WO2009074663A1 - Routenführungsassistenz durch momentunterstützung am lenkrad - Google Patents

Routenführungsassistenz durch momentunterstützung am lenkrad Download PDF

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WO2009074663A1
WO2009074663A1 PCT/EP2008/067360 EP2008067360W WO2009074663A1 WO 2009074663 A1 WO2009074663 A1 WO 2009074663A1 EP 2008067360 W EP2008067360 W EP 2008067360W WO 2009074663 A1 WO2009074663 A1 WO 2009074663A1
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vehicle
route
steering
driver
assistance device
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PCT/EP2008/067360
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich STÄHLIN
Mattias Strauss
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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Priority to US12/747,002 priority patent/US8554410B2/en
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    • 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
    • B62D15/0265—Automatic obstacle avoidance by steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/14—Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention
    • B60W50/16—Tactile feedback to the driver, e.g. vibration or force feedback to the driver on the steering wheel or the accelerator pedal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
    • B60W50/14—Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention
    • B60W2050/143—Alarm means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2556/00—Input parameters relating to data
    • B60W2556/45—External transmission of data to or from the vehicle
    • B60W2556/50—External transmission of data to or from the vehicle of positioning data, e.g. GPS [Global Positioning System] data

Definitions

  • the invention relates to the driver assistance technology for vehicles.
  • the invention relates to an apparatus and a method for route guidance assistance of a vehicle connected to a navigation system and a computer-readable storage medium and a
  • assistance systems are increasingly used in modern motor vehicles, which support the driver while driving.
  • passive assistance systems and active driver-process technologies such as, for example, automotive.
  • ESP Electronic Stability Program
  • lane departure warning lane departure warning
  • Other driver assistance systems that assist in the control of the vehicle are ABS (Anti-lock Braking System), ASR (Drive Slip Control) or EDS (Electronic Differential Lock).
  • GPS Global System for Mobile communications
  • Navigation system issued guidance such. "Turn left after 50 meters” are based on distances.
  • the driver of the vehicle has the problem of accurately estimating distances and having to correctly identify an intersection or the like. Especially in the rush hours in city traffic, at confusing intersections and multi-lane roads, the usual help from navigation systems may not be sufficient. While the destination can easily be reached during a cross-country trip with few intersections, it is possible to follow the route guidance only with increased concentration of the vehicle driver, especially in cities where many intersections or junctions can be present in a small space. Possible inattention or misunderstood instructions can lead to detours or unexpected driving, such as sudden braking due to late or early turn off. Above all, the acoustic announcements can be misunderstood because the announcements are reported too late or too early for the individual driver. Furthermore, especially at the beginning of the use of a navigation system, the acoustic and visual route guidance can be misunderstood by the driver, if the navigation systems differ depending on the manufacturer or version.
  • the object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims, further embodiments are embodied in the dependent claims.
  • the exemplary embodiments of the invention described below likewise relate to the assistance device, the system, the method, the computer program element and the computer-readable storage medium.
  • the features mentioned with regard to the assistance device can also be implemented in the system, the method, the program element or the computer-readable medium, and vice versa.
  • an assistance device for routing a vehicle connected to a navigation system, wherein the assistance device has a control unit for generating a control signal for a haptic feedback to the driver of the vehicle and the haptic feedback to the driver following one of the navigation system calculated calculated route.
  • the assistance device can thus be issued to a vehicle driver by means of haptic Guide instructions along a previously calculated route towards a user-defined destination.
  • the driver can enter by menu settings of the navigation system, if he receives the guidance notes for a specific route guidance haptically confirmed or with the addition of visual or audible guidelines. Since the visual and auditory sense of humans is already overloaded in many situations, it is advantageous to use the sense of touch for targeted information transfer. In this way, the invention contributes to less distraction of the driver from the road through the instructions of the navigation system and thus to traffic safety.
  • Haptic feedback i. E. a haptic reaction in the vehicle in, for example, left turn maneuvers opposite or easily distinguishable for the driver to the haptic reaction inpadabbiegemanöver.
  • the location of a tactile stimulus may indicate the direction (right or left foot over the vehicle floor or right or left leg over the driver's seat), while the stimulus frequency may indicate the distance to the turn-off point.
  • the vehicle is, for example, a motor vehicle, such as a car, a bus or truck, or even a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane.
  • a motor vehicle such as a car, a bus or truck, or even a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane.
  • an assistance device wherein the haptic feedback comprises a vibration of the steering wheel.
  • the control unit of the assistant device generates a haptic feedback by a vibration (for example with the aid of a corresponding actuator) with a certain amplitude and frequency, which is normal
  • Steering wheel functions is added and thus perceived by the driver haptic.
  • the vibration can only be generated when the vehicle is in a non-critical driving situation such as. e.g. while maintaining certain speeds such as city speeds.
  • a specific signal may be output by e.g. only the right or left side of the steering wheel generates a haptic signal.
  • shaking the steering wheel can warn the driver when the user-defined route deviates.
  • This "shaking effect” can give the driver the feeling that he is driving in a gutter, thus requiring the driver not to leave the lane or route.
  • the haptic feedback on an additional torque (M z ) on the steering of the vehicle which is generated for example by means of a servo motor.
  • the route guidance takes place in that the current location of the vehicle is determined by a position sensor and is compared with the route.
  • a haptic signal is output by changing the steering torque level to the driver.
  • These guidance signals can be transmitted continuously or discontinuously to the driver.
  • the frequency of the signal output can be increased when approaching a decision point calculated by the navigation system, for example crossing.
  • the steering device may for example be provided with an electric power assisted steering (EPAS) or else as a steer-by-wire or fiy by wire system.
  • EEPAS electric power assisted steering
  • These technologies advantageously have actuators that allow implementation of haptic feedback.
  • control unit of the assistance device adds a negative additional torque (M z ⁇ 0) to the steering in the event of a deviation from the calculated route such that a higher manual torque must be introduced into the steering to maintain or increase the steering torque ,
  • the driver can be given the feeling of a virtual "roadway chute", the "roadway chute” being the same as the calculated roadway of the navigation system, whereby a servomotor with an electric motor can be used to realize the steering momentum change in that the control unit of the assistant device can apply to the electric steering system (EPAS) a negative additional torque, such as a virtual "weight” on the steering wheel.
  • EPAS electric steering system
  • the control causes the manual torque of the driver to increase when the control unit has calculated that it is leaving the route. It can the additional manual torque to achieve the same steering angle proportional to the deviation from the calculated route are set.
  • control unit of the assistance device is designed to add a positive additional torque (M z > 0) to the steering in order to facilitate the steering of the vehicle in the direction of the calculated route.
  • the driver can be supported to follow with a targeted, supporting steering torque change of the route, for example, to keep the calculated lane.
  • a targeted, supporting steering torque change of the route for example, to keep the calculated lane.
  • left-hand steering maneuvers are facilitated in a turn-off maneuver.
  • it is easier to get into the lane from the calculated travel route with a supporting positive additional momentum. be found back on the required route.
  • control unit of the assistance device is designed to output a positive additional torque (M z > 0) before and during maneuvers calculated by the navigation system, the maneuvers being selected from a group consisting of a steering angle ( ⁇ ) greater than a user-defined one Limit, a turning maneuver and a lane change.
  • positive steering wheel supports can be coupled to specific decision points that have been calculated by the navigation system.
  • the driver can enter limit values or specific maneuvers via a suitable human-machine interface, for example the menu navigation of the navigation system.
  • the driver can choose that only from a steering angle to be taken ⁇ greater than 30 °, a positive additional torque is transmitted to the driver.
  • the mentioned threshold value of 30 ° can be seen as an example and can be adjusted as desired.
  • the driver can also decide whether and at what intervals for
  • additional decision points can be entered depending on the driver's request.
  • the above-mentioned maneuvers can already be called as predetermined criteria by a storage unit of the assistance device.
  • the assistance device has a navigation system interface that is designed as an input interface for receiving current navigation route parameter interface calculated by the navigation system (x N , y N , x N ', y N ', x N ", y N ") and one Vehicle interface that is designed as
  • Input interface for receiving vehicle parameters such as location-time state information (x F , y F , x F ', y F ', x F ", y F "), steering angle ⁇ F and steering torque M F of a vehicle.
  • the position data of the vehicle can be transmitted to the control unit via the navigation and / or vehicle interface.
  • the navigation system uses the position data to match the information from digital maps. In this way, a meaningful route calculation of the current
  • the current travel route parameters (x N , y N , x N ', y N ', x N ", y N ") calculated by the navigation can be determined via the Interface can be received by the control unit for further processing.
  • the various vehicle parameters (x F , y F , x F ', y F ', x F ", y F "), steering angle ⁇ F and steering torque M F can be received.
  • the driving speed x F ', y F ' is determined by a sensor such as a speedometer or the signals of the wheel speed sensors.
  • the acceleration data X F " / yF" also includes, for example, the lateral acceleration of a vehicle that can be output by an EPS support system. All recorded vehicle parameters are supplied to the arithmetic unit or control unit.
  • the assistance device has an environment sensor interface which is designed to receive location-time state information (x 0 , y 0 , Xu ', Yu', Xu "/ Yu") of a potential obstacle.
  • Systems of environment sensors usually have video sensors, infrared sensors, ultrasonic sensors, radar or lidar.
  • a radar sensor can monitor the front area and rear space of the vehicle so that a control unit of the assistance device can transmit location relative speed, as well as acceleration X 11 , y 0 , Xu ', Yu' Xu " / Yu" of a movable obstacle via the environmental sensor interface. If, for example, a vehicle on the right turn Cycle track is located, the route calculation would be corrected taking into account the obstacle and issued no turn recommendation.
  • Assistance device comprises a control unit (11) which is designed to determine the vehicle parameters (x F , y F , x F ', y F ', x F ", y F “, ⁇ F , M F ) and data of a potential obstacle (x 0 , V 11 , Xu't Yu't Xu “/ Yu") relative to the calculated travel route parameters (x N , y N , x N ', y N ', x N ", y N ") and steering parameters such as route-specific To determine steering angle ⁇ N and additional torque M z and output only a control signal to an actuator of the steering of the vehicle via an output interface, if the environment sensor data (xu, Yu, Xu ', Yu', Xu ", Yu”) no obstacle on the calculated Driving route have been determined.
  • a route-specific steering angle ⁇ N which is required in the current driving situation in order to guide the vehicle on the calculated route, can be calculated.
  • the control unit can calculate the difference between the calculated steering angle ⁇ N and the driver's steering angle ⁇ F.
  • the additional torque to be applied by the assistance device is then adjusted as a function of this steering angle difference with the aid of an actuator and superimposed additively on the manual torque M H exerted by the driver via the steering wheel.
  • Environment sensors are used as test data. If a stationary or moving potential obstacle is located on the calculated target route, there should be no additional torque be given to the steering wheel. Optionally, a warning can be done by means of a haptic feedback such as a vibration on the steering wheel. If the validation of the route indicates that, for example, access by a construction site vehicle is impeded, the control unit can forward this information to the navigation system via the navigation interface so that a new route guidance can be calculated. Only when re-validated data regarding the target route of the control unit are provided, an additional torque can be passed on to the driver.
  • a haptic feedback such as a vibration on the steering wheel.
  • the strength of the additional torque can be dependent not only on the steering angle difference but also on the driving speed of the vehicle.
  • the additional torque can be reduced as the speed of the vehicle increases.
  • control unit of the assistance device is designed to block the output of a positive additional torque (M z > 0) to the output interface when a maximum speed (x max ', y max ') has been exceeded.
  • an assistance device wherein the haptic feedback takes place via an active accelerator pedal.
  • the accelerator pedal can counteract the driver's foot a force or reduce the force required to depress the accelerator pedal or give a shake on the accelerator pedal. By shaking, the driver may e.g. indicated that he has to turn shortly.
  • an opposing force in the gas pedal can be used for this, since typically before a curve, the speed must be reduced.
  • an assistance system is specified with an assistance device, wherein the assistance system has a navigation system, a position determination system, vehicle sensors and a servomotor.
  • GPS Global Navigation Satellite Systems
  • Positioning of the vehicle can be done not only via GPS but also via a cell positioning. This is particularly useful when using GSM, UMTS or LTE networks or WiMAx networks. Positioning by means of WLAN is also possible.
  • a motor vehicle with an assistance device according to the invention is specified.
  • the assistance method for route guidance of a vehicle connected to a navigation system comprises generating a control signal for haptic feedback to the driver of the vehicle, wherein the haptic feedback facilitates the driver following a route calculated by the navigation system.
  • the assistance method comprises the navigation system (x N , y N , x N ', y N', x N ", y N ”) calculating a location-time state information of the vehicle calculated according to the travel route.
  • the detection of a location-time state information (x F , y F , x F ', y F ', x F ", y F ) and steering parameters ( ⁇ F , M F ) of a vehicle.
  • the assistance method has an evaluation of the acquired location-time state information of the navigation system (x N , y N , x N ', y N', XN ", YN”) and the vehicle parameters (x F , y F , x F ', y F ', x F ", y F “, ⁇ F , M F ) and determining and outputting an additional torque (M z ) to the steering of the vehicle, wherein the additional torque is negative for a deviation from the travel route (M z ⁇ 0) and positive in following the calculated direction of the navigation route (M z > 0).
  • a computer program element which, when executed by a processor, is adapted to carry out the method according to the invention.
  • the computer program element may be, for example, on a microprocessor of a control unit which is designed to control the torque assistance of the steering wheel.
  • the control unit, which i.a. the evaluation includes, for example, by an electronic
  • Data processing system with one or more microprocessors and associated software are formed.
  • a computer-readable storage medium is stored on which the computer program element according to the invention is stored which, when executed on a processor, instructs the processor to carry out the following method step: generating a haptic feedback control signal to the driver Vehicle, wherein the haptic feedback facilitates the driver following a route overridden by the navigation system.
  • the computer program product for example, floppy disks, CDs, DVDs, hard disks, USB memory sticks, flash memory or the like come into consideration.
  • the computer program element can be stored on an Internet server and be transferred from there into the memory element of the control unit.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the assistance device according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a map detail for explaining two possible additional moments on the basis of an exemplary turning maneuver.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a lane change maneuver not supported by the assistance device and the function of the negative additional torque as a function of the vehicle position relative to the route lane.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the invention.
  • the assistance device 10 has a control unit 11 with interfaces.
  • the control unit has a navigation interface 15 which is designed to receive the current travel route parameters calculated by the navigation system (x N , y N , x N ', y N', x N ", y N ").
  • the Control unit to a vehicle parameter interface 13, the vehicle parameters such as location-time state information x F , y F , XF 't YF' r XF " / YF” and steering parameters such as steering angle ⁇ and steering torque M received from the vehicle electronics unit 30.
  • the vehicle electronics 30 detects the current
  • Driving situation for example via vehicle measuring sensors 32 such as the speedometer x F ', Y F ' and sensors for measuring the lateral acceleration.
  • the position determination system 40 can determine the location data of the vehicle x F , y F, for example with the aid of a GPS receiver 40. The determined position of the vehicle can both over the
  • Vehicle parameter interface 13 and indirectly via the navigation system 50 and corresponding interface 15 of the control unit 11 are transmitted.
  • the control unit 11 can receive the location-time state information X 11 , y 0 , X 1 , ', ⁇ ⁇ ', Xu ", yu" of a potential obstacle.
  • a camera 60 with evaluation electronics 61 is shown.
  • several cameras can be installed on the vehicle in order to detect a potential obstacle and its movement both in the front area including the side area and the rear space of the vehicle can.
  • the use of infrared cameras is suitable.
  • the use of the assistance device according to the invention is of great use.
  • beam sensors radar, lidar
  • communication technology vehicle-to-X communication, eg via the communication standard IEEE802.11p
  • the control signal determined on the basis of the acquired data is forwarded via the output interface 12 to the driver.
  • the steering torque M of the steering wheel 20 can be changed via an actuating unit 21.
  • the steerable front wheels 70 of a vehicle are adjusted via a steering connection, not shown, by the setting unit 21.
  • the setting unit 21 can be designed, for example, as a servomotor, which can apply an additional torque determined in the control unit 11 to the steering wheel 20.
  • the manual torque indicated by the arrow 31 produces a left-hand position of the front wheels 70. If an additional torque is applied via the control signal from the control unit, a larger or smaller hand torque M must be applied by the driver to maintain the same steering torque or steering angle of the front wheels become.
  • FIG. 2 shows the example of a calculated by the navigation system Turning maneuver and an exemplary driving behavior of a motor vehicle driver the inclusion of a negative additional moment M z ⁇ 0 or a positive additional moment M z > 0 on the steering wheel 20.
  • Figure 2 shows a map section with Intersections, wherein the motor vehicle 80 is on the calculated route 90.
  • the assistance device 10 evaluates the received data shortly before the intersections.
  • the driver understands the instructions of the navigation system so that he erroneously wants to turn right at the first intersection instead of at the second intersection. Therefore, the comparison of the driving parameter data with the results
  • FIG. 2 shows that the driver steers in the right direction at the second intersection ( ⁇ F ⁇ ⁇ N ) and thus follows the calculated travel route 90 correctly.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the assistant device function using the example of a lane change maneuver.
  • the roadway cutout shown in FIG. 3 could, for example, show a two-lane city highway.
  • the motor vehicle driver wants to steer the motor vehicle 81 from the right lane to the left lane (driver's desired lane change indicated by arrow 301).
  • the destination route 91 is to keep the current lane.
  • Navigation interface 15 and the driving parameter interface 13 detected data shows that the steering angle of the driver ⁇ F does not match the necessary for the calculated route steering angle ⁇ N. Therefore, the driver a negative additional torque M z ⁇ 0 is applied to the steering. In this case, smaller deviations from the target track are correlated with small counter torques M z , as shown schematically in the representation of the function M z as a function of the location y.
  • the function sketch shows that when holding the track 91, no additional torque is switched on, while in the agreement of the track, the negative additional moment M z increases with the distance to the middle of the track.
  • the assistance device could support a lane change, however, after environmental sensors have detected an obstacle in front of the vehicle. This would prevent the consequences of the original route. In this case, the route would be recalculated and the rider's left turn supported by a positive additional torque.
  • 4 shows an assistance method according to an exemplary embodiment of the invention for route guidance of a vehicle connected to a navigation system in that a control unit generates a control signal for a haptic feedback to the driver of the vehicle, wherein the generated signal facilitates following a route calculated by the navigation system.
  • the assisted route guidance method begins by the vehicle operator entering a destination input into the navigation system associated with the vehicle.
  • measurement sensor information such as vehicle speed or lateral acceleration is detected.
  • Method step 404 namely the detection of a calculated according to the route route time-state information of the vehicle from the navigation system (x N , y N , x N ', y N', x N ", y N ").
  • method step 405 which involves acquiring location-time state information (x F , y F , XF ', yF' t XF “, YF") and steering parameters ( ⁇ F , M F ) of a vehicle.
  • step 406 the detected spot-time status information of the navigation system (x N, y N, x N, y N ', XN', YN ') and the vehicle parameters (x F, YF, XF' and YF ', is XF ", YF", ⁇ F , M F ) and thus calculated a required for following the route steering angle ⁇ N.
  • the calculated ⁇ N is compared with the current ⁇ F.
  • Step 408 shows the case when the driver steers in the direction of the steering angle calculated by the navigation system ( ⁇ F ⁇ ⁇ N ), in other words, the route is followed. This is going through
  • the same procedure is applicable to another haptic feedback such as e.g. Vibration on the steering wheel.
  • another haptic feedback such as e.g. Vibration on the steering wheel.
  • Vibration e.g. Vibration on the steering wheel.
  • Step 403 a warning signal are issued.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betriffteine Vorrichtung und ein Verfahren zur Routenführungsassistenz eines mit einem Navigationssystem verbundenen Fahrzeuges. Um dem Fahrer ein Folgen einer von einem Navigationssystem berechneten Route zu erleichtern, wird eine Assistenzvorrichtung zur Routenführung bereitgestellt, wobei die Assistenzvorrichtung eine Steuereinheit zum Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges aufweist. Als haptische Rückmeldung kann die Steuereinheit beispielsweise ein Zusatzmoment auf die Lenkung des Fahrzeuges ausgeben, wobei das Zusatzmoment bei einer Abweichung von der Fahrtroute negativ ist und beim Folgen der berechneten Richtung der Navigationsroute positiv ist.

Description

Routenführungsassistenz durch Momentunterstützung am Lenkrad
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Fahrerassistenztechnik für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Routenführungsassistenz eines mit einem Navigationssystem verbundenen Fahrzeuges sowie ein computerlesbares Speichermedium und ein
Computerprogrammelement zur Ausführung des Verfahrens.
Technologischer Hintergrund
Assistenzvorrichtungen für Kraftfahrzeuge haben ein hohes
Potenzial zur Verbesserung von Verkehrssicherheit, Fahrkomfort und Ressourceneinsparung. Daher werden in modernen Kraftfahrzeugen zunehmend Assistenzsysteme eingesetzt, die den Fahrer im Fahrbetrieb unterstützen. Dabei unterscheidet man zwischen passiven Assistenzsystemen und aktiv in den Fahrerprozess eingreifenden Technologien wie z.B. ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) oder Spurhalteassistenzen (lane departure warning) . Weitere bei der Steuerung des Fahrzeuges unterstützende Fahrerassistenzsysteme sind ABS (Anti-Blockier-System) , ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung) oder EDS (Elektronische Differentialsperre) .
Zur Steigerung des Fahrkomforts werden Navigationssysteme als Fahrerassistenzsysteme eingesetzt. Dabei wird der Fahrer entlastet, indem durch Lokalisation per GPS (Global
Positioning System) die nötigen Abbiegevorgänge bis zum eingestellten Zielpunkt angezeigt und/oder angesagt werden. Auf diese Weise kann p'ri xfa-'Jqar , ^v\ „, v <- r ^ , ^-- ,n t-.jpr Kraftfahrzeug ^rg^oaut nct, 1^b '""ei p^cb u g^-n c:coebt , ^ir zuve r
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Ξyczen c_nαcg2bc" bzw. prn J_~ΓLI ^C __" " c 3 _ g ^c^i^h^ii \u_dΛ. Navigationssysteme geben in der Regel die vom Navigationscomputer berechneten Routenfuhrungen optisch und/oder akustisch aus. Fuhrungsanweisungen werden insbesondere bei Annäherung des Fahrzeuges an Entscheidungspunkten, also insbesondere Kreuzungen oder ähnliches ausgegeben. Typische vom
Navigationssystem ausgegebene Fuhrungsanweisung wie z.B. „nach 50 Metern links abbiegen" beruhen auf Entfernungsangaben.
Für den Fahrzeugfuhrer ergibt sich das Problem, Entfernungen exakt einschätzen und einen Kreuzung oder ähnliches korrekt identifizieren zu müssen. Vor allem in den Hauptverkehrszeiten im Stadtverkehr, an unübersichtlichen Kreuzungen sowie bei mehrspurigen Straßen können die von Navigationssystemen üblichen Hilfen nicht ausreichend sein. Wahrend bei einer Uberlandfahrt mit wenigen Kreuzungen das Ziel problemlos erreicht werden kann, wird insbesondere bei Städten, bei denen viele Kreuzungen oder Einmündungen auf engem Raum vorhanden sein können, ein Folgen der Routenfuhrung nur mit erhöhter Konzentration des Fahrzeugfuhrers möglich sein. Mögliche Unaufmerksamkeiten oder falsch verstandene Anweisungen können zu Umwegen oder unerwartetem Fahrverhalten, wie plötzliches Abbremsen, aufgrund zu spatem oder frühen Abbiegen fuhren. Dabei können vor allem die akustischen Ansagen falsch verstanden werden, da die Ansagen für den individuellen Fahrer zu spat oder zu früh gemeldet werden. Ferner kann insbesondere zu Beginn der Nutzung eines Navigationssystems die akustische sowie visuelle Routenfuhrung vom Fahrer missverstanden werden, wenn sich die Navigationssysteme je nach Hersteller oder Version unterscheiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann betrachtet werden, gegenüber bekannten Navigationssystemen eine verbesserte Ausgabe von Führungsanweisungen an den Fahrzeugführer bereitzustellen, um dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route zu erleichtern.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, weitere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen verkörpert. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen gleichermaßen die Assistenzvorrichtung, das System, das Verfahren, das Computerprogrammelement und das computerlesbare Speichermedium. In anderen Worten lassen sich die im Hinblick auf die Assistenzvorrichtung genannten Merkmale auch in dem System, dem Verfahren, dem Programmelement oder dem computerlesbaren Medium implementieren und umgekehrt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Assistenzvorrichtung zur Routenführung eines mit einem Navigationssystem verbundenen Fahrzeuges bereitgestellt, wobei die Assistenzvorrichtung eine Steuereinheit zum Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges aufweist und die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
Die erfindungsgemäße Assistenzvorrichtung kann somit einen Fahrzeugführer mittels haptisch ausgegebenen Führungsanweisungen entlang einer zuvor berechneten Route in Richtung eines benutzerdefinierten Ziels führen. Dabei kann der Fahrer durch Menüeinstellungen des Navigationssystems eingeben, ob er die Leithinweise für eine bestimmte Zielführung nur haptisch rückgemeldet bekommt oder unter Hinzunahme von visuellen oder akustischen Leithinweisen. Da der visuelle und auditive Sinn des Menschen in vielen Situationen bereits überlastet ist, ist es vorteilhaft den Tastsinn zur gezielten Informationsübertragung zu nutzen. Auf diese Weise trägt die Erfindung zu einer geringeren Ablenkung des Fahrzeugführers vom Straßenverkehr durch die Anweisungen des Navigationssystems und somit zur Verkehrssicherheit bei.
Ferner besteht die Möglichkeit für den Fahrzeugführer die haptischen Rückmeldungen nur bestimmten Entscheidungspunkten wie Abbiegemanöver und/oder Spurwechsel zuzuordnen. Dabei verhält sich eine haptische Rückmeldung, d.h. eine haptische Reaktion im Fahrzeug bei beispielsweise Linksabbiegemanövern entgegengesetzt bzw. für den Fahrer leicht unterscheidbar zu der haptischen Reaktion im Rechtsabbiegemanöver . So kann der Ort eines taktilen Reizes die Richtung anzeigen (rechter oder linker Fuß über Fahrzeugboden oder rechtes oder linkes Bein über Fahrersitzfläche) , während die Reizfrequenz die Entfernung zur Abbiegestelle anzeigen kann.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie ein Auto, ein Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Assistenzvorrichtung angegeben, wobei die haptische Rückmeldung eine Vibration des Lenkrades aufweist. Dabei erzeugt die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung eine haptische Rückmeldung durch eine Vibration (beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Aktuators) mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz, welche zu den normalen
Lenkradfunktionen addiert wird und so vom Fahrer haptisch wahrgenommen wird. Zusätzlich kann die Vibration nur erzeugt werden, wenn sich das Fahrzeug in einer unkritischen Fahrsituation befindet wie. z.B. bei Einhalten bestimmter Geschwindigkeiten wie Stadtgeschwindigkeiten. Ferner kann vorab oder bei der Einleitung eines Abbiegemanövers entsprechend der berechneten Richtung ein spezifisches Signal ausgegeben werden, indem z.B. nur die rechte bzw. linke Lenkradseite ein haptisches Signal erzeugt.
Zudem ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Rütteln des Lenkrades den Fahrer beim Abweichen der benutzerdefinierten Route warnen kann. Dieser „Rütteleffekt" kann dem Fahrer das Gefühl vermitteln, dass er wie in einer Rinne fährt. Auf diese Weise wird der Fahrer aufgefordert, die Spur bzw. Fahrtroute nicht zu verlassen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die haptische Rückmeldung ein Zusatzmoment (Mz) auf die Lenkung des Fahrzeuges auf, welches beispielsweise mit Hilfe eines Servomotors erzeugt wird.
Durch die Aufschaltung eines Moments auf die Lenkung wird das Folgen der geplanten Route erleichtert. Dabei erfolgt die Routenführung dadurch, dass durch eine Positionssensorik der aktuelle Standort des Fahrzeugs ermittelt wird und mit der Route verglichen wird. Beim Abweichen bzw. korrekten Folgen der Route und damit der berechneten Fahrmanöver, wie Abbiegen, Wenden oder Spur wechseln, wird durch Veränderung des Lenkmomentniveaus an den Fahrzeugführer ein haptisches Signal ausgegeben. Diese Leitsignale können kontinuierlich oder diskontinuierlich an den Fahrer übermittelt werden. Bei einer diskontinuierlichen Signaleinstellung kann bei Annäherung an einen vom Navigationssystem berechneten Entscheidungspunkt wie z.B. Kreuzung die Frequenz der Signalausgabe erhöht werden.
Die Lenkeinrichtung kann beispielsweise mit einer elektrischen Servolenkung (EPAS; Electric Power Assisted Steering) versehen oder auch als Steer-By-Wire bzw. FIy by Wire-System ausgeführt sein. Diese Technologien weisen vorteilhafterweise Aktoren auf, die eine Implementierung einer haptischen Rückmeldung erlauben .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung fügt die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung bei einer Abweichung von der berechneten Route ein negatives Zusatzmoment (Mz < 0)auf die Lenkung hinzu derart, dass zur Beibehaltung oder Erhöhung des Lenkmoments ein höheres manuelles Moment in die Lenkung eingeleitet werden muss.
Auf diese Weise kann ähnlich wie beim „Rütteleffekt" dem Fahrer das Gefühl einer virtuellen „Fahrbahnrinne" vermittelt werden, wobei die „Fahrbahnrinne" mit der berechneten Fahrbahn bzw. Fahrtroute des Navigationssystems übereinstimmt. Dabei kann ein Servoantrieb mit einem Elektromotor zu Realisierung der Lenkmomentänderung dienen, indem die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung auf das elektrische Lenkssystem (EPAS) ein negatives Zusatzmoment, wie ein virtuelles „Gewicht" auf das Lenkrad aufschalten kann. Die Regelung bewirkt ein Erhöhen des manuellen Momentes des Fahrers, wenn ein Verlassen der Fahrtroute von der Steuereinheit berechnet wurde. Dabei kann das zusätzliche Handmoment zum Erreichen des gleichen Lenkwinkels proportional zur Abweichung von der berechneten Fahrtroute eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung ausgelegt, in Richtung der berechneten Route ein positives Zusatzmoment (Mz > 0)auf die Lenkung zur Erleichterung der Lenkung des Fahrzeuges hinzuzufügen .
Auf diese Weise kann der Fahrer unterstützt werden, um mit einer gezielten, unterstützenden Lenkmomentänderung der Fahrtroute zu folgen bspw. die berechnete Spur zu halten. Beispielsweise werden bei einem Abbiegemanöver nach links linksgerichtete Lenkmanöver erleichtert. Zudem kann vorteilhaft nach einem möglichen Abkommen von der berechneten Fahrtroute mit einem unterstützenden positiven Zusatzmoment leichter in die Spur d.h. auf die geforderte Fahrtroute zurückgefunden werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung ausgelegt, ein positives Zusatzmoment (Mz > 0)vor und während vom Navigationssystem berechneter Manöver auszugeben, wobei die Manöver ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus einem Lenkwinkel (δ) größer als ein benutzerdefinierter Grenzwert, einem Abbiegemanöver und einem Spurwechsel.
Auf diese Weise können positive Lenkradunterstützungen an bestimmte Entscheidungspunkte, die vom Navigationssystem berechnet wurden, gekoppelt werden. Hierbei kann der Fahrer über eine geeignete Mensch-Maschine Schnittstelle z.B. der Menüführung des Navigationssystem Grenzwerte bzw. bestimmte Manöver eingeben. So kann der Fahrer beispielsweise wählen, dass erst ab einem einzuschlagenden Lenkwinkel δ größer 30° eine positives Zusatzmoment an den Fahrer übermittelt wird. Der genannte Schwellwert von 30° ist als Beispiel zu sehen und kann beliebig angepasst werden. Dabei kann der Fahrer auch entscheiden, ob und in welchen Abständen zum
Entscheidungspunkt er vorab einen Leithinweis über ein positives Zusatzmoment von der Assistenzvorrichtung erhalten möchte. Neben zu berechnenden Fahrmanövern wie Spurwechsel und Abbiegemanövern können je nach Fahrerwunsch zusätzliche Entscheidungspunkte eingegeben werden.
Anstelle einer Eingabe vom Fahrer können die oben genannten Manöver bereits als vorbestimmte Kriterien von einer Speichereinheit der Assistenzvorrichtung aufrufbar sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Assistenzvorrichtung eine Navigationssystemschnittstelle aus, die ausgelegt ist als Eingangsschnittstelle zum Empfang vom Navigationssystem berechneten aktuellen Fahrtroutenparameterschnittstelle (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") sowie eine Fahrzeugschnittstelle, die ausgelegt ist als
Eingangsschnittstelle zum Empfang von Fahrzeugparametern wie Ort-Zeit-Zustandsinformation (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF") , Lenkwinkel δF und Lenkmoment MF eines Fahrzeuges.
Über die Navigations- und/oder Fahrzeugschnittstelle können beispielsweise die Positionsdaten des Fahrzeuges an die Steuereinheit übertragen werden. Das Navigationssystem verwendet seinerseits die Positionsdaten, um es mit den Informationen von digitalen Karten abzugleichen. Auf diese Weise kann eine sinnvolle Routenberechnung vom aktuellen
Standort zum Fahrtziel und die Zielführung bestimmt werden. Die von der Navigation berechneten aktuellen Fahrtroutenparameter (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") können über die Schnittstelle von der Steuereinheit zur weiteren Verarbeitung empfangen werden.
Vorteilhafter Weise können auch die verschiedenen Fahrzeugparameter (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF") , Lenkwinkel δF und Lenkmoment MF empfangen werden. Auf diese Weise kann die Fahrtsituation des Fahrzeuges beschrieben werden. Die Fahrgeschwindigkeit xF ' , yF ' wird durch einen Sensor beispielsweise ein Tachometer oder die Signale der Raddrehzahlsensoren ermittelt. Unter die Beschleunigungsdaten XF"/ yF" fallen beispielsweise auch die Querbeschleunigung eines Fahrzeuges, die von einem EPS-Unterstützungssystem ausgegeben werden kann. Alle aufgenommenen Fahrzeugparameter werden der Recheneinheit bzw. Steuereinheit zugeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Assistenzvorrichtung eine Umfeldsensorenschnittstelle auf, die ausgelegt ist, Ort-Zeit-Zustandsinformationen (x0, y0, Xu ' , Yu ' , Xu"/ Yu") eines potentiellen Hindernisses zu empfangen.
Mit Hilfe der Umfeldsensorenschnittstelle können auf vorteilhafte Weise Informationen über Position, Bewegung, Relativgeschwindigkeit und Beschleunigung von Objekten bezüglich einer ermittelten bzw. berechneten Position des Eigenfahrzeuges ermittelt werden. Systeme der Umfeldsensorik weisen üblicherweise Videosensoren, Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Radar oder Lidar auf. Beispielsweise kann ein Radarsensor den vorderen Bereich und Rückraum des Fahrzeuges so überwachen, dass eine Steuereinheit des Assistenzvorrichtung über die Umfeldsensorenschnittstelle Ort Relativgeschwindigkeit, sowie Beschleunigung X11, y0, Xu ' , Yu ' Xu"/ Yu" eines beweglichen Hindernisses übermittelt kann. Wenn beim Rechtsabbiegen beispielsweise ein Fahrzeug auf der Fahrradspur geortet wird, würde die Fahrtroutenberechnung unter Berücksichtigung des Hindernisses korrigiert werden und keine Abbiegeempfehlung mehr ausgegeben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die
Assistenzvorrichtung eine Steuereinheit (11) auf, die ausgelegt ist, die Fahrzeugparameter (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF", δF, MF) und Daten eines potentiellen Hindernisses (x0, V11, Xu ' t Yu ' t Xu"/ Yu") relativ zu den berechneten Fahrtroutenparametern (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") auszuwerten und Lenkparameter wie routenspezifischer Lenkwinkel δN und Zusatzmoment Mz zu ermitteln und nur ein Steuersignal an eine Stelleinheit der Lenkung des Fahrzeuges über eine Ausgangsschnittstelle auszugeben, wenn die Umfeldsensorendaten (xu, Yu, Xu ' , Yu ' , Xu", Yu") kein Hindernis auf der berechneten Fahrtroute ermittelt haben.
Auf diese Weise können auf Grundlage der von der Steuereinheit empfangenen Daten ein routenspezifischer Lenkwinkel δN berechnet werden, der in der aktuellen Fahrsituation erforderlich ist, um das Fahrzeug auf der berechneten Fahrtroute zu führen. Somit kann die Steuereinheit die Differenz zwischen dem berechneten Lenkwinkel δN und dem vom Fahrer gestellten Lenkwinkel δF berechnen. Das von der Assistenzvorrichtung zusätzlich aufzubringende Stellmoment wird dann in Abhängigkeit dieser Lenkwinkeldifferenz mit Hilfe eines Stellgliedes eingeregelt und dem vom Fahrer über das Lenkrad ausgeübten Handmoment MH additiv überlagert.
Zudem können in vorteilhafter Weise die Daten der
Umfeldsensoren als Prüfdaten verwendet werden. Wird auf der berechneten Zielroute ein stehendes oder bewegliches potentielles Hindernis geortet, soll kein Zusatzmoment mehr auf das Lenkrad gegeben werden. Gegebenenfalls kann eine Warnung mittels einer haptischen Rückmeldung wie eine Vibration am Lenkrad erfolgen. Ergibt die Validierung der Fahrtroute, dass beispielsweise eine Zufahrt durch ein Baustellenfahrzeug behindert wird, kann die Steuereinheit über die Navigationsschnittstelle diese Information an das Navigationssystem weiterleiten, damit eine neue Zielführung berechnet werden kann. Erst wenn erneut validierte Daten bezüglich der Zielroute der Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden, kann ein Zusatzmoment an den Fahrer weitergeben werden.
Ferner kann die Stärke des Zusatzmomentes nicht nur von der Lenkwinkeldifferenz sondern auch von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges abhängig sein. Aus Sicherheitsgründen kann das Zusatzmoment verringert werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zunimmt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit der Assistenzvorrichtung ausgelegt, die Ausgabe eines positiven Zusatzmomentes (Mz > 0)an die Ausgangsschnittstelle zu blockieren, wenn eine Maximalgeschwindigkeit (xmax ' , ymax ' ) überschritten wurde.
Das Einführen einer Maximalgeschwindigkeit dient der
Sicherheit des Fahrers, da somit die physikalischen Grenzen des Fahrzeuges eingehalten werden können. So wird beispielsweise bei einer sportlichen Fahrweise eine Lenkmomentänderung blockiert, da ansonsten die Gefahr besteht, dass der Fahrer durch Verreißen des Lenkrades die Kontrolle über sein Fahrzeug verliert. Zudem kann von Komponenten der Fahrdynamikregelung wie z.B. einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ein geeigneter Grenzwert in der Steuereinheit gespeichert werden, bei dem die Lenkradunterstützung blockiert wird. Zudem besteht die Möglichkeit, dass anstelle der Lenkradunterstützung eine Vibration erzeugt wird, um den Fahrzeugführer anzuzeigen, dass ein Grenzwert erreicht worden ist. Auf diese Weise kann der Fahrer vor einer kritischen Situation gewarnt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Assistenzvorrichtung bereitgestellt, wobei die haptische Rückmeldung über ein aktives Gaspedal erfolgt. Das Gaspedal kann dabei dem Fahrerfuß eine Kraft entgegen setzen oder die notwendige Kraft zum Drücken des Gaspedals verringern oder ein Rütteln auf das Gaspedal geben. Über ein Rütteln kann dem Fahrer z.B. angezeigt werden, dass er in Kürze Abbiegen muss. Ebenso kann hierfür eine Gegenkraft im Gaspedal verwendet werden, da typischerweise vor einer Kurve auch die Geschwindigkeit reduziert werden muss.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Assistenzsystem angegeben mit einer Assistenzvorrichtung, wobei das Assistenzsystem ein Navigationssystem, ein Positionsbestimmungssystem, Fahrzeugsensoren und einen Servomotor aufweist.
Durch die Integrationsmöglichkeit der genannten Sensor- und Systemkomponenten in einem Assistenzsystem kann auf bereits vorhandene Informationsquellen und Schnittstellen wie Fahrzeugsensorik oder Fahrzeugsysteme zurückgegriffen werden und es besteht die Möglichkeit einer effizienten Vernetzung der Systeme. Auf diese Weise wird ein Assistenzsystem als unabhängige Einzellösung bzw. sogenannte Insellösung vermieden . AIs Positionsbestimmungssystem wird zumeist ein GPS-Empfänger verwendet. GPS steht stellvertretend für sämtliche Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS), wie z.B. GPS, Galileo, GLONASS (Russland), COMPASS (China) oder IRNSS (Indien) . An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die
Positionsbestimmung des Fahrzeuges nicht nur über GPS sondern auch über eine Zellpositionierung erfolgen kann. Dies bietet sich insbesondere bei der Verwendung von GSM-, UMTS- oder LTE- Netzen bzw. WiMAx-Netzen an. Auch eine Positionierung mittels WLAN ist möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Assistenzvorrichtung angegeben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Assistenzverfahren zur Routenführung eines mit einem Navigationssystem verbundenen Fahrzeuges das Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges auf, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Assistenzverfahren zum einem das Erfassen einer entsprechend der Fahrtroute berechneten Ort-Zeit- Zustandsinformation des Fahrzeuges vom Navigationssystem (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") auf, zum anderen das Erfassen einer Ort- Zeit-Zustands-Information (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF") sowie Lenkparameter (δF, MF) eines Fahrzeuges. Ferner weist das Assistenzverfahren ein Auswerten der erfassten Ort-Zeit- Zustandsinformation des Navigationssystems (xN, yN, xN ' , y N ',XN", YN") und der Fahrzeugparameter (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF", δF, MF) auf und ein Ermitteln und Ausgeben eines Zusatzmomentes (Mz) auf die Lenkung des Fahrzeuges, wobei das Zusatzmoment bei einer Abweichung von der Fahrtroute negativ ist (Mz < 0) und beim Folgen der berechneten Richtung der Navigationsroute positiv (Mz > 0) ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Computerprogrammelement bereitgestellt, das wenn es durch einen Prozessor ausgeführt wird, ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dabei kann das Computerprogrammelement beispielsweise auf einem Mikroprozessor einer Steuereinheit sein, die ausgelegt ist die Momentunterstützung des Lenkrades zu steuern. Die Steuereinheit, die u.a. die Auswerteelektronik beinhaltet, kann beispielsweise durch ein elektronisches
Datenverarbeitungssystem mit einem oder mehreren Mikroprozessoren und zugehöriger Software gebildet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogrammelement gespeichert ist, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die folgenden Verfahrensschritt auszuführen: Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrezeuges, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berrecnetetn Route erleichtert. Als Speichermedium für das Computerprogrammprodukt kommen beispielsweise Disketten, CDs, DVDs, Festplatten, USB-Memory-Sticks, Flash-Speicher oder ähnliches in Betracht. Ferner kann das Computerprogramelement auf einem Internetserver gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement des Steuergerätes übertragen werden. Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Assistenzvorrichtung.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Kartenausschnitt zur Erläuterung von zwei möglichen Zusatzmomenten anhand eines beispielhaften Abbiegemanövers.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines vom der Assistenzvorrichtung nicht unterstützten Spurwechselmanövers und die Funktion des negativen Zusatzmomentes in Abhängigkeit von der Fahrzeugposition relativ zur Routenspur.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den folgenden Figurenbeschreibungen werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Assistenzvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 11 mit Schnittstellen auf. Zum einen besitzt die Steuereinheit eine Navigationsschnittstelle 15, die ausgelegt ist die vom Navigationssystem berechneten aktuellen Fahrtroutenparameter (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") zu empfangen. Zum anderen weist die Steuereinheit eine Fahrzeugparameterschnittstelle 13 auf, die Fahrzeugparameter wie Ort-Zeit-Zustandsinformation xF, yF, XF ' t YF ' r XF"/ YF" sowie Lenkparameter wie Lenkwinkel δ und Lenkmoment M von der Fahrzeugelektronikeinheit 30 empfangen. Dabei erfasst die Fahrzeugelektronik 30 die aktuelle
Fahrsituation beispielsweise über Fahrzeugmesssensoren 32 wie das Tachometer für die Geschwindigkeit xF ' , YF ' und Sensoren zur Messung der Querbeschleunigung. Das Positionsbestimmungssystem 40 kann die Ortsdaten des Fahrzeuges xF, yF beispielsweise mit Hilfe eines GPS-Empfängers 40 ermitteln. Die ermittelte Position des Fahrzeuges kann sowohl über die
Fahrzeugparameterschnittstelle 13 als auch indirekt über das Navigationssystem 50 und entsprechende Schnittstelle 15 der Steuereinheit 11 übermittelt werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Datenübertragung zwischen den einzelnen Komponenten sowohl kabelgebunden als auch kabellos erfolgen kann.
Ferner ist die Möglichkeit gegeben, in die Auswertung der Navigationsroutendaten und Fahrzeugparameter auch Umfeldsensorendaten einfließen zu lassen. Über die Umfeldsensorenschnittstelle 16 kann die Steuereinheit 11 die Ort-Zeit-Zustandsinformationen X11, y0, X1, ' , γυ ' , Xu", yu" eines potentiellen Hindernisses empfangen. Beispielhaft für einen Umfeldsensor ist eine Kamera 60 mit einer Auswerteelektronik 61 dargestellt. Dabei können auch mehrere Kameras am Fahrzeug installiert sein, um ein potentielles Hindernis und dessen Bewegung sowohl im vorderen Bereich einschließlich Seitenbereich als auch dem Rückraum des Fahrzeuges erfassen zu können. Für Fahrten in der Dunkelheit oder schlechter Witterung eignet sich beispielsweise der Einsatz von Infrarotkameras. Gerade in solchen schwierigen Fahrsituationen ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Assistenzvorrichtung von großem Nutzen. Anstelle von Kamera können auch Strahlsensoren (Radar, Lidar) oder Kommunikationstechnik (Fahrzeug-zu-X Kommunikation, z.B. über den Kommunikationsstandard IEEE802.11p) eingesetzt werden.
Das auf Grundlage der erfassten Daten ermittelte Steuersignal wird über die Ausgangschnittstelle 12 an den Fahrer weitergegeben. Über eine Stelleinheit 21 kann beispielsweise das Lenkmoment M des Lenkrades 20 verändert werden. Die lenkbaren Vorderräder 70 eines Fahrzeuges werden über eine nicht dargestellte Lenkverbindung durch die Stelleinheit 21 eingestellt. Dabei kann die Stelleinheit 21 beispielsweise als Servomotor ausgeführt sein, der eine in der Steuereinheit 11 ermitteltes Zusatzmoment auf das Lenkrad 20 aufbringen kann.
In der Figur 1 erzeugt das mit dem Pfeil 31 angedeutete Handmoment eine Linksstellung der Vorderräder 70. Wird über das Steuersignal von der Steuereinheit ein Zusatzmoment aufgeschaltet , muss zur Beibehaltung des gleichen Lenkmomentes bzw. Einschlagwinkels der Vorderräder ein größeres bzw. kleineres Handmoment M vom Fahrer aufgebracht werden.
Das in Figur 2 dargestellte Schema zeigt am Beispiel eines vom Navigationssystem berechneten Abbiegemanövers und einem exemplarischen Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugführers die Aufschaltung eines negativen Zusatzmomentes Mz < 0 bzw. eines positiven Zusatzmomentes Mz > 0 auf das Lenkrad 20. Figur 2 zeigt einen Kartenausschnitt mit 2 Kreuzungen, wobei sich das Kraftfahrzeug 80 auf der berechneten Fahrtroute 90 befindet.
Die Zieleingabe des Fahrzeugführers ergab, dass das Kraftfahrzeug an der in Fahrtrichtung zweiten Kreuzung rechts abbiegen soll. Die Assistenzvorrichtung 10 wertet in dem dargestellten Schema die empfangenen Daten jeweils kurz vor den Kreuzungen aus. In dem dargestellten Beispielsfall versteht der Fahrer die Anweisungen des Navigationssystems so, dass er irrtümlicherweise bereits an der ersten Kreuzung statt an der zweiten Kreuzung rechts abbiegen möchte. Daher ergibt der Vergleich der Fahrparameterdaten mit den
Navigationsroutenparametern bei der ersten Kreuzung, und zwar der Vergleich des vom Fahrer eingestellten Lenkwinkels δF, mit dem von der Steuereinheit 11 berechneten Lenkwinkel δN , eine Abweichung: δF ≠ δN. Folglich erzeugt das ermittelte Steuersignal ein negatives Zusatzmoment (Mz < 0)auf die Lenkung 20. Das leichte Gegenmoment Mz, das dem Handmoment MF des Fahrers entgegen gerichtet ist, wird schematisch durch die Pfeile und Pfeilrichtungen entlang des Lenkrades verdeutlicht (siehe Fallbeispiel Mz < 0 Fig. 2 links unten) . Figur 2 zeigt, dass das negative Zusatzmoment, einen Rechtseinschlag des Lenkrades und somit der Vorderräder 70 verhindert und dem Fahrer rechtzeitig signalisiert, nicht falsch in die erste Straße rechts einzubiegen soll und der korrekten Fahrtroute geradeaus zu folgen.
Weiterhin zeigt Figur 2, dass der Fahrer an der zweiten Kreuzung in die richtige Richtung lenkt (δF ~ δN) und somit der berechneten Fahrtroute 90 korrekt folgt. Um dem Fahrer das
Folgen zu erleichtern wird von der Assistenzvorrichtung 10 in diesem Fall ein positives Zusatzmoment Mz > 0 auf die Lenkung 20 aufgeschaltet . Dies wird grafisch durch die vergrößerte Lenkradskizze Mz > 0 und den gleichgerichteten Lenkmomentpfeilen des Handmomentes MH und des Zusatzmomentes Mz vereinfacht dargestellt. Die durch die Assistenzvorrichtung 10 unterstützte Lenkung resultiert eine korrekte Rechtstellung der Vorderräder 70. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Assistenzvorrichtungsfunktion am Beispiel eines Spurwechselmanövers. Der in Figur 3 dargestellte Fahrbahnausschnitt könnte beispielsweise eine zweispurige Stadtautobahn zeigen. In dem dargestellten Beispielsfall möchte der Kraftfahrzeugführer das Kraftfahrzeug 81 von der rechten Spur in die linke Spur lenken (vom Fahrer gewünschter Spurwechsel angedeutet durch Pfeil 301) . Allerdings sieht die Zielroute 91 vor, die aktuelle Spur zu halten.
Die kontinuierliche Auswertung der über die
Navigationsschnittstelle 15 und der Fahrparameterschnittstelle 13 erfassten Daten ergibt, dass der Lenkwinkel des Fahrers δF nicht mit dem für die berechnete Route notwendigen Lenkwinkel δN übereinstimmt. Daher wird dem Fahrer ein negatives Zusatzmoment Mz < 0 auf die Lenkung aufgeschaltet . Dabei sind geringere Abweichung von der Zielspur mit geringen Gegenmomenten Mz korreliert, wie in der Darstellung der Funktion Mz in Abhängigkeit des Ortes y schematisch dargestellt ist. Die Funktionsskizze zeigt, dass beim Halten der Spur 91, kein Zusatzmoment aufgeschaltet wird, während beim Abkommen von der Spur das negative Zusatzmoment Mz mit der Entfernung zur Spurmitte zunimmt.
In einem nicht dargestellten Fall könnte die Assistenzvorrichtung einen Spurwechsel allerdings unterstützen, nachdem Umfeldsensoren vor dem Fahrzeug ein Hindernis detektiert haben. Dies würde das Folgen der ursprünglichen Fahrtroute verhindern. In diesem Fall würde die Fahrtroute neu berechnet und der Linkseinschlag des Fahrers durch ein positives Zusatzmoment unterstützt werden. Die Figur 4 zeigt ein Assistenzverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Routenführung eines mit einem Navigationssystem verbundenen Fahrzeuges, indem eine Steuereinheit ein Steuersignal für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges erzeugt, wobei das erzeugte Signal ein Folgen einer vom Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
Im Schritt 400 beginnt das Verfahren zur unterstützten Routenführung, indem der Fahrzeugführer eine Zieleingabe in das mit dem Fahrzeug verbundene Navigationssystem eingibt. Im Schritt 401 wird eine Messsensorinformation wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Querbeschleunigung erfasst. Danach wird im Schritt 402 die Messinformation v (Istwert) mit dem vorgegebenen Grenzwert vmax Durch die Steuereinheit verglichen. Ist der Istwert v größer als der Grenzwert vmax , wie z.B. bei sportlichen Fahrverhalten, wird das Steuersignal in Form eines Zusatzmomentes auf die Lenkung von der Steuereinheit nicht ausgegeben (Mz=0) . Ist der Istwert v kleiner als der Sollwert vmax , wird der nächste
Verfahrensschritt 404 eingeleitet, nämlich das Erfassen einer entsprechend der Fahrtroute berechneten Ort-Zeit- Zustandsinformation des Fahrzeuges vom Navigationssystem (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") . Daraufhin folgt der Verfahrensschritt 405, der das Erfassen einer Ort-Zeit-Zustands-Information (xF, yF, XF ' , yF ' t XF", YF") sowie Lenkparameter (δF, MF) eines Fahrzeuges beinhaltet. Im Schritt 406 wird die erfassten Ort- Zeit-Zustandsinformation des Navigationssystems (xN, yN, xN ' , y N ',XN", YN") und die Fahrzeugparameter (xF, YF, XF ' , YF ' , XF", YF", δF, MF) ausgewertet und somit ein für das Folgen der Route benötigte Lenkwinkel δN berechnet. Im folgenden Verfahrensschritt wird der berechnete δN mit dem aktuellen δF verglichen. In dem Fall, dass der Fahrer keine Handmoment zur Lenkung betätigt hat, kann wie in Schritt 409 gezeigt, kein Zusatzmoment (M2=O) aufgeschaltet werden. Verfahrensschritt 408 zeigt den Fall, wenn der Fahrer in die Richtung des vom Navigationssystem berechneten Lenkwinkels lenkt (δF ~ δN) , in anderen Worten der Route gefolgt wird. Dies wird durch
Ausgeben eines positiven Zusatzmomentes (Mz>0) auf die Lenkung unterstützt. Im Fall, dass die Lenkwinkel nicht übereinstimmen und voneinander abweichen, wie z.B. in dem Fall wenn der Fahrer zu früh abbiegen möchte, tritt der Verfahrensschritt 410 ein, indem ein negatives Zusatzmoment (Mz < 0) auf die Lenkung gegeben wird.
Das gleiche Verfahren ist anwendbar auf eine andere haptische Rückmeldung wie z.B. Vibration am Lenkrad. Hierbei kann bei Erreichen oder Überschreiten eines Grenzwerts im
Verfahrensschritt 403 ein Warnsignal ausgegeben werden.
Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „umfassend" und „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Patentansprüche :
1. Assistenzvorrichtung (10) zur Routenführung eines mit einem Navigationssystem (50) verbundenen Fahrzeuges (81), wobei die Assistenzvorrichtung (10) aufweist: eine Steuereinheit (11) zum Erzeugen eines
Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
2. Assistenzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die haptische Rückmeldung eine Vibration des Lenkrades (20) aufweist.
3. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die haptische Rückmeldung ein Zusatzmoment (Mz) auf die Lenkung des Fahrzeuges aufweist.
4. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (11) bei einer Abweichung von der berechneten Route ein negatives Zusatzmoment (Mz < 0)auf die Lenkung derart hinzufügt, dass zur Beibehaltung oder Erhöhung des Lenkmoments ein höheres manuelles Moment in die Lenkung eingeleitet werden muss.
5. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (11) ausgelegt ist, in Richtung der berechneten Route ein positives Zusatzmoment (Mz > 0)auf die Lenkung zur Erleichterung der Lenkung des Fahrzeuges hinzuzufügen.
6. Assistenzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, ein positives Zusatzmoment (Mz > 0) vor und während vom Navigationssystem berechneter Manöver auszugeben, wobei die Manöver ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus : einen Lenkwinkel (δ) größer als ein benutzerdefinierter Grenzwert; ein Abbiegemanöver; und ein Spurwechsel.
7. Eine Assistenzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Navigationssystemschnittstelle (15), die ausgelegt ist als Eingangsschnittstelle zum Empfang vom Navigationssystem berechneten aktuellen Fahrtroutenparameter (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") ; und eine Fahrzeugparameterschnittstelle (13), die ausgelegt ist als Eingangsschnittstelle zum Empfang von Fahrzeugparametern wie Ort-Zeit-Zustandsinformation (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF") , Lenkwinkel δF und Lenkmoment MF eines Fahrzeuges .
8. Eine Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, ferner aufweisend: eine Umfeldsensorenschnittstelle (16), die ausgelegt ist, Ort-Zeit-Zustandsinformationen (x0, y0, Xu ' , yu ' , Xu", yu") eines potentiellen Hindernisses zu empfangen .
9. Eine Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei die Steuereinheit (11) ausgelegt ist, die Fahrzeugparameter (xF, yF, xF ' , yF ' , xF", yF", δF, MF) und Daten eines potentiellen Hindernisses (x0, Yu, Xu ' , Yu ' , Xu", Yu") relativ zu den berechneten Fahrtroutenparametern (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") auszuwerten und Lenkparameter wie routenspezifischer Lenkwinkel δN und Zusatzmoment Mz zu ermitteln und nur ein Steuersignal an eine Stelleinheit der Lenkung (21) des Fahrzeuges über eine Ausgangsschnittstelle (12) auszugeben, wenn die Umfeldsensorendaten (X11, y0, X1, ' , y0 ' , Xu", Yu") kein
Hindernis auf der berechneten Fahrtroute ermittelt haben.
10. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 bis 9, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist die Ausgabe eines positiven Zusatzmomentes (Mz > 0) an die Ausgangsschnittstelle zu blockieren, wenn eine Maximalgeschwindigkeit ( xmax ' , ymax ' ) überschritten wurde.
11. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die haptische Rückmeldung eine Vibration eines aktiven Gaspedals aufweist.
12. Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die haptische Rückmeldung eine Zusatzkraft auf das Gaspedal des Fahrzeuges aufweist.
13. Assistenzsystem aufweisend: eine Assistenzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; ein Navigationssystem (50) ; ein Positionsbestimmungssystem (40) ;
Fahrzeugsensoren (31, 32) ; und einen Servomotor (21) .
14. Kraftfahrzeug aufweisend: eine Assistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Assistenzverfahren zur Routenführung eines mit einem Navigationssystem (50) verbundenen Fahrzeuges, wobei das Assistenzverfahren den folgenden Schritt aufweist:
Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
16. Assistenzverfahren nach Anspruch 15, wobei das Assistenzverfahren aufweist:
Erfassen einer entsprechend der Fahrtroute berechneten Ort-Zeit-Zustandsinformation des Fahrzeuges vom Navigationssystem (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") ;
Erfassen einer Ort-Zeit-Zustands-Information (xF, yF, xF ' , yF ' t XF", YF") sowie Lenkparameter (δF, MF) eines Fahrzeuges;
Auswerten der erfassten Ort-Zeit-Zustandsinformation des Navigationssystems (xN, yN, xN ' , y N ' , xN", yN") und der Fahrzeugparameter (xF, yF, ^F' r YF' r ^F" r YF" r δF, MF) ; Ermitteln und Ausgeben eines Zusatzmomentes (Mz)auf die Lenkung des Fahrzeuges, wobei das Zusatzmoment bei einer Abweichung von der Fahrtroute negativ ist (Mz < 0) und beim Folgen der berechneten Richtung der Navigationsroute positiv (Mz > 0)ist.
17. Computerprogrammelement, das wenn es durch einen Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet folgenden Verfahrensschritt durchzuführen:
Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
18. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogrammelement gespeichert ist, das wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, de Prozessor anleitet, folgenden Schritt durchzuführen:
Erzeugen eines Steuersignals für eine haptische Rückmeldung an den Fahrer des Fahrzeuges, wobei die haptische Rückmeldung dem Fahrer ein Folgen einer von dem Navigationssystem berechneten Route erleichtert.
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