is separate from the driver assistance system 3 .
  • the unit 7 can also have means for observing the driver in order to record and process the behavior of the driver, the direction in which he is looking and/or his actions in order to be able to draw conclusions about future driving commands from the driver.
  • the system 1 also has a control unit 4 which is designed to provide a second piece of steering control information L2.
  • the system 1 uses the second item of steering control information L2 to modify the first item of steering control information L1 in such a way that the third, modified item of steering control information L3 created by the modification enables improved cooperative driving, in which the human driver, depending on the driving state and/or the driving situation, even when the driving assistance function is activated, one Lateral control of the vehicle causes greater freedom to participate in the control of the vehicle, so that the impression of externally determined driving behavior is reduced depending on the driving state and/or the driving situation.
  • the control unit 4 has a first interface S1, which is designed to receive driver moment information M.
  • the driver torque information M is torque information or a variable that is proportional to this torque information and indicates what torque the driver applies to the steering device of the vehicle.
  • the driver moment information M is preferably first subjected to an absolute value formation using an absolute value unit 4.1.
  • provided.
  • a counting arrow system was selected in which a positive driver torque is defined in such a way that it has the same effect as a positive motor torque of the electromechanical steering system 2 or as a positive steering angle, which usually indicates cornering to the left.
  • the control unit 4 also has a second interface S2, at which first and second adjustment information A1, A2 are provided.
  • the first and a second piece of adjustment information A1 , A2 are preferably provided by the unit 7 .
  • At least one of the pieces of adjustment information A1, A2 is a variable dependent on the driving state and/or driving situation, ie dependent
  • the first and/or second adjustment information A1, A2 is changed based on the driving condition or the driving situation that the unit 7 recognizes.
  • the first and second pieces of adjustment information A1, A2 are preferably adjusted as a function of the driving state and/or the driving situation.
  • the first adjustment information A1 is preferably a driver torque threshold value, i.e. a threshold value for torque information or a variable proportional to this torque information.
  • the first adjustment information A1 is used in the control unit 4 to define a threshold which, when exceeded, is intended to enable the driver to influence the steering behavior specified by the driver assistance system 3 .
  • and the first adjustment information A1 fed to a subtraction point 4.2, which provides moment difference information DM on the output side.
  • the torque difference information DM is supplied to a first controller unit 5 as input information.
  • the controller unit 5 has the effect of a limiting controller, in such a way that by adapting the control behavior of the first controller unit 5 using the second adaptation information A2, the hardness can be adjusted by means of which the steering behavior specified by the driver assistance system can be overridden by the driver.
  • the first controller unit 5 specifies the torque that the driver has to apply to the steering wheel, above which the driver assistance system becomes increasingly flexible with regard to a different direction desired by the driver.
  • the degree of this compliance is defined by the adjustment information. In other words, the severity of the steering resistance that the driver feels when oversteering the steering input from the driver assistance system is variably adjusted.
  • the second piece of adjustment information A2 is therefore also referred to below as “oversteering stiffness”.
  • the control behavior of the first control unit 5 is changed based on the second adjustment information A2.
  • the controller gain within the first controller unit 5 is influenced by the second adjustment information A2.
  • One or more amplification factors of the first controller unit 5 are influenced in such a way that the desired oversteering stiffness is achieved.
  • the controller gains assume high values. In terms of their amount, these are only limited, for example, by the effort invested in the design and implementation of stabilization measures.
  • the driver perceives the assistance system to be more flexible and less commanding when driving cooperatively.
  • an adjustment of the cut-off frequencies of the first controller unit 5 may be necessary due to the higher loop gain in order to comply with stability criteria.
  • the adjustment of the filter limit frequency(s) of the first controller unit 5 is preferably also based on the second adjustment information A2.
  • the control unit 4, in particular the first regulator unit 5, preferably has a saturation function.
  • the saturation function is like this selected that the maximum value of the output information of the first controller unit 5 or the maximum value of the second steering control information L2 is limited.
  • the amount of the output information of the first controller unit 5 is thus limited by the saturation function in definable thresholds.
  • the definition of these thresholds represents a further degree of freedom for the design of the oversteering behavior.
  • the thresholds can have a defined fixed value or can also be designed depending on the driving situation. Low thresholds allow the counter-torque for the driver to increase again from a certain degree of oversteering. The reason is that with a comparatively low threshold, the amount of first steering control information L1 exceeds the second steering control information L2 from a certain degree of oversteering and the modified steering control information L3 formed by summation point 8 thus increasingly represents the desire of the driver assistance system, which the driver sees as Disturbance of the control circuit corrected.
  • the counter-torque for the driver increases again.
  • One application is that the driver torque is initially relatively low when the desired deviation from the specification of the driver assistance system is small and only increases when the desired deviation is larger, whereby a tolerance zone for the oversteering is haptically transmitted to the driver.
  • High limiting thresholds for the second item of steering control information L2 mean that the first item of steering control information L1 can be overruled.
  • the modified steering control information L3 thus increasingly represents the driver's intention to oversteer, and the control objective of the driver assistance system is pushed further and further back. As a result, the required steering torque for a steering maneuver can be smaller than is necessary without a driver assistance function.
  • An application for this is e.g.
  • the output information provided by the first controller unit 5 is then multiplied by the sign of the driver's moment, as is shown in Fig. 1 is represented by the "sign" block.
  • the “sign” function determines the sign of the driver moment information M
  • the second steering control information item L2 is formed by multiplying the output information of the first controller unit 5 by the sign of the driver moment information M. The result of this is that the control unit 4 provides steering control information L2, independently of the steering direction, which is directed in such a way that the driver's torque is reduced.
  • the second steering control information L2 is transmitted to an addition point 8.
  • FIG. There, the second steering control information L2 and the first steering control information L1 are added and the third steering control information L3 is provided.
  • the addition point 8 can be replaced by a subtraction point, which results in a functionally identical system.
  • the third item of steering control information L3 is fed to a safety barrier SB, which provides fourth item of steering control information L4 on the output side.
  • the safety barrier SB is a unit that monitors and actively limits the manipulated variable before it is physically taken into account in terms of absolute height and gradient.
  • the safety barrier SB is configured, for example, to monitor the modified steering control information L3 with regard to compliance with safety goals and, if necessary, to modify it if the safety goals are not being met.
  • the absolute level of the modified steering control information L3 and its gradient can be monitored and, if necessary, also actively limited.
  • the fourth steering control information L4 forms the input variable of the electromechanical steering system 2.
  • the first controller unit 5 Depending on the driver moment information M, and the first and second adjustment information A1, A2, the first controller unit 5 generates a second steering control information L2, which changes the first steering control information L1 generated by the driver assistance system 3, so that the driver influences steering system 2 of the vehicle, which is dependent on first and second adjustment information A1, A2.
  • information from the functional units 3.1 to 3.4 of the driver assistance system 3 and the electromechanical steering system 2 can be used to record the driving condition or the driving situation.
  • FIG. 2 shows, by way of example and schematically, a block diagram of a second exemplary embodiment of a system 1 that is used to control a steering system 2 with an electromechanical drive.
  • the steering system 2 has an angle interface, i.e. the steering system 2 is designed to receive angle information, in particular setpoint steering angle information cpsoii, as input information.
  • the steering angle controller is preferably integrated into the steering system 2 .
  • the driver assistance system 3 provides the setpoint steering angle information cpsoii as first steering control information L1 at an output interface.
  • the driver assistance system in turn has, for example, an environment detection unit 3.1, which creates an environment model in the vehicle area by means of a sensor system. Furthermore, the driver assistance system 3 can have a trajectory planner unit 3.2.
  • the trajectory planner unit 3.2 is coupled at least indirectly to the environment recognition unit 3.1 and is designed to receive information from the environment recognition unit 3.1 and to plan travel trajectories based thereon.
  • the driver assistance system 3 preferably has a trajectory following control 3.3. This is coupled at least indirectly to the trajectory planner unit 3.2 and is designed to calculate control information for the vehicle in order to move the vehicle on a calculated and selected travel trajectory.
  • output information of trajectory following control 3.3 is first steering control information L1 in the form of setpoint steering angle information cpsoii, according to which a selected travel trajectory is traveled.
  • At least some of the aforementioned units 3.1 to 3.3 of the driver assistance system 3 can, as indicated by the vertical arrows in FIG. 2, be connected to a unit 7, by means of which a driving state detection or driving situation detection is provided.
  • the unit 7 can, for example, be a functional component of the driver assistance system 3, i.e. it can be provided in a control unit of the driver assistance system 3 or else in a control unit that is separate from the driver assistance system 3.
  • the unit 7 can also have means for observing the driver in order to record and process the behavior of the driver, the direction in which he is looking and/or his actions in order to be able to draw conclusions about future driving commands from the driver.
  • the system 1 in turn has a control unit 4 which is designed to provide a second piece of steering control information L2.
  • the system 1 modifies the first steering control information L1 by means of the second steering control information L2 in such a way that by means of the modified steering control information L3 resulting from the modification, improved cooperative driving, in which the human driver, depending on the driving state and/or driving situation, is provided with an activated driving assistance function, which provides lateral control of the Vehicle causes greater freedom in the participation of the control of the vehicle is granted, so that the impression of externally determined driving behavior depending on the driving status and / or driving situation is reduced.
  • the interfaces S1 and S2 of the control unit 4 and the processing of the information received at the interfaces S1 and S2 by the amount unit 4.1 and the first controller unit 5 is identical to the first exemplary embodiment according to FIG 1, so that reference is made to the previous statements. These also apply in the same way to the exemplary embodiment in FIG.
  • a significant difference from the exemplary embodiment according to FIG. 1 is that in the exemplary embodiment according to FIG. 2 the second steering control information L2 is not provided directly by the first controller unit 5, but the first controller unit 5 provides an activation factor AF.
  • the control unit 4 also has a subtraction point 4.2.
  • this subtraction point 4.2 is supplied with a target value, in the exemplary embodiment shown the target value “0” and torque information D1 of the electromechanical steering system 2.
  • the torque information D1 corresponds, for example, to the requested actuating torque of the steering angle controller of the electromechanical steering system 2 or also to a current that is directly proportional to the requested current through the servomotor.
  • the total torque derived from the resulting actual motor current can also be used for this purpose after deduction of the torque or current requirements by the other functions on the control unit of the electromechanical steering system 2 .
  • the torque information D1 is subtracted from the setpoint.
  • the result of this difference is modified based on the activation factor AF.
  • the output information of the subtraction point 4.2 is multiplied by the activation factor AF and the result of the multiplication is supplied to the second controller unit 6 as input information.
  • the activation factor is preferably a rational number in the range between 0 and 1 (AF e [0,1]).
  • the activation factor is influenced by driver moment information M and first and second adjustment information A1, A2.
  • a value of "0" means that the driver perceives hard steering, ie cooperative driving is strongly suppressed.
  • the second controller unit 6 receives the difference weighted with the activation factor AF.
  • the second controller unit 6 is designed, for example, as a torque control loop.
  • the second controller unit 6 is preferably designed as a PT1 controller.
  • the second controller unit 6 is linked to the first controller unit 5 in that the first controller unit 5 generates an activation factor AF with a value between 0 and 1 at its output interface, with which the control difference of the second controller unit 6 is scaled. Without driver interaction, the first controller unit generates an activation factor of 0, as a result of which the torque information of the steering system 2, in particular of the steering angle controller of the steering system 2, is not fed back. When the driver interaction is present, the first controller unit 5 generates an activation factor AF greater than 0 depending on the first and second adjustment information A1, A2.
  • the contribution of the second adjustment information A2 (i.e. the oversteering stiffness) to the activation factor AF is preferably such that a higher second adjustment information A2 , i.e. a higher oversteering stiffness causes a smaller activation factor AF at the output interface of the first controller unit 5.
  • the contribution of the deviation of the driver moment information M from the first adjustment information A1 (i.e. the driver moment threshold) to the activation factor AF is designed in such a way that the activation factor AF becomes greater the further the driver moment information M exceeds the first adjustment information A1, i.e. the activation factor AF becomes all the greater, the greater the driver torque residue.
  • the contributions made by the adjustment information to achieve a desired result can be weighted and, in particular, subjected to a minimum operation.
  • weighting factors k1, k2 are used, which offer degrees of freedom in the design of the first controller unit.
  • the second piece of adjustment information A2 preferably assumes values in the range between 0 and 1.
  • DM min(1,max(0,(
  • the second adjustment information A2 can also be used to influence the control behavior of the second control unit 6.
  • the second adjustment information A2 can be used to increase the controller gain of the second controller unit 6 when the second adjustment information A2 decreases.
  • it can be advantageous to also adjust the parameters of the second controller unit 6 that determine the frequency response at the same time, for example in the form of a shift in pole and/or zero points.
  • the driver interaction can also be adjusted as a function of the current driving situation using only the first adjustment information A1 , only the second adjustment information A2 or a combination of both adjustment information A1 , A2 . If only one of the two items of adjustment information A1, A2 is changed dynamically as a function of the driving condition or the driving situation, the respective other item of adjustment information is opened set a fixed value. This value is preferably selected in such a way that, viewed on its own, it leads to an activation factor AF of 1, ie allows maximum dynamic driver intervention.
  • Steering control information L2 is transferred to an addition point 9. There, the second item of steering control information L2 and the first item of steering control information L1 are added, thereby providing modified item of steering control information L3.
  • the third item of steering control information L3 is preferably in turn fed to a safety barrier SB, which provides fourth item of steering control information L4 on the output side.
  • the safety barrier SB is a unit that monitors and actively limits the manipulated variable before it is physically taken into account in terms of absolute height and gradient.
  • the safety barrier SB is configured, for example, to monitor the modified steering control information L3 with regard to compliance with safety goals and, if necessary, to modify it if the safety goals are not being met.
  • the absolute level of the modified steering control information L3 and its gradient can be monitored and, if necessary, also actively limited.
  • the fourth steering control information L4 forms the input variable of the electromechanical steering system 2.
  • the second controller unit 6 Depending on the driver moment information M and the first and second adjustment information A1, A2, the second controller unit 6 generates a second steering control information L2, which changes the first steering control information L1 generated by the driver assistance system 3, so that a dynamic influence of the driver on the steering system 2 of the vehicle that is dependent on the first and second adjustment information A1, A2 is possible.
  • the operation of the control unit 4 is such that the control unit 4, for example, a target value of torque information Dl an angle controller of the electromechanical steering system 2 and depending on the magnitude of the torque difference DM and the second adjustment information A2, this torque difference DM is reduced with the aid of the second controller unit 6.
  • the second controller unit 6 generates a second item of steering control information L2 (steering angle bias signal), which is added to the first item of steering control information L1 provided by the trajectory following control 3.3.
  • a control loop is formed which increasingly reduces the torque difference DM.
  • information from the electromechanical steering system 2 can also be used to record the driving condition or the driving situation.
  • the unit 7 is designed to recognize and evaluate the driving situation or the driving state.
  • the unit 7 can also observe the driver, for example using a camera, and derive the driver's behavior from this.
  • the unit can provide information as to whether the driver is being steered in the same direction as the specification of the driver assistance system or whether the driver is steering against the specification of the driver assistance system.
  • the unit 7 can, for example, react to driving situations or driving states or to the driver's behavior as follows:
  • the counter-torque of the driver assistance system 3 should be clearly noticeable and act in the direction of the safe lane area.
  • the amount of the first adjustment information A1 (driver torque threshold value) and the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) assume high values;
  • the first adjustment information A1 (driver moment threshold) and the second Adaptation information A2 (oversteering stiffness) assumes low values in terms of absolute value.
  • the driver signals to the driver assistance system 3, for example via the Flandmoment, that there is a desire for cooperation, this should be possible with little steering torque effort, i.e. with low intensity. Examples of this would be the selection of an alternative driving route past an obstacle on the right instead of on the left, or the driver's desire for a constant lateral offset instead of an exact lane center guidance, which he communicates to the driver assistance system 3 via appropriate steering.
  • the first adjustment information A1 (driver torque threshold value) and the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) assume low values in terms of absolute value.
  • the driver assistance system 3 reaches the limits of the electromechanical steering system when cornering and the driver would like to support the lateral lateral guidance in order to prevent the vehicle from leaving the curve, this should not appear to the driver as countersteering with the result of a high counter-torque expressed on the steering wheel, but as a support steering.
  • the driver only has to apply a portion of the steering force that remains after deducting the maximum steering force of the electromechanical steering system that is due to the limitation.
  • the first adjustment information A1 (driver torque threshold value) and the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) assume high values in terms of amount, so that the control unit 4 leaves the first steering control information L1 unchanged and this remains unchanged or almost unchanged (i.e. the second steering control information is zero or very small) via the safety barrier SB to the electromechanical steering system 2.”
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • the driver can also receive active steering assistance by using the controller unit 5 does not limit or only limits at high values of the output signal.
  • an evasive emergency steering maneuver e.g. characterized by a high steering angle speed
  • the driver can also receive active steering assistance by using the controller unit 5 does not limit or only limits at high values of the output signal.
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • the amount of first adjustment information A1 (driver torque threshold) and second adjustment information A2 (oversteering stiffness) is set to high values if the driver steers more dynamically than the specification of a determined limit evasion trajectory.
  • This limit avoidance trajectory is defined by the fact that the vehicle This trajectory will be far away from the obstacle, but at the same time there is a high probability that it will lose traction and become unstable.
  • the amount of first adjustment information A1 (driver torque threshold) and second adjustment information A2 (oversteering stiffness) is set to low values if the driver selects a trajectory through his steering maneuver that is between the optimum and the limit -Avoidance trajectory lies.
  • the optimal avoidance trajectory and the limit avoidance trajectory are continuously re-determined and the driver's action is re-evaluated in each case.
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • first adjustment information A1 driver torque threshold value
  • second adjustment information A2 oversteering stiffness
  • the first adjustment information A1 (driver torque threshold value) is preferably designed as a function of internal control error variables of the lateral control, for example as follows:
  • the first adjustment information A1 is higher, the greater the difference between the actual steering wheel angle and the target steering wheel angle;
  • the first adjustment information A1 is higher, the greater the difference between the actual yaw rate and the target yaw rate.
  • the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) is preferably also designed as a function of internal control error variables of the lateral control, specifically as follows, for example:
  • the second adjustment information A2 is higher, the greater the lateral distance of the vehicle from the target trajectory; - The second adjustment information A2 is higher, the greater the difference between the actual steering wheel angle and the target steering wheel angle;
  • the second adjustment information A2 is higher, the greater the difference between the actual yaw rate and the target yaw rate.
  • the first and second adjustment information A1, A2 is preferably selected to be smaller if the driver steers against the specification of the driver assistance system and selects an alternative route that does not result in less driving safety.
  • the first and second adjustment information A1, A2 are preferably selected to be larger if the driver has the same vehicle guidance goal as the driver assistance system or if the driver's alternative route leads or will lead to less driving safety.
  • the driving safety can be evaluated by an expert system on the basis of the predicted collision probability and the predicted loss of adhesion potential at the wheels.
  • control unit 4 can be present, for example, on a control unit of the driver assistance system 3 .
  • control unit 4 can also be implemented on the control device of the electromechanical steering system 2 .
  • the interface between the control unit of the driver assistance system 3 and the control unit of the electromechanical steering system 2 is expanded for the transmission of the first and second adjustment information A1, A2.
  • the system 1 can advantageously also have one or more of the following functionalities:
  • the values may need to be smoothed/interpolated before the conversion by the control unit 4 in order to avoid an unwanted jerk in the steering wheel.
  • they Preferably they have first and second adjustment information A1, A2 have a continuous character and are determined, for example, by fuzzy logic operations.
  • the driver moment can also be influenced, for example, by the control unit 4 replanning the target trajectory as a function of the steering activity of the driver, instead of the limitation regulation described above.
  • the planning of a trajectory which leads e.g. exactly along the lane chosen by the driver, results in a counter-torque of 0 Nm for the driver, neglecting the initial states of the controller. Planning a trajectory to the right or left of the trajectory currently being driven leads to a steering recommendation to the right or left.
  • a new trajectory due to driver steering which leads to less driver steering torque, also implicitly becomes part of a control loop, so that additional precautions on the part of trajectory planning are necessary to ensure stability, especially with regard to the generally larger latency between a triggered one rescheduling and the impact on driver momentum.
  • the trajectory would have to be replanned in each scanning step (e.g. every 10 ms). of the currently impressed vehicle movement by the driver. This is associated with a high computational effort and yet cannot eliminate angle controller components with a damping character.
  • the first or second adjustment information A1, A2 with the value “0” is selected, an inhibiting contribution of zero can be achieved at the torque interface to the electromechanical steering system 2 by the angle control.
  • the inhibition by the angle controller can be greatly reduced in practice with adaptation factors A1, A2 from zero down to low residual torques.
  • a coordinated overall behavior can only be achieved from the interaction of driver torque limitation and a new trajectory planning.
  • the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) can also be implicitly influenced in that the first adjustment information A1 (driver torque threshold value) is controlled as a function of the steering wheel deflection.
  • the effort to ensure stability is also higher here.
  • the method described can also be used if, instead of a steering angle specification for the steering system 2, a yaw rate or curvature specification takes place. Instead of a steering angle bias, the control unit 4 then generates correction variables for the target yaw rate or target curvature.
  • the actual steering wheel angle can also be used within the first control unit 4 in order to limit the driver torque more dynamically when oversteering.
  • the target steering angle is mixed proportionally with the actual steering angle at a driver torque above the first adjustment information A1, until the target steering angle ultimately corresponds to the actual steering angle as the driver torque information M continues to rise.
  • the control difference of the steering angle controller of the electromechanical steering system 2 becomes zero and the torque requirement for the servomotor of the steering system 2 cannot initially continue to rise.
  • a negative feedback of the torque request using the second controller unit is still required.
  • the setpoint torque information of the steering angle controller minus a defined proportion can be taken into account within the control unit 4 instead of feeding back the entire setpoint torque information of the steering angle controller in the fixed value control.
  • This proportion is then to be defined on the basis of the first and second adjustment information A1, A2. If the second adjustment information (oversteering stiffness) is high or if the driver torque information M is still low, this proportion is selected to be high. If the driver moment information M increases or if less second adjustment information A2 (oversteering stiffness) is required, this proportion is selected to be small with the end value of 0. This procedure can be
  • Steering angle controller implementations on the steering system 2 with high dynamics may be required, since otherwise the steering angle setpoint torque working against the driver is completely reduced too early and the second adjustment information A2 (oversteering stiffness) is perceived as too low.
  • the subtraction of a portion of the steering angle setpoint torque can also be converted into a corresponding setpoint value of the second controller unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs umfassend ein Fahrassistenzsystem (3), das zur Erzeugung einer ersten Lenksteuerungsinformation (L1) ausgebildet ist und einer Steuereinheit (4) mit zumindest einer ersten Reglereinheit (5), wobei die Steuereinheit (4) eine erste Schnittstelle (S1), die zum Empfang von Fahrermomentinformationen (M) ausgebildet ist, und zumindest eine zweite Schnittstelle (S2), die zum Empfang zumindest einer vom Fahrzustand und/oder der Fahrsituation abhängigen Anpassinformation (A1, A2) ausgebildet ist, aufweist, wobei die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, eine zweite Lenksteuerungsinformation (L2) bereitzustellen, die von den Fahrermomentinformationen (M) und der zumindest einen Anpassinformation (A1, A2) abhängig ist und dass das System (1) dazu ausgebildet ist, dem Lenksystem (2) des Fahrzeugs basierend auf der ersten und zweiten Lenksteuerungsinformation (L1, L2) eine modifizierte Lenksteuerungsinformation (L3) bereitzustellen, basierend auf der eine Lenkbewegung am elektromechanischen Lenksystem (2) vollzogen wird.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs.
Elektromechanische Lenkungen für Fahrzeuge (auch EPS: Electric Power Steering) sind grundsätzlich bekannt. Hierbei unterstützt und überlagert ein programmgesteuerter elektrischer Stellmotor die Lenkbewegungen des Fahrers, indem dieser Kräfte auf die Lenkmechanik überträgt.
Spurgeführte Fahrerassistenzsysteme nutzen erfasste Umfeldinformationen, um das Fahrzeug entlang einer geplanten Trajektorie lateral und longitudinal zu regeln. Als Aktor zur lateralen Fahrzeugführung wird in den meisten Fällen die elektromechanische Lenkung verwendet, die geeignete Ansteuerinformationen von einem Trajektorienfolgeregler erhält.
Zum einen sind Systeme mit einer ersten Schnittstellenvariante bekannt, bei denen die Fahrzeug-Querdynamik durch eine additive Überlagerung von Momentwerten mit dem Motormoment des Steuermotors der elektromechanischen Lenkung beeinflusst wird. Zum anderen sind Systeme mit einer zweiten Schnittstellenvariante bekannt, bei denen die Fahrzeug-Querdynamik durch Vorgabe eines Soll-Lenkwinkels gesteuert wird. In diesem Fall ist ein Lenkwinkelregler auf dem Steuergerät der elektromechanischen Lenkung implementiert.
Das hauptsächliche Entwurfsziel bei Fahrerassistenzsystemen ist das Erreichen einer hohe Regelgüte bei der Spurführung. Das gleichzeitige Anstreben eines hohen Lenkkomforts beim Überlenken durch den Fahrer führt hier oftmals zu einem Zielkonflikt. Unter „Überlenken“ wird hierbei verstanden, dass der Fahrer an der Lenkeinrichtung eine Lenkbewegung vollzieht, die von der vom Fahrerassistenzsystem vorgegebenen Lenkbewegung abweicht.
Unabhängig von der Schnittstellenvariante haben bekannte Implementierungen den Nachteil, dass die Höhe, der Verlauf und die Richtung des Lenkmomentes bei einem Überlenken durch den Fahrer als nur bedingt nachvollziehbar bzw. als unnatürlich wahrgenommen werden, da diese in ihrer Wirkung undifferenziert weil der jeweiligen Fahrsituation nicht angepasst und der Lenkradbewegung des Fahrers stets entgegengerichtet sind.
Bei bekannten Implementierungen kann beispielsweise bei einem Überlenken selbst mit kleinen Lenkradausschlägen das Moment, das der Fahrer an der Lenkeinrichtung applizieren muss, im Folgenden auch Fahrermoment genannt, kontinuierlich bis zu einem Wert ansteigen, der der Höhe der Sicherheitsbarriere entspricht, die aufgrund der Limitierung des Motormomentes des Stellmotors der elektromechanischen Lenkung zur Sicherstellung der Überlenkbarkeit durch den Fahrer besteht. Dieses Ansteigen des Fahrermoments ist dadurch begründet, dass das Agieren des Fahrers im regelungstechnischen Sinne als ein auf den Winkelregelkreis unmittelbar einwirkendes Störmoment und darüber hinaus aufgrund der dadurch veränderten Fahrzeugausrichtung auch als Störgröße für den Trajektorienfolgeregelkreis interpretiert wird. Diese Störung durch den Fahrer wird dann mit der Dynamik der Gesamt-Störübertragungsfunktion der Lateralregelung ausgeregelt. Je höher dabei die Dynamik der Gesamt-Störübertragungsfunktion ist, desto schneller steigt das Gegenmoment für den Fahrer an. Zudem steigt das Gegenmoment für den Fahrer absolut umso höher an, je höher die Gleichanteilverstärkung der Gesamt- Störübertragungsfunktion ist.
Die vorbeschriebenen Effekte bergen den Nachteil, dass das Fahrerassistenzsystem in Extremfällen, beispielsweise bei Notlenkmanövern, ohne Berücksichtigung der Fahrsituation gegen den Fahrer arbeitet und diesen behindert, indem der Fahrer ein zusätzliches Lenkmoment aufbringen muss, um die Vorgabe des Fahrerassistenzsystems, das aktuell eine anderes Führungsziel verfolgt, zu überstimmen. Allgemein führen die vorbeschriebenen Effekte beim kooperativen Fahren, d.h. bei einer Interaktion des Fahrers mit dem Fahrassistenzsystem zu einem reduzierten Fahrkomfort und damit zu einer geringeren Akzeptanz der Fahrassistenzfunktion.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein System zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs anzugeben, das ein für den Fahrer nachvollziehbares und natürlicheres kooperatives Fahrverhalten ermöglicht, ohne dabei die Leistung der Fahrfunktion in erheblichem Maße zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein System zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst ein Fahrassistenzsystem, das zur Erzeugung einer ersten Lenksteuerungsinformation ausgebildet ist. Zudem weist das System eine Steuereinheit mit zumindest einer ersten Reglereinheit auf. Die Steuereinheit umfasst eine erste Schnittstelle, die zum Empfang von Fahrermomentinformationen ausgebildet ist. Zudem umfasst die Steuereinheit zumindest eine zweite Schnittstelle, die zum Empfang zumindest einer vom Fahrzustand und/oder der Fahrsituation abhängigen Anpassinformation ausgebildet ist. Vorzugsweise werden eine erste und eine zweite Anpassinformation über die zweite Schnittstelle bereitgestellt. Dabei ist zumindest eine der Anpassinformationen fahrzustands- bzw. fahrsituationsabhängig. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, eine zweite Lenksteuerungsinformation bereitzustellen, die von den
Fahrermomentinformationen und der zumindest einen Anpassinformation abhängig ist. Ferner ist das System dazu ausgebildet, dem Lenksystem des Fahrzeugs basierend auf der ersten und zweiten Lenksteuerungsinformation eine modifizierte Lenksteuerungsinformation bereitzustellen, basierend auf der eine Lenkbewegung am elektromechanischen Lenksystem vollzogen wird. Dabei bedeutet „basierend auf der modifizierten Lenksteuerungsinformation eine Lenkbewegung vollziehen“, dass entweder die modifizierte Lenksteuerungsinformation selbst oder eine davon abgeleitete Größe, die beispielsweise durch die Übertragungsfunktion einer Sicherheitsbarriere gebildet wird, für die Einleitung von Lenkbewegungen am elektromechanischen Lenksystem verwendet wird.
Der technische Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass das Fahrermoment, das der Fahrer an der Lenkeinrichtung beim kooperierenden Fahren spürt, fahrzustands- bzw. fahrsituationsabhängig einstellbar ist, so dass sich ein für den Fahrer natürlich anfühlendes Fahrverhalten ergibt. Vorzugsweise wird lediglich in Extremfällen, beispielsweise bei Notlenkmanövern, ein Überlenken der Vorgabe des Fahrassistenzsystems derart erschwert, dass dem Fahrer signalisiert wird, dass es fahrsituationsbedingt besser ist, die Vorgabe des Fahrassistenzsystems einzuhalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Lenksteuerungsinformation eine Winkelinformation, eine Drehmomentinformation für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems oder eine zum Drehmoment des Stellmotors des elektromechanischen Lenksystems proportionale Information. Das Fahrassistenzsystem steuert damit die elektromechanische Lenkung entweder basierend auf einer Sollenkwinkelinformation oder einer Sollmomentvorgabe an und diese Sollenkwinkelinformation oder Sollmomentvorgabe wird abhängig von der Fahrereinflußnahme durch die zweite Lenksteuerungsinformation in die modifizierte Lenksteuerungsinformation überführt. Dadurch kann das System sowohl bei einer Schnittstellenvariante mit einer Winkelschnittstelle als auch bei einer Schnittstellenvariante mit einer Momentenschnittstelle eingesetzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Anpassinformation ein Fahrermomentschwellwert. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, bei einem Betrag der Fahrermomentinformation oberhalb des Fahrermomentschwellwerts eine zweite Lenksteuerungsinformation zu erzeugen, die eine Modifikation der von dem Fahrassistenzsystem bereitgestellten ersten Lenksteuerungsinformation bewirkt. Damit wird die Vorgabe des Fahrassistenzsystems durch den überlenkenden Fahrer erst dann modifiziert, wenn der Fahrermomentschwellwert überschritten ist. Dadurch beeinflussen beispielsweise unbeabsichtigte, schwache Lenkbewegungen des Fahrers die Vorgabe des Fahrassistenzsystems nicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine zweite Anpassinformation eine Überlenksteifigkeits-Information, die ein Maß für den Lenkwiderstand ist, den der Fahrer an der Lenkeinrichtung zum Überlenken des vom Fahrassistenzsystem vorgegebenen Lenkverhaltens zu überwinden hat. Die
Überlenksteifigkeits-Information bildet beispielsweise eine Information ähnlich einer variablen Federkonstante einer Feder, über die eine Kraft eingestellt werden kann, die zu überwinden ist, um die Feder zusammenzudrücken. Die Überlenksteifigkeits-Information gibt dabei an, wie schwergängig das Lenkverhalten, das vom Fahrassistenzsystem vorgegeben wird, durch den Fahrer beeinflusst werden kann. Durch die Änderung der Überlenksteifigkeits-Information lässt sich damit situationsabhängig einstellen, wie das Drehmoment des Fahrers an der Lenkeinrichtung sein, muss, um eine vorgegebene Lenkbewegung des elektromechanischen Lenksystems zu bewirken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, das Regelverhalten der ersten Reglereinheit der Steuereinheit basierend auf der Überlenksteifigkeits-Information anzupassen. Vorzugsweise wird zumindest ein Verstärkungsfaktor der ersten Reglereinheit in Abhängigkeit von der Überlenksteifigkeits-Information angepasst. Es kann eine Funktion vorgesehen sein, die das geforderte Maß an Überlenksteifigkeit auf den zumindest einen Verstärkungsfaktor abbildet. Dabei besteht vorzugsweise eine reziproke Abhängigkeit derart, dass eine höhere Überlenksteifigkeit auf eine geringere Regelkreisverstärkung umgesetzt wird und umgekehrt. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, dass eine Anpassung von zumindest einer Grenzfrequenz der ersten Reglereinheit erfolgt, um Stabilitätskriterien zu erfüllen. Die Anpassung der Grenzfrequenz kann beispielsweise abhängig von der
Überlenksteifigkeits-Information erfolgen. Auch hier kann eine Funktion vorgesehen sein, die das geforderte Maß an Überlenksteifigkeit auf die zumindest eine Grenzfrequenz abbildet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit zum Empfang einer ersten und einer zweiten Anpassinformation ausgebildet, wobei entweder eine der beiden Anpassinformationen einen festen Wert und die andere Anpassinformation einen fahrzustands- oder fahrsituationsabhängigen Wert aufweist oder die erste und zweite Anpassinformation beide fahrzustands- oder fahrsituationsabhängig sind. Dadurch lässt sich das Lenkverhalten der Fahrassistenzfunktion fahrzustands- und fahrsituationsabhängig derart gestalten, dass ein möglichst natürliches kooperatives Fahrverhalten erreicht wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass die erste Reglereinheit eine Momentendifferenz empfängt, die null ist, wenn der Betrag der Fahrermomentinformationen kleiner oder gleich dem Fahrermomentschwellwert ist und einen um den Fahrermomentschwellwert reduzierten Betrag der Fahrermomentinformationen aufweist, sobald der Betrag der Fahrermomentinformationen den Fahrermomentschwellwert übersteigt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Vorgabe des Lenkassistenzsystems erst dann durch den Fahrer beeinflusst wird, wenn dieser ein signifikantes Moment an der Lenkeinrichtung aufbringt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die erste Reglereinheit eine oberhalb einer Grenzfrequenz monoton abfallende Betragskennlinie auf. Ein derartiges Regelungsverhalten ist vorteilhaft für ein kooperierendes Fahrverhalten, da hierdurch beispielsweise Schwingungen im Lenkrad als Folge des durch die Gegenkopplung des Fahrermoments entstandenen Regelkreises wirksam vermieden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die erste Reglereinheit ein Regelverhalten gemäß eines PT1 -Reglers auf. Dieser Reglertyp eignet sich vorteilhafterweise für die interaktive Steuerung des Fahrzeugs durch Einflüsse des Fahrers und des Fahrassistenzsystems. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die erste Reglereinheit ein Regelverhalten derart auf, dass durch die Modifikation der ersten Lenksteuerungsinformation durch die zweite Lenksteuerungsinformation die der ersten Reglereinheit als Eingangsgröße zugeführte Momentendifferenz reduziert wird. Damit wird ein Regelungsverhalten des Systems derart erreicht, dass die Fahrassistenzfunktion zunehmend auf die Lenkvorgaben des Fahrers eingeregelt wird und daher das Fahrassistenzsystem dem Fahrer weniger Gegenmoment entgegen richtet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist für den Fall, dass die erste Lenksteuerungsinformation eine Winkelinformation, eine Gierraten- oder Krümmungsinformation ist, eine zweite Reglereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems oder eine zu dieser Sollmomentinformation proportionale Information in eine Lenkwinkelinformation, eine Gierraten- oder Krümmungsinformation als zweite Lenksteuerungsinformation umzusetzen. Dadurch ist es möglich, die von der Fahrermomentinformation beeinflusste Ausgangsinformation mittels der zweiten Reglereinheit derart umzusetzen, dass die von dem System bereitgestellte zweite Lenksteuerungsinformation zur direkten Modifikation der ersten Lenksteuerungsinformation, beispielsweise durch eine arithmetische Operation einer Summen- oder Differenzbildung, verwendet werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Reglereinheit dazu ausgebildet, eine mit einem Aktivierungsfaktor gewichtete Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems zu empfangen, wobei der Aktivierungsfaktor von der ersten Reglereinheit bereitgestellt wird. Vorzugsweise wird vom Regelkreis der zweiten Reglereinheit eine Momenteninformation empfangen und eine arithmetische Operation mit einem Sollwert durchgeführt. Die Momenteninformation wird beispielsweise durch den Lenkwinkelregler des elektromechanischen Lenksystems bereitgestellt. Beispielsweise wird die Momenteninformation von dem Sollwert subtrahiert und die dadurch gebildete Regeldifferenz mit dem Aktivierungsfaktor multipliziert. Das Ergebnis dieser Multiplikation wird anschließend der zweiten Reglereinheit als Eingangsinformation zugeführt. Die Höhe des Drehmoments des Stellmotors ist im Falle des Überlenkens durch den Fahrer hauptsächlich ein Maß für das dem Fahrer entgegengebrachte Moment. Dadurch, dass die zweite Reglereinheit nun versucht, die mit dem Aktivierungsfaktor multiplizierte Regeldifferenz zu verringern, wird das Arbeiten der Fahrassistenzfunktion gegen den Fahrer wirksam reduziert. Das Maß dieser Reduzierung wird hierbei über die Höhe des Aktivierungsfaktors vorgegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Reglereinheit dazu ausgebildet, die Überlenksteifigkeits-Information zu empfangen und das Regelverhalten der zweiten Reglereinheit basierend auf der Überlenksteifigkeits-Information anzupassen. Vorzugsweise wird zumindest ein Verstärkungsfaktor der zweiten Reglereinheit in Abhängigkeit von der Überlenksteifigkeits-Information angepasst. Es kann eine Funktion vorgesehen sein, die das geforderte Maß an Überlenksteifigkeit auf den zumindest einen Verstärkungsfaktor abbildet. Dabei besteht vorzugsweise eine reziproke Abhängigkeit derart, dass eine höhere Überlenksteifigkeit auf eine geringere Regelkreisverstärkung umgesetzt wird und umgekehrt. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, dass eine Anpassung von zumindest einer Grenzfrequenz der zweiten Reglereinheit erfolgt, um Stabilitätskriterien zu erfüllen. Die Anpassung der Grenzfrequenz kann beispielsweise abhängig von der Überlenksteifigkeits-Information erfolgen. Auch hier kann eine Funktion vorgesehen sein, die das geforderte Maß an Überlenksteifigkeit auf die zumindest eine Grenzfrequenz abbildet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Reglereinheit eine oberhalb einer Grenzfrequenz monoton abfallende Betragskennlinie und/oder ein Regelverhalten gemäß eines PT1 -Reglers auf. Ein derartiges Reglerverhalten bzw. dieser Reglertyp eignet sich vorteilhafterweise für die interaktive Steuerung des Fahrzeugs durch Einflüsse des Fahrers und des Fahrassistenzsystems.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems eines Fahrzeugs umfassend ein Fahrassistenzsystem, das eine erste Lenksteuerungsinformation bereitstellt und eine Steuereinheit mit zumindest einer ersten Reglereinheit, wobei die Steuereinheit Fahrermomentinformationen empfängt, die der menschliche Fahrer an der Lenkeinrichtung appliziert, und zumindest eine vom Fahrzustand und/oder der Fahrsituation abhängige Anpassinformation empfängt, wobei die Steuereinheit eine zweite Lenksteuerungsinformation bereitstellt, die von den Fahrermomentinformationen und der zumindest einen Anpassinformation abhängig ist und dass das System dem Lenksystem des Fahrzeugs basierend auf der ersten und zweiten Lenksteuerungsinformation eine modifizierte
Lenksteuerungsinformation bereitstellt, basierend auf der eine Lenkbewegung am elektromechanischen Lenksystem vollzogen wird.
Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Systems zur Ansteuerung einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, wobei die Ansteuerung der elektromechanischen Lenkung durch das Fahrassistenzsystem mittels einer Momenteninformation erfolgt; und Fig. 2 beispielhaft eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Systems zur Ansteuerung einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, wobei die Ansteuerung der elektromechanischen Lenkung durch das Fahrassistenzsystem mittels einer Lenkwinkelsollinformation erfolgt.
Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems 1 , das zur Ansteuerung eines Lenksystems 2 mit elektromechanischem Antrieb (EPS: electric power steering) verwendet wird. Bei einem derartigen Lenksystem 2 unterstützt ein programmgesteuerter elektrischer Stellmotor die Lenkbewegungen des Fahrers bzw. nimmt bei autonomem bzw. teilautonomem Fahren zumindest teilweise eigene Lenkbewegungen vor.
Das Lenksystem 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Momentenschnittstelle auf, d.h. das Lenksystem 2 ist dazu ausgebildet, als Eingangsinformation eine Drehmomentinformation für den Stellmotor des Lenksystems 2 oder eine zum Drehmoment proportionale Information, beispielsweise eine Information bzgl. des Stroms durch den Stellmotor des Lenksystems 2 zu erhalten.
Das System 1 weist ein Fahrassistenzsystem 3 auf, das an einer Ausgangsschnittstelle eine erste Lenksteuerungsinformation L1 bereitstellt. Das Fahrassistenzsystem kann beispielsweise eine Umfelderkennungseinheit 3.1 aufweisen, die mittels einer Sensorik ein Umfeldmodell im Fahrzeugbereich erstellt. Des Weiteren kann das Fahrassistenzsystem 3 eine Trajektorienplaner-Einheit 3.2 aufweisen. Die Trajektorienplaner-Einheit 3.2 ist mit der Umfelderkennungseinheit 3.1 zumindest mittelbar gekoppelt und dazu ausgebildet, Informationen der Umfelderkennungseinheit 3.1 zu empfangen und basierend darauf Fahrtrajektorien zu planen. Zudem weist das Fahrassistenzsystem 3 vorzugsweise eine Trajektorienfolgeregelung 3.3 auf. Diese ist zumindest mittelbar mit der Trajektorienplaner-Einheit 3.2 gekoppelt und dazu ausgebildet, Steuerungsinformationen für das Fahrzeug zu berechnen, um das Fahrzeug auf einer berechneten und ausgewählten Fahrtrajektorie zu bewegen. Die Ausgangsinformation der Trajektorienfolgeregelung 3.3 ist vorzugsweise ein Solllenkwinkel cpsoii, der zum Befahren einer ausgewählten Fahrtrajektorie dient.
Das Fahrassistenzsystem 3 weist vorzugsweise zudem einen Lenkwinkelregler 3.4 auf. Dieser Lenkwinkelregler 3.4 ist zumindest mittelbar mit der Trajektorienfolgeregelung 3.3 gekoppelt und empfängt Steuerungsinformationen dieser Trajektorienfolgeregelung 3.3, insbesondere den Solllenkwinkel. Der Lenkwinkelregler 3.4 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, als Sollwertvorgabe eine Drehmomentinformation für den Stellmotor des Lenksystems 2 oder eine zum Drehmoment proportionale Information, beispielsweise eine Information bzgl. des Stroms durch den Stellmotor des Lenksystems 2 bereitzustellen. Zudem kann der Lenkwinkelregler 3.4 dazu ausgebildet sein, störende Effekte wie beispielsweise ein oszillierendes Lenkverhalten zu unterdrücken. Der Lenkwinkelregler 3.4 stellt vorzugsweise die erste Lenksteuerungsinformation L1 bereit.
Zumindest einige der vorgenannten Einheiten 3.1 bis 3.4 des Fahrassistenzsystems 3 können, wie durch die vertikalen Pfeile in Fig. 1 angedeutet, mit einer Einheit 7 verbunden sein, mittels der eine Fahrzustandserkennung bzw. Fahrsituationserkennung bereitgestellt wird. Die Einheit 7 kann beispielsweise funktionaler Bestandteil des Fahrassistenzsystems 3 sein, d.h. in einer Steuereinheit des Fahrassistenzsystems 3 vorgesehen sein oder aber in einer vom Fahrassistenzsystems 3 getrennten Steuereinheit. Die Einheit 7 kann zudem Mittel zur Fahrerbeobachtung aufweisen, um das Verhalten des Fahrers, dessen Blickrichtung und/oder dessen Aktionen zu erfassen und zu verarbeiten, um daraus Rückschlüsse über zukünftige Fahrbefehle des Fahrers ziehen zu können. Das System 1 weist zudem eine Steuereinheit 4 auf, die dazu ausgebildet ist, eine zweite Lenksteuerungsinformation L2 bereitzustellen. Das System 1 modifiziert dabei mittels der zweiten Lenksteuerungsinformation L2 die erste Lenksteuerungsinformation L1 derart, dass mittels der durch die Modifikation entstehende dritte, modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 ein verbessertes kooperatives Fahren, bei dem dem menschlichen Fahrer fahrzustandsabhängig und/oder fahrsituationsabhängig auch bei aktivierter Fahrassistenzfunktion, die eine Querregelung des Fahrzeugs bewirkt, eine größere Freiheit an der Mitwirkung der Steuerung des Fahrzeugs eingeräumt wird, so dass der Eindruck eines fremdbestimmten Fahrverhaltens fahrzustandsabhängig und/oder fahrsituationsabhängig reduziert wird.
Die Steuereinheit 4 weist eine erste Schnittstelle S1 auf, die zum Empfang einer Fahrermomentinformation M ausgebildet ist. Die Fahrermomentinformation M ist dabei eine Drehmomentinformation oder eine zu dieser Drehmomentinformation proportionale Größe, die angibt, welches Drehmoment der Fahrer an der Lenkeinrichtung des Fahrzeugs aufbringt.
Die Fahrermomentinformation M wird vorzugsweise zunächst mittels einer Betragseinheit 4.1 einer Betragsbildung unterzogen. Am Ausgang der Betragseinheit 4.1 wird damit unabhängig von der Lenkrichtung des Fahrers eine vorzeichenunabhängige Fahrermomentinformation |M| bereitgestellt.
Es sei angemerkt, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Zählpfeilsystem gewählt wurde, bei dem ein positives Fahrermoment derart definiert ist, dass es die gleiche Wirkung hat wie ein positives Motormoment des elektromechanischen Lenksystems 2 oder wie ein positiver Lenkwinkel, der üblicherweise eine Linkskurvenfahrt angibt.
Die Steuereinheit 4 weist zudem eine zweite Schnittstelle S2 auf, an der eine erste und eine zweite Anpassinformation A1 , A2 bereitgestellt werden. Die erste und eine zweite Anpassinformation A1 , A2 werden vorzugsweise von der Einheit 7 bereitgestellt. Zumindest eine der Anpassinformationen A1 , A2 ist eine fahrzustandsabhängige und/oder fahrsituationsabhängige Größe, d.h. abhängig von dem Fahrzustand bzw. der Fahrsituation, die die Einheit 7 erkennt, wird die erste und/oder zweite Anpassinformationen A1 , A2 verändert. Vorzugsweise werden die erste und zweite Anpassinformationen A1 , A2 fahrzustandsabhängig und/oder fahrsituationsabhängig angepasst.
Die erste Anpassinformationen A1 ist vorzugsweise ein Fahrermomentschwellwert, d.h. ein Schwellwert für eine Drehmomentinformation oder eine zu dieser Drehmomentinformation proportionale Größe. Die erste Anpassinformationen A1 wird in der Steuereinheit 4 dazu verwendet, eine Schwelle festzulegen, bei deren Übersteigen eine Einflussnahme des Fahrers auf das vom Fahrassistenzsystem 3 vorgegebene Lenkverhalten ermöglicht werden soll. Hierzu wird die von der Betragseinheit 4.1 bereitgestellte vorzeichenunabhängige Fahrermomentinformation |M| und die erste Anpassinformationen A1 einem Subtraktionspunkt 4.2 zugeführt, der ausgangsseitig eine Momentendifferenzinformation DM bereitstellt.
Die Momentendifferenzinformation DM wird als Eingangsinformation einer ersten Reglereinheit 5 zugeführt. Diese erhält als weitere Eingangsinformation die zweite Anpassinformation A2. Die Reglereinheit 5 hat die Wirkung eines Begrenzungsreglers, und zwar derart, dass durch Anpassung des Regelverhaltens der ersten Reglereinheit 5 mittels der zweiten Anpassinformation A2 die Härte einstellbar wird, mittels der das vom Fahrassistenzsystem vorgegebene Lenkverhalten durch den Fahrer überlenkt werden kann. In anderen Worten wird durch die erste Reglereinheit 5 das Drehmoment vorgegeben, das vom Fahrer am Lenkrad aufgebracht werden muss, oberhalb dessen das Fahrassistenzsystem zunehmend nachgiebiger wird bezüglich eines abweichenden Richtungswunsches des Fahrers. Der Grad dieser Nachgiebigkeit wird durch die Anpassinformation definiert. In nochmals anderen Worten wird damit die Härte des Lenkwiderstands, den der Fahrer beim Überlenken der Lenkvorgabe des Fahrassistenzsystems verspürt, variabel eingestellt. Die zweite Anpassinformation A2 wird im Folgenden daher auch als „Überlenk-Steifigkeit“ bezeichnet. Basierend auf der zweiten Anpassinformation A2 wird das Regelverhalten der ersten Reglereinheit 5 verändert. Insbesondere wird durch die zweite Anpassinformation A2 die Reglerverstärkung innerhalb der ersten Reglereinheit 5 beeinflusst. Dabei werden ein oder mehrere Verstärkungsfaktoren der ersten Reglereinheit 5 derart beeinflusst, dass die gewünschte Überlenksteifigkeit erzielt wird.
Es besteht beispielsweise eine reziproke Abhängigkeit zwischen der zweiten Anpassinformation A2 und der Regelkreisverstärkung in der ersten Reglereinheit 5, d.h. eine höhere zweite Anpassinformation A2 bzw. Überlenksteifigkeit bedingt geringere Reglerverstärkungen und umgekehrt. In anderen Worten wird eine geforderte geringere Überlenksteifigkeit auf eine höhere Reglerverstärkung der ersten Reglereinheit 5 abgebildet und umgekehrt. Im ersten Extremfall bei maximalerzweiter Anpassinformation A2 bzw. maximaler Überlenksteifigkeit wird die Regelkreisverstärkung zu null, d.h. die Steuereinheit 4 ist dadurch quasi inaktiv und die Überlenk-Steifigkeit wird ausschließlich oder nahezu ausschließlich durch die Störunterdrückungseigenschaft des Lenkwinkelreglers 3.4 bestimmt.
Im zweiten Extremfall minimalerzweiter Anpassinformation A2 bzw. minimaler Überlenksteifigkeit nehmen die Reglerverstärkungen hohe Werte an. In ihrer Höhe sind diese beispielsweise nur limitiert durch den investierten Aufwand zur Auslegung und Umsetzung von Stabilisierungsmaßnahmen.
Bei einer geringen Überlenksteifigkeit wird das Assistenzsystem vom Fahrer beim kooperativen Fahren als nachgiebiger und weniger stark rekommandierend empfunden. Speziell bei vorgegebener geringer Überlenksteifigkeit ist aufgrund der höheren Kreisverstärkung gegebenenfalls zur Einhaltung von Stabilitätskriterien eine Anpassung der Grenzfrequenzen der ersten Reglereinheit 5 notwendig. Die Anpassung der Filtergrenzfrequenz(en) der ersten Reglereinheit 5 erfolgt vorzugsweise ebenfalls basierend auf der zweiten Anpassinformation A2.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit 4, insbesondere die erste Reglereinheit 5 eine Sättigungsfunktion auf. Die Sättigungsfunktion ist beispielsweise derart gewählt, dass der Höchstwert der Ausgangsinformation der ersten Reglereinheit 5 bzw. der Höchstwert der zweiten Lenksteuerungsinformation L2 begrenzt wird.
Damit wird der Betrag der Ausgangsinformation der ersten Reglereinheit 5 durch die Sättigungsfunktion in vorgebbaren Schwellen limitiert. Die Definition dieser Schwellen stellt einen weiteren Freiheitsgrad zum Design des Überlenkverhaltens dar. Die Schwellen können einen definierten festen Wert annehmen oder ebenfalls je nach Fahrsituation abhängig gestaltet werden. Geringe Schwellen lassen das Gegenmoment für den Fahrer ab einem gewissen Grad des Überlenkens wieder ansteigen. Der Grund liegt darin, dass bei einer vergleichsweise geringen Schwelle die erste Lenksteuerungsinformation L1 die zweite Lenksteuerungsinformation L2 ab einem bestimmten Grad des Überlenkens im Betrag übersteigt und die durch den Summationspunkt 8 gebildete modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 dadurch verstärkt den Wunsch des Fahrassistenzsystems repräsentiert, welches den Fahrer als Störung des Regelkreises ausregelt. Hierdurch steigt das Gegenmoment für den Fahrer wieder an. Ein Anwendungsfall ist, dass das Fahrermoment bei kleiner gewünschter Abweichung von der Vorgabe des Fahrassistenzsystems zunächst relativ niedrig ist und erst bei größerer gewünschter Abweichung ansteigt, wodurch dem Fahrer haptisch ein Toleranzzone für das Überlenken übermittelt wird.
Hohe Limitierungsschwellen für die zweite Lenksteuerungsinformation L2 führen dazu, dass die erste Lenksteuerungsinformation L1 überstimmt werden kann. Die modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 repräsentiert damit zunehmend den Überlenkwunsch des Fahrers und das Regelziel des Fahrassistenzsystem wird immer weiter zurückgedrängt. Im Ergebnis kann das erforderliche Lenkmoment für ein Lenkmanöver kleiner ausfallen, als es ohne Fahrassistenzfunktion notwendig ist. Ein Anwendungsfall hierfür ist z.B. eine Notausweich-Lenkmanöver, das Verfahren setzt dem Fahrer nicht nur weniger Gegenmoment entgegen, sondern unterstützt diesen sogar noch.
Die von der ersten Reglereinheit 5 bereitgestellte Ausgangsinformation wird anschließend mit dem Vorzeichen des Fahrermoments multipliziert, wie dies in Fig. 1 durch den Block „sign“ dargestellt ist. Die „sign“-Funktion ermittelt das Vorzeichen der Fahrermomentinformation M und durch die Multiplikation der Ausgangsinformation der ersten Reglereinheit 5 mit dem Vorzeichen der Fahrermomentinformation M wird die zweite Lenksteuerungsinformation L2 gebildet. Dadurch wird erreicht, dass die Steuereinheit 4 unabhängig von der Lenkrichtung eine Lenksteuerungsinformation L2 bereitstellt, die derart gerichtet ist, dass das Fahrermoment reduziert wird.
Die zweite Lenksteuerungsinformation L2 wird an einen Additionspunkt 8 übertragen. Dort wird die zweite Lenksteuerungsinformation L2 und die erste Lenksteuerungsinformation L1 addiert und die dritte Lenksteuerungsinformation L3 bereitgestellt. Es versteht sich, dass bei einem umgekehrten Zählpfeilsystem der Additionspunkt 8 durch einen Subtraktionspunkt ersetzt sein kann, was im Ergebnis zu einem funktionsgleichen System führt.
Die dritte Lenksteuerungsinformation L3 wird einer Sicherheitsbarriere SB zugeführt, die ausgangsseitig eine vierte Lenksteuerungsinformation L4 bereitstellt. Die Sicherheitsbarriere SB ist eine Einheit, die die Stellgröße vor der physikalischen Berücksichtigung hinsichtlich Absoluthöhe und Gradient überwacht bzw. auch aktiv limitiert.
Die Sicherheitsbarriere SB ist beispielsweise dazu konfiguriert, die modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 hinsichtlich der Einhaltung von Sicherheitszielen zu überwachen und ggf. zu modifizieren, wenn die Sicherheitsziele nicht eingehalten werden. So können beispielsweise die Absoluthöhe der modifizierten Lenksteuerungsinformation L3 und deren Gradient überwacht und ggf. auch aktiv limitiert werden.
Die vierte Lenksteuerungsinformation L4 bildet die Eingangsgröße des elektromechanischen Lenksystems 2. Abhängig von der Fahrermomentinformation M, und der ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 erzeugt die ersten Reglereinheit 5 eine zweite Lenksteuerungsinformation L2, die die vom Fahrassistenzsystem 3 erzeugte erste Lenksteuerungsinformation L1 verändert, so dass ein von der ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 abhängiger Einfluss des Fahrers auf das Lenksystem 2 des Fahrzeugs erfolgt.
Wie die von dem Fahrassistenzsystem 3 und vom Lenksystem 2 nach oben zur Einheit 7 verlaufenden Pfeile andeuten, können Informationen der Funktionseinheiten 3.1 bis 3.4 des Fahrassistenzsystems 3 und der elektromechanischen Lenkung 2 dazu verwendet werden, den Fahrzustand bzw. die Fahrsituation zu erfassen.
Figur 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems 1 , das zur Ansteuerung eines Lenksystems 2 mit elektromechanischem Antrieb verwendet wird.
Das Lenksystem 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine Winkelschnittstelle auf, d.h. das Lenksystem 2 ist dazu ausgebildet, als Eingangsinformation eine Winkelinformation, insbesondere eine Solllenkwinkelinformation cpsoii, zu empfangen. Dabei ist vorzugsweise der Lenkwinkelregler in das Lenksystem 2 integriert. Das Fahrassistenzsystem 3 stellt die Solllenkwinkelinformation cpsoii als erste Lenksteuerungsinformation L1 an einer Ausgangsschnittstelle bereit.
Das Fahrassistenzsystem weist wiederum beispielsweise eine Umfelderkennungseinheit 3.1 auf, die mittels einer Sensorik ein Umfeldmodell im Fahrzeugbereich erstellt. Des Weiteren kann das Fahrassistenzsystem 3 eine Trajektorienplaner-Einheit 3.2 aufweisen. Die Trajektorienplaner-Einheit 3.2 ist mit der Umfelderkennungseinheit 3.1 zumindest mittelbar gekoppelt und dazu ausgebildet, Informationen der Umfelderkennungseinheit 3.1 zu empfangen und basierend darauf Fahrtrajektorien zu planen.
Zudem weist das Fahrassistenzsystem 3 vorzugsweise eine Trajektorienfolgeregelung 3.3 auf. Diese ist zumindest mittelbar mit der Trajektorienplaner-Einheit 3.2 gekoppelt und dazu ausgebildet, Steuerungsinformationen für das Fahrzeug zu berechnen, um das Fahrzeug auf einer berechneten und ausgewählten Fahrtrajektorie zu bewegen. Die Ausgangsinformation der Trajektorienfolgeregelung 3.3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die erste Lenksteuerungsinformation L1 in Form der Solllenkwinkelinformation cpsoii, gemäß der eine ausgewählte Fahrtrajektorie befahren wird.
Zumindest einige der vorgenannten Einheiten 3.1 bis 3.3 des Fahrassistenzsystems 3 können, wie durch die vertikalen Pfeile in Fig. 2 angedeutet, mit einer Einheit 7 verbunden sein, mittels der eine Fahrzustandserkennung bzw. Fahrsituationserkennung bereitgestellt wird. Die Einheit 7 kann beispielsweise funktionaler Bestandteil des Fahrassistenzsystems 3 sein, d.h. in einer Steuereinheit des Fahrassistenzsystems 3 vorgesehen sein oder aber in einer vom Fahrassistenzsystems 3 getrennten Steuereinheit. Die Einheit 7 kann zudem Mittel zur Fahrerbeobachtung aufweisen, um das Verhalten des Fahrers, dessen Blickrichtung und/oder dessen Aktionen zu erfassen und zu verarbeiten, um daraus Rückschlüsse über zukünftige Fahrbefehle des Fahrers ziehen zu können.
Das System 1 weist wiederum eine Steuereinheit 4 auf, die dazu ausgebildet ist, eine zweite Lenksteuerungsinformation L2 bereitzustellen. Das System 1 modifiziert dabei mittels der zweiten Lenksteuerungsinformation L2 die erste Lenksteuerungsinformation L1 derart, dass mittels der durch die Modifikation entstehende modifizierten Lenksteuerungsinformation L3 ein verbessertes kooperatives Fahren, bei dem dem menschlichen Fahrer fahrzustandsabhängig und/oder fahrsituationsabhängig auch bei aktivierter Fahrassistenzfunktion, die eine Querregelung des Fahrzeugs bewirkt, eine größere Freiheit an der Mitwirkung der Steuerung des Fahrzeugs eingeräumt wird, so dass der Eindruck eines fremdbestimmten Fahrverhaltens fahrzustandsabhängig und/oder fahrsituationsabhängig reduziert wird.
Die Schnittstellen S1 und S2 der Steuereinheit 4 und die Verarbeitung der an den Schnittstellen S1 und S2 empfangenen Informationen durch die Betragseinheit 4.1 und die erste Reglereinheit 5 ist identisch zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 , so dass auf die vorherigen Ausführungen verweisen sei. Diese gelten in gleicher Weise auch für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2.
Ein wesentlicher Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 nicht direkt die zweite Lenksteuerungsinformation L2 durch die erste Reglereinheit 5 bereitgestellt wird, sondern die erste Reglereinheit 5 stellt einen Aktivierungsfaktor AF bereit.
Die Steuereinheit 4 weist ferner einen Subtraktionspunkt 4.2 auf. Diesem Subtraktionspunkt 4.2 wird zum einen ein Sollwert, im gezeigten Ausführungsbeispiel der Sollwert „0“ und eine Drehmomentinformation Dl des elektromechanischen Lenksystems 2 zugeführt. Die Drehmomentinformation Dl entspricht beispielsweise dem angeforderten Stellmoment des Lenkwinkelreglers des elektromechanischen Lenksystems 2 oder auch einem hierzu direkt proportionalen angeforderten Strom durch den Stellmotor. Es kann hierfür auch das aus dem resultierenden Ist-Motorstrom abgeleitete Gesamtdrehmoment verwendet werden nach Abzug der Momenten- bzw Stromanforderungen durch die übrigen Funktionen auf der Steuereinheit des elektromechanischen Lenksystems 2 .
An dem Subtraktionspunkt 4.2 wird die Drehmomentinformation Dl vom Sollwert abgezogen. Das Ergebnis dieser Differenz wird basierend auf dem Aktivierungsfaktor AF modifiziert. Insbesondere wird die Ausgangsinformation des Subtraktionspunkts 4.2 mit dem Aktivierungsfaktor AF multipliziert und das Ergebnis der Multiplikation der zweiten Reglereinheit 6 als Eingangsinformation zugeführt. Der Aktivierungsfaktor ist vorzugsweise eine rationale Zahl im Bereich zwischen 0 und 1 (AF e [0,1]). Der Aktivierungsfaktor wird durch die Fahrermomentinformation M und die erste und zweite Anpassinformation A1 , A2 beeinflusst. Ein Wert von „0“ führt dazu, dass der Fahrer eine harte Lenkung wahrnimmt, d.h. das kooperative Fahren stark unterdrückt wird. Ein Wert von „1“ hingegen führt dazu, dass das Lenksystem 2 stark Mitwirkungen des Fahrers zulässt und die Lenkanforderungen des Fahrerassistenzsystems 3 demgegenüber geringer gewichtet werden. Die zweite Reglereinheit 6 empfängt die mit dem Aktivierungsfaktor AF gewichtete Differenz. Die zweite Reglereinheit 6 ist beispielsweise als Momentenregelkreis ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite Reglereinheit 6 als PT1 -Regler ausgebildet.
Die Verknüpfung der zweiten Reglereinheit 6 mit der ersten Reglereinheit 5 erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass die erste Reglereinheit 5 an seiner Ausgangsschnittstelle einen Aktivierungsfaktor AF mit einem Wert zwischen 0 und 1 erzeugt, mit welchem die Regeldifferenz der zweiten Reglereinheit 6 skaliert wird. Ohne Fahrerinteraktion erzeugt die erste Reglereinheit einen Aktivierungsfaktor von 0, wodurch die Drehmomentinformation des Lenksystems 2, insbesondere des Lenkwinkelreglers des Lenksystems 2 nicht zurückgekoppelt wird. Bei vorliegender Fahrerinteraktion erzeugt die erste Reglereinheit 5 abhängig von den ersten und zweiten Anpassinformationen, A1 , A2 einen Aktivierungsfaktor AF größer als 0. Der Beitrag der zweiten Anpassinformation A2 (d.h. der Überlenksteifigkeit) am Aktivierungsfaktor AF ist vorzugsweise derart, dass eine höhere zweite Anpassinformation A2, d.h. eine höhere Überlenksteifigkeit einen kleineren Aktivierungsfaktor AF an der Ausgangsschnittstelle der ersten Reglereinheit 5 bewirkt.
Der Beitrag der Abweichung der Fahrermomentinformation M von der ersten Anpassinformation A1 (d.h. der Fahrermoment-Schwelle) am Aktivierungsfaktor AF ist so gestaltet, dass der Aktivierungsfaktor AF umso größer wird, je weiter die Fahrermomentinformation M die erste Anpassinformation A1 übersteigt, d.h. der der Aktivierungsfaktor AF wird umso größer, je größer das Fahrermomentresiduum wird.
Vorzugsweise können die Beiträge, die die Anpassinformationen zur Erlangung eines gewünschten Ergebnisses leisten, gewichtet werden und insbesondere einer Minimum-Operation unterzogen werden. Dabei werden Gewichtungsfaktoren k1 , k2 verwendet, die Freiheitsgrade bei der Auslegung der ersten Reglereinheit bieten. Vorzugsweise nimmt die zweite Anpassinformation A2 Werte im Bereich zwischen 0 und 1 an.
Mit der Zuordnung
DM = min(1 ,max (0,(|M| — A1 ))) wobei DM die Momentendifferenz (als Eingangsinformation der ersten Reglereinheit 5), |M| der Betrag der Fahrermomenteninformation und A1 die erste Anpassinformation (Fahrermoment-Schwellwert) ist, und der Impulsantwort g(t) der ersten Reglereinheit 5, mit der die Momentendifferenz DM gefaltet wird (Faltungsoperator * ) erhält man für den Anpassfaktor AF:
AF(t) = min (1 , max (0, (min(k1 (AM(t)*g(t)), k2 (1 - A2(t))))))
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die zweite Anpassinformation A2 auch dazu verwendet werden, das Regelverhalten der zweiten Reglereinheit 6 zu beeinflussen. Beispielsweise kann die zweite Anpassinformation A2 dazu verwendet werden, die Reglerverstärkung der zweiten Reglereinheit 6 anzuheben, wenn die zweite Anpassinformation A2 sinkt. Je nach Stabilitätsreserve kann es vorteilhaft sein, gleichzeitig auch die den Frequenzgang bestimmenden Parameter der zweiten Reglereinheit 6 entsprechend anzupassen, beispielsweise in Form einer Verschiebung von Pol- und/oder Nullstellen.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann die Anpassung der Fahrerinteraktion in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation nur durch die erste Anpassinformation A1 , nur durch die zweite Anpassinformation A2 oder durch Kombination beider Anpassinformationen A1 , A2 erfolgen. Falls lediglich eine der beiden Anpassinformationen A1 , A2 dynamisch abhängig vom Fahrzustand bzw. der Fahrsituation geändert wird, wird die jeweils andere Anpassinformation auf einen festen Wert gesetzt. Dieser Wert ist vorzugsweise derart gewählt, dass er für sich alleine betrachtet zu einem Aktivierungsfaktor AF von 1 führt, d.h. einen maximalen dynamischen Fahrereingriff zulässt.
Die von der zweiten Reglereinheit 6 bereitgestellte zweite
Lenksteuerungsinformation L2 wird an einen Additionspunkt 9 übertragen. Dort wird die zweite Lenksteuerungsinformation L2 und die erste Lenksteuerungsinformation L1 addiert und dadurch eine modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 bereitgestellt.
Die dritte Lenksteuerungsinformation L3 wird vorzugsweise wiederum einer Sicherheitsbarriere SB zugeführt, die ausgangsseitig eine vierte Lenksteuerungsinformation L4 bereitstellt. Die Sicherheitsbarriere SB ist eine Einheit, die die Stellgröße vor der physikalischen Berücksichtigung hinsichtlich Absoluthöhe und Gradient überwacht bzw. auch aktiv limitiert.
Die Sicherheitsbarriere SB ist beispielsweise dazu konfiguriert, die modifizierte Lenksteuerungsinformation L3 hinsichtlich der Einhaltung von Sicherheitszielen zu überwachen und ggf. zu modifizieren, wenn die Sicherheitsziele nicht eingehalten werden. So können beispielsweise die Absoluthöhe der modifizierten Lenksteuerungsinformation L3 und deren Gradient überwacht und ggf. auch aktiv limitiert werden.
Die vierte Lenksteuerungsinformation L4 bildet die Eingangsgröße des elektromechanischen Lenksystems 2. Abhängig von der Fahrermomentinformation M, und der ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 erzeugt die zweite Reglereinheit 6 eine zweite Lenksteuerungsinformation L2, die die vom Fahrassistenzsystem 3 erzeugte erste Lenksteuerungsinformation L1 verändert, so dass ein von den ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 abhängiger dynamischer Einfluss des Fahrers auf das Lenksystem 2 des Fahrzeugs möglich ist.
Die Wirkungsweise der Steuereinheit 4 ist derart, dass die Steuereinheit 4 beispielsweise einen Sollwert einer Drehmomentinformation Dl eines Winkelreglers des elektromechanischen Lenksystems 2 empfängt und in Abhängigkeit von der Höhe der der Momentendifferenz DM und der zweiten Anpassinformation A2 diese Momentendifferenz DM mit Hilfe des der zweiten Reglereinheit 6 reduziert wird. Die zweite Reglereinheit 6 erzeugt hierzu eine zweite Lenksteuerungsinformation L2 (Lenkwinkel-Bias-Signal), das zur ersten Lenksteuerungsinformation L1 , die von der Trajekorienfolgeregelung 3.3 bereitgestellt wird, addiert wird. Dadurch wird ein Regelkreis gebildet, der die Momentendifferenz DM zunehmend verringert.
Wie der vom Lenksystem 2 nach oben zur Einheit 7 verlaufende Pfeil andeutet, können auch Informationen der elektromechanischen Lenkung 2 dazu verwendet werden, den Fahrzustand bzw. die Fahrsituation zu erfassen.
Wie zuvor beschrieben, ist die Einheit 7 dazu ausgebildet, die Fahrsituation bzw. den Fahrzustand zu erkennen und zu bewerten. Dabei kann die Einheit 7 auch eine Beobachtung des Fahrers, beispielsweise über eine Kamera, vornehmen und daraus das Fahrerverhalten ableiten. Die Einheit kann insbesondere eine Information bereitstellen, ob das Lenken des Fahrers in die gleiche Richtung wie die Vorgabe des Fahrerassistenzsystems erfolgt oder ob der Fahrer gegen die Vorgabe des Fahrerassistenzsystems lenkt.
Die Einheit 7 kann beispielsweise wie folgt auf Fahrsituationen bzw. Fahrzustände bzw. auf das Fahrerverhalten reagieren:
- Falls der Fahrer in einen Gefahrenbereich lenkt, soll das Gegenmoment des Fahrassistenzsystems 3 deutlich spürbar sein und in Richtung des sicheren Fahrspurbereichs wirken. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) nehmen dem Betrag nach hohen Werte an;
- Falls der Fahrer in Richtung des sicheren Fahrspurbereichs lenkt, soll der Fahrer bei diesem Manöver nicht gehemmt werden. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) nehmen dem Betrag nach niedrige Werte an.
- Falls der Fahrer beispielsweise über das Flandmoment dem Fahrassistenzsystem 3 signalisiert, dass ein Kooperationswunsch besteht, soll dies mit wenig Lenkmomentaufwand d.h. mit geringer Intensität möglich sein. Beispiele hierfür wären die Wahl einer alternativen Fahrroute rechts anstatt links an einem Hindernis vorbei, oder der Wunsch des Fahrers nach einem konstanten lateralen Offset anstatt einer exakten Spurmittenführung, den er über entsprechendes Anlenken dem Fahrassistenzsystem 3 mitteilt. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) nehmen in diesen Fällen dem Betrag nach niedrige Werte an.
- Falls das Fahrassistenzsystem 3 bei Kurvenfahrt an die Limitierungsgrenzen des elektromechanischen Lenksystems gelangt und der Fahrer die laterale Querführung unterstützen möchte, um zu vermeiden, dass das Fahrzeug die Kurve verlässt, soll sich dies für den Fahrer nicht als ein Gegenlenken mit der Folge eines hohen Gegenmomentes am Lenkrad äußern, sondern als ein Unterstützungslenken. Bei diesem Unterstützungslenken muss der Fahrer nur einen Anteil an Lenkkraft aufbringen, der nach Abzug der limitierungsbedingten maximalen Lenkkraft des elektromechanischen Lenksystems verbleibt. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) nehmen dem Betrag nach hohen Werte an, damit die Steuereinheit 4 die erste Lenksteuerungsinformation L1 unverändert lässt und diese unverändert oder nahezu unverändert (d.h. die zweite Lenksteuerungsinformation ist null oder sehr klein) über die Sicherheitsbarriere SB an das elektromechanische Lenksystem 2 weitergeleitet.“
Falls der Fahrer ein Ausweich-Notlenkmanöver ausführt (z.B. gekennzeichnet durch eine hohe Lenkwinkelgeschwindigkeit), welches die Notlenk-Assistenzfunktion noch nicht triggert (oder da diese nicht Bestandteil der Assistenzfunktionalität ist), soll das von dem Lenkwinkelregler der elektromechanischen Lenkung dem Fahrer entgegen gerichtete Lenkmoment sehr klein sein, um den Fahrer bei seinem Ausweichmanöver nicht zu behindern. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) nehmen in diesem Fall dem Betrag nach niedrige Werte an.
- Falls der Fahrer ein Ausweich-Notlenkmanöver ausführt (z.B. gekennzeichnet durch eine hohe Lenkwinkelgeschwindigkeit), welches die Notlenk-Assistenzfunktion noch nicht triggert (oder da diese nicht Bestandteil der Assistenzfunktionalität ist), kann der Fahrer zusätzlich eine aktive Lenkunterstützung erhalten, indem die Reglereinheit 5 keine Limitierung oder eine Limitierung erst bei hohen Werten des Ausgangssignals ausführt.
- Bei aktivierter Notlenk-Assistenzfunktion (d.h. bei durch das Fahrassistenzsystem durchgeführtem Ausweich-Notlenkmanöver) werden die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf hohe Werte gesetzt, solange der Fahrer weniger stark lenkt als es der Vorgabe der optimalen Ausweichtrajektorie entspricht. Diese optimale Ausweichtrajektorie zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug mit Sicherheitsabstand am Hindernis vorbeifahren kann, ohne dabei die Kraftschlusspotentiale an den Rädern zu stark zu beanspruchen und eine Fahrzeuginstabilität hervorzurufen.
- Bei aktivierter Notlenk-Assistenzfunktion werden die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf hohe Werte gesetzt, wenn der Fahrer dynamischer lenkt, als es der Vorgabe einer ermittelten Grenz-Ausweichtrajektorie entspricht. Diese Grenz-Ausweichtrajektorie ist dadurch definiert, dass das Fahrzeug auf dieser Trajektorie hohen Abstand zum Hindernis haben wird, aber gleichzeitig mit hoher Wahrscheinlichkeit Kraftschluss verlieren und instabil werden kann.
- Bei aktivierter Notlenk-Assistenzfunktion werden die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf niedrige Werte gesetzt, wenn der Fahrer durch sein Lenkmanöver eine Trajektorie wählt, die zwischen der optimalen und der Grenz-Ausweichtrajektorie liegt. Die optimale Ausweichtrajektorie und die Grenz-Ausweichtrajektorie werden hierbei fortlaufend neu ermittelt und jeweils eine Neubewertung der Fahreraktion ausgeführt.
- Bei Fahrbahnverengungen insbesondere an Baustellen ist die Wahrscheinlichkeit einer notwendigen Korrektur der gefahrenen Trajektorie durch den Eingriff des Fahrers tendenziell größer bedingt durch die mitunter schlechtere Qualität der dort befindlichen Fahrbahnmarkierungen. Um die Korrektur durch den Fahrer mit wenig Lenkaufwand zu gewährleisten, werden bei enger Fahrspurbreite oder an erkannten Baustellen die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf niedrige Werte gesetzt.
- Generell steigt bei geringerer Qualität der Fahrbahnmarkierungen die Wahrscheinlichkeit einer notwendigen Korrektur der gefahrenen Fahrspur durch den Eingriff des Fahrers. Um auch hier die Korrektur durch den Fahrer mit möglichst wenig Lenkaufwand zu gewährleisten, werden wiederum die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf niedrige Werte gesetzt
Falls das Fahrzeug aufgrund einer Unachtsamkeit des Fahrers droht, die Fahrbahn zu verlassen, das Assistenzsystem zunächst eingreift und beginnt, das Fahrzeug in den sicheren Fahrbahnbereich zu bringen, der Fahrer dann aber die volle Kontrolle übernimmt, sollte das verspürte Lenkmoment zu keinem Zeitpunkt dem Lenkwunsch des Fahrers entgegengerichtet sein unter der Voraussetzung, dass die vom Fahrer gewählte Trajektorie nicht zu einer prädizierten Instabilität des Fahrzeug führen wird. Unter dieser Bedingung werden die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) im Betrag auf niedrige Werte gesetzt.
- Falls der Fahrer einen sportlichen Fahrmodus ausgewählt hat (insofern diese Option in der Fahrzeugausstattung vorgesehen ist), sollte die Lenkung mehr Rückwirkung bereitstellen. Hierzu passend sollte auch das rekommandierende Moment bei einem Gegenlenken durch den Fahrer höher sein. Die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) werden im Betrag auf hohe Werte gesetzt.
Vorzugsweise wird die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) in Abhängigkeit von internen Regelfehlergrößen der Lateralregelung gestaltet, und zwar beispielsweise wie folgt:
- die erste Anpassinformation A1 ist umso höher, je größer der laterale Abstand des Fahrzeugs von der Soll-Trajektorie ist;
- die erste Anpassinformation A1 ist umso höher, je größer die Differenz aus Ist-Lenkradwinkel und Soll-Lenkradwinkel ist;
- die erste Anpassinformation A1 ist umso höher, je größer die Differenz aus Ist-Gierrate und Soll-Gierrate ist.
Vorzugsweise wird auch die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) in Abhängigkeit von internen Regelfehlergrößen der Lateralregelung gestaltet, und zwar beispielsweise wie folgt:
- die zweite Anpassinformation A2 ist umso höher, je größer der laterale Abstand des Fahrzeugs von der Soll-Trajektorie ist; - die zweite Anpassinformation A2 ist umso höher, je größer die Differenz aus Ist-Lenkradwinkel und Soll-Lenkradwinkel ist;
- die zweite Anpassinformation A2 ist umso höher, je größer die Differenz aus Ist-Gierrate und Soll-Gierrate ist.
Weiterhin vorzugsweise wird die erste und zweite Anpassinformation A1 , A2 kleiner gewählt, wenn der Fahrer gegen die Vorgabe des Fahrerassistenzsystems lenkt und eine Alternativroute wählt, die nicht zu einer geringeren Fahrsicherheit führt.
Im umgekehrten Fall werden die erste und zweite Anpassinformation A1 , A2 vorzugsweise größer gewählt, wenn der Fahrer das gleiche Fahrzeugführungsziel wie das Fahrerassistenzsystem hat oder wenn die Alternativroute des Fahrers zu geringerer Fahrsicherheit führt bzw. führen wird. Die Fahrsicherheit kann dabei durch ein Expertensystem auf Basis der prädizierten Kollisionswahrscheinlichkeiten und des prädizierten Verlustes an Kraftschlusspotential an den Rädern bewertet werden.
Die Steuereinheit 4 kann, ebenso wie die Einheit 7 beispielsweise auf einem Steuergerät des Fahrassistenzsystems 3 vorhanden sein. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit 4 aber auch auf dem Steuergerät des elektromechanischen Lenksystems 2 ausgeführt werden. Hierzu wird beispielsweise die Schnittstelle zwischen dem Steuergerät des Fahrassistenzsystems 3 und dem Steuergerät des elektromechanischen Lenksystems 2 für die Übertragung der ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 erweitert.
Vorteilhafterweise kann das System 1 zudem eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten aufweisen:
Falls ein Schalten zwischen diskreten Werten für die erste und zweite Anpassinformation A1 , A2 vorgesehen sein sollte, sind die Werte vor der Umsetzung durch die Steuereinheit 4 gegebenenfalls zu glätten/interpolieren, um einen unerwünschten Ruck im Lenkrad zu vermeiden. Vorzugsweise haben die ersten und zweiten Anpassinformationen A1 , A2 einen kontinuierlichen Charakter und werden beispielsweise durch Fuzzy-Logik-Operationen bestimmt.
Falls widersprüchliche Anforderungen der Einflussregeln an die Flöhe des Fahrermoments vorliegen, z.B. ein Aktivieren des Notausweichassistenten mit hohem Wert für die erste Anpassinformation A1 innerhalb eines Baustellenbereichs, bei dem prinzipiell eine niedrige erste Anpassinformation A1 gewählt werden sollte, können diese beispielsweise durch eine Arbitrator-Einheit in der Fahrzustandserkennung aufgelöst werden.
Ein Einfluss auf das Fahrermoment kann beispielsweise auch dadurch genommen werden, dass anstatt der vorbeschriebenen Begrenzungsregelung durch die Steuereinheit 4 die Soll-Trajektorie in Abhängigkeit von der Lenkaktivität des Fahrers geeignet umgeplant wird. Die Planung einer Trajektorie, die z.B. exakt entlang der vom Fahrer gewählten Fahrspur führt, resultiert unter Vernachlässigung von Regler-Anfangszuständen zu einem Gegenmoment von 0 Nm für den Fahrer. Die Planung einer Trajektorie rechts oder links der aktuell gefahrenen Trajektorie führt zu einer Lenkempfehlung nach rechts oder links.
Der Nachteil bei diesem Vorgehen ist, dass im Zuge einer Neuplanung die Regleranfangszustände (z.B der I-Anteil im Lenkwinkelregler) gezielt herunter gefahren werden müssen, es also nicht nur bei Maßnahmen auf der Planungsebene bleibt. Weiterhin ist der Aufwand zur Erreichung nahtloser Übergänge und damit eines stetigen Lenkmomentverlaufs bei diesem Ansatz höher.
Eine neue Trajektorie aufgrund des Fahrerlenkens, die zu weniger Fahrerlenkmoment führt, wird auch implizit zu einem Bestandteil eines Regelkreises, so dass zusätzliche Vorkehrungen auf Seiten der Trajektorienplanung zur Sicherstellung der Stabilität notwendig werden, insbesondere auch im Hinblick auf die im allgemeinen größere Latenz zwischen einer getriggerten Neuplanung und der Auswirkung auf das Fahrermoment. Bei Notlenkmanövern, bei denen der Fahrer nicht behindert werden darf, müsste in jedem Abtastschritt (z.B. alle 10 ms) die Trajektorie neu geplant werden ausgehend von der aktuell eingeprägten Fahrzeugbewegung durch den Fahrer. Dies ist mit hohem Rechenaufwand verbunden und kann dennoch Winkelregleranteile mit dämpfendem Charakter nicht eliminieren. Werden stattdessen die erste oder zweite Anpassinformation A1 , A2 mit dem Wert „0“ gewählt, kann bei Momentenschnittstelle zum elektromechanischen Lenksystem 2 ein hemmender Beitrag durch die Winkelregelung von null erreicht werden. Bei einer Lenkwinkelschnittstelle zum elektromechanischen Lenksystem 2 kann mit Anpassfaktoren A1 , A2 von null bis auf geringe Restmomente die Hemmung durch den Winkelregler praktisch stark reduziert werden. Erst aus dem Zusammenspiel aus Fahrermomentbegrenzung und einer Trajektorienneuplanung kann dann ein abgestimmtes Gesamtverhalten erzielt werden.
Die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) kann implizit auch dadurch beeinflusst werden, dass die erste Anpassinformation A1 (Fahrermoment-Schwellwert) in Abhängigkeit von der Lenkradauslenkung gesteuert wird. Der Aufwand auch zur Sicherstellung der Stabilität ist aber auch hier höher.
Das beschriebene Verfahren ist auch dann anwendbar, wenn anstelle einer Lenkwinkelvorgabe zum Lenksystem 2 eine Gierraten- oder Krümmungsvorgabe erfolgt. Die Steuereinheit 4 erzeugt dann anstelle eines Lenkwinkel-Bias Korrekturgrößen für die Soll-Gierrate oder Soll-Krümmung.
Bei einem Fahrassistenzsystem 2 auf Basis eines Winkelinterfaces zum elektromechanischen Lenksystem 2 kann innerhalb der ersten Steuereinheit 4 zusätzlich auch der Ist-Lenkradwinkel verwendet werden, um die Begrenzung des Fahrermoments beim Überlenken dynamischer zu gestalten. Hierzu wird in einem Zwischenschritt bei einem Fahrermoment oberhalb der ersten Anpassinformation A1 der Soll-Lenkwinkel anteilig mit dem Ist-Lenkwinkel gemischt, bis bei weiter steigender Fahrermomentinformation M letztlich der Soll-Lenkwinkel dem Ist-Lenkwinkel entspricht. Die Regeldifferenz des Lenkwinkelreglers des elektromechanischen Lenksystems 2 wird dadurch zu null und die Momentenanforderung für den Stellmotor des Lenksystems 2 kann zunächst nicht weiter ansteigen. Zur Entladung der Regler-Integralanteilen im Lenkwinkelregler des elektromechanischen Lenksystems 2 ist aber weiterhin eine Gegenkopplung der Momentenanforderung mit Hilfe der zweiten Reglereinheit erforderlich.
Bei einem Fahrassistenzsystem 2 auf Basis eines Winkelinterfaces zum elektromechanischen Lenksystem 2 kann innerhalb der Steuereinheit 4 anstelle der Rückführung der gesamten Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers in der Festwertregelung die Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers abzüglich eines definierten Anteils berücksichtigt werden. Dieser Anteil ist dann auf Basis des der ersten und zweiten Anpassinformation A1 , A2 zu definieren. Bei einer hohen zweiten Anpassinformation (Überlenksteifigkeit) oder bei einer noch geringen Fahrermomentinformation M wird dieser Anteil hoch gewählt. Bei Zunahme der Fahrermomentinformation M oder bei geforderter geringer zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) wird dieser Anteil klein gewählt mit dem Endwert von 0. Dieses Vorgehen kann bei
Lenkwinkelreglerimplementierungen auf dem Lenksystem 2 mit hoher Dynamik erforderlich sein, da ansonsten das gegen den Fahrer arbeitende Lenkwinkelsollwertmoment zu früh restlos abgebaut wird und die zweite Anpassinformation A2 (Überlenk-Steifigkeit) als zu gering empfunden wird. Die Substraktion eines Anteils vom Lenkwinkelsollwertmoment kann alternativ auch in einen entsprechenden Sollwert der zweiten Reglereinheit umgerechnet werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird. Bezugszeichenliste
1 System
2 Lenksystem
3 Fahrassistenzsystem
3.1 Umfelderkennungseinheit
3.2 T rajektorienplaner-Einheit
3.3 T rajektorienfolgeregelung
3.4 Lenkwinkelregler
4 Steuereinheit
4.1 Betragseinheit
4.2 Subtraktionspunkt
5 erste Reglereinheit
6 zweite Reglereinheit
7 Einheit
8 Additionspunkt 9 Additionspunkt
A1 erste Anpassinformation
A2 zweite Anpassinformation
AF Aktivierungsfaktor
Dl Drehmomentinformation
L1 erste Lenksteuerungsinformation
L2 zweite Lenksteuerungsinformation
L3 dritte/modifizierte Lenksteuerungsinformation
L4 vierte Lenksteuerungsinformation
M Fahrermomentinformation
DM Momentendifferenz
51 erste Schnittstelle
52 zweite Schnittstelle
SB Sicherheitsbarriere cpsoii Soll-Lenkwinkelinformation

Claims

Patentansprüche
1) System zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs umfassend ein Fahrassistenzsystem (3), das zur Erzeugung einer ersten Lenksteuerungsinformation (L1) ausgebildet ist und einer Steuereinheit (4) mit zumindest einer ersten Reglereinheit (5), wobei die Steuereinheit (4) eine erste Schnittstelle (S1), die zum Empfang von
Fahrermomentinformationen (M) ausgebildet ist, und zumindest eine zweite Schnittstelle (S2), die zum Empfang zumindest einer vom Fahrzustand und/oder der Fahrsituation abhängigen Anpassinformation (A1 , A2) ausgebildet ist, aufweist, wobei die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, eine zweite Lenksteuerungsinformation (L2) bereitzustellen, die von den Fahrermomentinformationen (M) und der zumindest einen Anpassinformation (A1, A2) abhängig ist und dass das System (1) dazu ausgebildet ist, dem Lenksystem (2) des Fahrzeugs basierend auf der ersten und zweiten Lenksteuerungsinformation (L1 , L2) eine modifizierte Lenksteuerungsinformation (L3) bereitzustellen, basierend auf der eine Lenkbewegung am elektromechanischen Lenksystem (2) vollzogen wird.
2) System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lenksteuerungsinformation (L1) eine Winkelinformation, eine Drehmomentinformation für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems (2) oder eine zum Drehmoment des Stellmotors des elektromechanischen Lenksystems (2) proportionale Information ist.
3) System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anpassinformation (A1) ein Fahrermomentschwellwert ist und wobei die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, bei einem Betrag der Fahrermomentinformation (M) oberhalb des Fahrermomentschwellwerts eine zweite Lenksteuerungsinformation (L2) zu erzeugen, die eine Modifikation der von dem Fahrassistenzsystem bereitgestellten ersten Lenksteuerungsinformation (L1) bewirkt. 4) System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Anpassinformation (A2) eine Überlenksteifigkeits-Information ist, die ein Maß für den Lenkwiderstand ist, den der Fahrer an der Lenkeinrichtung zum Überlenken des vom Fahrassistenzsystem (3) vorgegebenen Lenkverhaltens zu überwinden hat.
5) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, das Regelverhalten der ersten Reglereinheit (5) der Steuereinheit (4) basierend auf der zweiten Anpassinformation (A2) anzupassen.
6) System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) zum Empfang einer ersten und einer zweiten Anpassinformation (A1, A2) ausgebildet ist, wobei entweder eine der beiden Anpassinformationen (A1 , A2) einen festen Wert und die andere Anpassinformation einen fahrzustands- oder fahrsituationsabhängigen Wert aufweist oder die erste und zweite Anpassinformation (A1, A2) beide fahrzustands- oder fahrsituationsabhängig sind.
7) System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) derart ausgebildet ist, dass die erste Reglereinheit (5) eine Momentendifferenz (DM) empfängt, die null ist, wenn der Betrag der Fahrermomentinformationen (M) kleiner oder gleich dem Fahrermomentschwellwert ist und einen um den Fahrermomentschwellwert reduzierten Betrag der Fahrermomentinformationen aufweist, sobald der Betrag der Fahrermomentinformationen den Fahrermomentschwellwert übersteigt.
8) System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reglereinheit (5) eine oberhalb einer Grenzfrequenz monoton abfallende Betragskennlinie aufweist.
9) System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reglereinheit (5) ein Regelverhalten gemäß eines PT1 -Reglers aufweist. 10) System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reglereinheit (5) ein Regelverhalten derart aufweist, dass durch die Modifikation der ersten Lenksteuerungsinformation (L1) durch die zweite Lenksteuerungsinformation (L2) die der ersten Reglereinheit (5) als Eingangsgröße zugeführte Momentendifferenz (DM) reduziert wird.
11) System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die erste Lenksteuerungsinformation (L1) eine Winkelinformation, eine Gierraten- oder Krümmungsinformation ist, eine zweite Reglereinheit (6) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems (2) oder eine zu dieser Sollmomentinformation proportionale Information in eine Lenkwinkelinformation, eine Gierraten- oder Krümmungsinformation als zweite Lenksteuerungsinformation (L2) umzusetzen.
12) System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reglereinheit (6) dazu ausgebildet ist, eine mit einem Aktivierungsfaktor (AF) gewichtete Sollmomentinformation des Lenkwinkelreglers für den Stellmotor des elektromechanischen Lenksystems (2) zu empfangen, wobei der Aktivierungsfaktor (AF) von der ersten Reglereinheit (5) bereitgestellt wird.
13) System nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reglereinheit (6) dazu ausgebildet ist, die zweite Anpassinformation (A2) zu empfangen und das Regelverhalten der zweiten Reglereinheit (6) basierend auf der zweiten Anpassinformation (A2) angepasst wird.
14) System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reglereinheit (6) eine oberhalb einer Grenzfrequenz monoton abfallende Betragskennlinie aufweist und/oder ein Regelverhalten gemäß eines PT1 -Reglers aufweist. 15) Verfahren zum Ansteuern eines elektromechanischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs umfassend ein Fahrassistenzsystem (3), das eine erste Lenksteuerungsinformation (L1) bereitstellt und eine Steuereinheit (4) mit zumindest einer ersten Reglereinheit (5), wobei die Steuereinheit (4) Fahrermomentinformationen (M) empfängt, die der menschliche Fahrer an der
Lenkeinrichtung appliziert, und zumindest eine vom Fahrzustand und/oder der Fahrsituation abhängige Anpassinformation (A1, A2) empfängt, wobei die Steuereinheit (4) eine zweite Lenksteuerungsinformation (L2) bereitstellt, die von den Fahrermomentinformationen (M) und der zumindest einen Anpassinformation (A1 , A2) abhängig ist und dass das System (1 ) dem
Lenksystem (2) des Fahrzeugs basierend auf der ersten und zweiten Lenksteuerungsinformation (L1 , L2) eine modifizierte Lenksteuerungsinformation (L3) bereitstellt, basierend auf der eine Lenkbewegung am elektromechanischen Lenksystem (2) vollzogen wird.
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