WO2015070996A1 - Verfahren und vorrichtung zur unterstützung des führens eines fahrzeuges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur unterstützung des führens eines fahrzeuges Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for assisting driving a vehicle, especially a Kraftfahrzeu ⁇ ges, which has a plurality of driver assistance systems, which regulating interventions in the driving dynamics for ⁇ countries, and wherein arbitration of the control request of the transverse dynamics of the vehicle in response to Wenig ⁇ At least one required arbitration size is performed It also relates to a corresponding device.
  • the driver is assisted in guiding the motor vehicle, in particular during steering as well as during braking or in dangerous driving dynamic maneuvers such as potential spin, by electronic components.
  • a method for supporting a vehicle wherein both a longitudinal dynamic control device and a lateral dynamics control device are provided, is known from DE 10 2005 060 820 AI.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a particularly precise and robust method for arbitration for interventions in the lateral dynamics. Furthermore, an apparatus for carrying out such a method is to be specified.
  • inventions of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention is based on the consideration that in principle for a reliable, driver assisting control ei ⁇ ne arbitration of the interventions in the transverse dynamics of the vehicle, so its dynamics perpendicular to the longitudinal direction, should take place.
  • the prioritization is crucial.
  • a particularly robust and reliable control of the lateral dynamics can also be realized if a physical variable characterizing the driving dynamic state of the vehicle is used for the arbitration.
  • a driving dynamics variable physical size is understood to mean, by means of which the dynamics of the vehicle can be described and which is inde pendent ⁇ on the concrete implementation of the built-in the motor vehicle actuators.
  • arbitration for intervention in the lateral dynamics of the vehicle is particularly robust and ⁇ reliable.
  • such an arbitration can be combined organically with an arbitration for interventions in the longitudinal dynamics of the vehicle.
  • the vehicle dynamics quantity is the required lateral acceleration of the motor vehicle or its change.
  • the lateral acceleration characterized in particularly direct and robust manner, the driving dynamics behavior of the Fahrzeu ⁇ ges in the transverse direction, ie perpendicular to the longitudinal direction.
  • the yaw rate or its change can also be used as the vehicle dynamics variable .
  • the yaw rate and yaw rate denotes the Winkelgeschwindig ⁇ ness of rotation of the vehicle about its vertical axis and cha- thus characterizes a movement of the vehicle, which also has components in the transverse direction.
  • the maximum amount of driving dynamics required is determined at predetermined sampling times and used as an arbitration quantity.
  • the sampling times are preferably time ⁇ Lich arranged at predetermined regular intervals. However, they can also be adjusted in their time interval, in particular in terms of time, when recognizing a situation which may require a high degree of regulation.
  • the arbitrary size chosen is the maximum driving dynamics required during an overall intervention. This will reinforcege ⁇ provides that the entire maneuver is also driving dynamics feasible or mobile. If the size of it in sections averages ⁇ , it is possible that at some point greater lateral accelerations are necessary as the driving ⁇ convincing can realize.
  • an arbitration is also carried out in the longitudinal direction, which preferably takes place on the basis of the required longitudinal acceleration or its required change.
  • One for the control of a driver assistance ⁇ request assistance system required size which does not correspond to the transverse acceleration ⁇ or amending it in an effective transverse acceleration or their change is preferably converted.
  • this advantageously uses a variable which characterizes the lateral dynamic driving situation for control interventions in the transverse dynamics of the vehicle.
  • such an embodiment also allows the decoupling of the implemented control routines from the presence of actual actuators. For example, as a computer program running on a control unit - - When using different actuators then only the part of the must namely implemented method are ⁇ exchanged, which performs the conversion. The Routi ⁇ NEN to control the vehicle but can remain essentially unchanged.
  • the above conversion is preferably carried out by means of kine ⁇ matic relationships and / or by means of a vehicle dynamics model of the motor vehicle.
  • a vehicle dynamics model of the motor vehicle are, for example, the single-track model, the extended A ⁇ track model, the two-track model, the MBS model, etc.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention with means, in particular in a control and regulation unit hardware and / or software implemented modules, for performing a method described above.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the arbitration can be carried out independently of the actuators used in the motor vehicle by using a physical reaction variable as an arbitration variable. If, instead of the vehicle dynamics quantity, the required change is used to arbitrate the transverse dynamics, the control process is independent of the currently existing value (without the required intervention).
  • the method is used to arbitrate interventions in the lateral dynamics of a motor vehicle, which comprises a plurality of driver assistance systems which require regulatory interventions in the driving dynamics. It takes about ⁇ additionally also held arbitration of interventions in the longitudinal acceleration, for which the required by the respective driver assistance system or driver assistance system change in the longitudinal acceleration is used as Arbitr réellesucc.
  • the arbitration for intervention in the lateral dynamics of the vehicle is due to the ge each of the system ⁇ demanded change in the lateral acceleration.
  • block 6 it is then determined which of the existing or active driver assistance systems for an intervention requires the largest value of the change in the lateral acceleration in terms of absolute value. Furthermore, in block 6, the largest required value for the change in the longitudinal acceleration is determined.
  • the transverse or longitudinal acceleration resulting from the intervention is determined in each case from the required maximum change values for lateral and longitudinal acceleration, together with the respectively present or measured values for lateral and longitudinal acceleration.
  • the Kamm circle now the corresponding lateral acceleration is limited to the required size of the longitudinal acceleration, after which in turn the maximum forderbarer change of the lateral acceleration is determined.
  • the concrete interventions are carried out, for example, the brakes are actively operated and / or the steering is actively operated.
  • driver assistance systems or applications which may be subject to arbitration are, for example:
  • EBA Emergency Brake Assistance
  • ESA Emergency steering assistance

Abstract

Es soll ein besonders robustes und präzises Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigstens einer geforderten Arbitrierungsgröße durchgeführt wird, angegeben werden. Dazu ist vorgesehen, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdynamikgröße ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeu¬ ges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik for¬ dern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigs¬ tens einer geforderten Arbitrierungsgröße durchgeführt wird Sie betrifft zudem eine entsprechende Vorrichtung.
In modernen Kraftfahrzeugen wird der Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeuges, insbesondere beim Lenken sowie beim Bremsen bzw. bei gefährlichen fahrdynamischen Manövern wie potentiellem Schleudern, von elektronischen Komponenten unterstützt .
Diese Kraftfahrzeuge sind dazu mit einer stetig größer wer¬ denden Anzahl von Fahrerassistenz- oder Fahrsicherheitssystemen ausgerüstet, die zum Teil autonom in die Fahrdynamik eingreifen können. Elektrische Servolenkungen wie beispiels- weis EPS (Electric Power Steering) sowie Fahrassistenzsyste¬ me mit Eingriffen in die Lenkung sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Um den Aufwand der Entwicklung dieser Systeme gering zu halten, werden sie gewöhnlich unabhängig voneinander entwickelt und im Kraftfahrzeug implementiert. Damit diese unabhängig entwickelten Systeme anschließend in einem Fahrzeug gemein¬ sam funktionieren, wird eine sogenannte Arbitrierung notwendig. Diese entscheidet, welcher Eingriff in welcher Form an die Aktuatoren (Bremse, Lenkung, ...) weitergereicht wird. Die Arbitrierung ist somit gewissermaßen eine Priorisierung der verschiedenen Eingriffe der unterschiedlichen Systeme. Für Eingriffe in die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges, die bei¬ spielsweise das Bremsen und Beschleunigen umfasst, hat sich dabei bewährt, das Maximum der Verzögerung, also den maxima¬ len Bremswunsch, als Arbitrierung bzw. Arbitrierungskriteri- um zu verwenden.
Ein Verfahren zur Unterstützung eines Führens eines Fahrzeuges, wobei sowohl eine Längsdynamikregeleinrichtung als auch eine Querdynamikregeleinrichtung vorgesehen sind, ist aus der DE 10 2005 060 820 AI bekannt.
Für Eingriffe in die Querdynamik fehlt jedoch bislang eine allgemein anerkannte Methode für die Arbitrierung. Bisher werden beispielsweise Lenkmomente oder der Lenkwinkel zur Arbitrierung hinzugezogen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein besonders präzises und robustes Verfahren zur Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik anzugeben. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens angegeben werden.
In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungs¬ gemäß dadurch gelöst, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdy¬ namikgröße ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass prinzipiell für eine zuverlässige, fahrerassistierende Regelung auch ei¬ ne Arbitrierung der Eingriffe in die Querdynamik des Fahrzeuges, also seine Dynamik senkrecht zur Längsrichtung, erfolgen sollte. Für besonders stabile Fahrdynamik ist dabei die Priorisierung entscheidend.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann eine besonders robuste und zuverlässige Regelung der Querdynamik auch realisiert werden, wenn für die Arbitrierung eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierende physikalische Größe verwendet wird. Unter einer physikalischen Fahrdynamikgröße wird dabei eine Größe verstanden, mit deren Hilfe sich die Fahrdynamik des Fahrzeuges beschreiben lässt und die unab¬ hängig von der konkreten Implementation der im Kraftfahrzeug verbauten Aktuatoren ist. Durch diese Unabhängigkeit von den Aktuatoren ist eine derartige Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik des Kraftfahrzeuges besonders robust und zu¬ verlässig. Zudem ist eine derartige Arbitrierung organisch kombinierbar mit einer Arbitrierung für Eingriffe in die Längsdynamik des Fahrzeuges.
Vorteilhafterweise ist die Fahrdynamikgröße die geforderte Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges oder deren Änderung. Die Querbeschleunigung charakterisiert in besonders direkter und robuster Weise das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeu¬ ges in Querrichtung, also senkrecht zur Längsrichtung.
Alternativ dazu kann auch als die Fahrdynamikgröße die Gier¬ rate oder deren Änderung verwendet werden. Die Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit bezeichnet dabei die Winkelgeschwindig¬ keit der Drehung des Fahrzeuges um seine Hochachse und cha- rakterisiert somit eine Bewegung des Fahrzeuges, die auch Komponenten in Querrichtung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zu vorgegebenen AbtastZeitpunkten die betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße ermittelt und als Arbitrierungs- größe verwendet. Die AbtastZeitpunkte sind bevorzugt zeit¬ lich in vorgegebenen regelmäßigen Abständen angeordnet. Sie können aber auch beim Erkennen einer gegebenenfalls stark regelungsbedürftigen Situation auch in ihrem zeitlichen Abstand angepasst, insbesondere zeitlich verkürzt, werden.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird als Arbitrierungsgröße die während eines Gesamteingriffs maximal geforderte Fahrdynamikgröße gewählt. Dadurch wird sicherge¬ stellt, dass das komplette Manöver auch fahrdynamisch umsetzbar bzw. fahrbar ist. Wenn die Größe abschnittsweise er¬ mittelt, kann es vorkommen, dass zu irgendeinem Zeitpunkt größere Querbeschleunigungen notwendig sind, als das Fahr¬ zeug realisieren kann.
Vorzugsweise wird parallel bzw. zeitgleich zur Arbitrierung der Querdynamik auch eine Arbitrierung in Längsrichtung durchgeführt, welche bevorzugt aufgrund der geforderten Längsbeschleunigung oder ihrer geforderten Änderung erfolgt.
Bei einer gleichzeitigen Arbitrierung von Regelungseingriffen in Längs- und in Querrichtung wird bei einer geforderten bzw. resultierenden Längsbeschleunigung die Querbeschleunigung vorteilhafterweise mit Hilfe des Kammschen Kreises be¬ grenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt der Regelung die an den Rädern jeweils wirkende Gesamtkraft derart begrenzt wird, dass bei der jeweils wirkenden Längs¬ kraft noch genügend Seitenführungskraft vorhanden ist.
Bevorzugt wird eine für die Regelung von einem Fahrerassis¬ tenzsystem geforderte Anforderungsgröße, die nicht der Quer¬ beschleunigung oder ihrer Änderung entspricht, in eine effektive Querbeschleunigung oder ihre Änderung umgerechnet. Damit wird einerseits eine vorteilhaft die querdynamische Fahrsituation charakterisierende Größe für Regelungseingriffe in die Querdynamik des Fahrzeuges verwendet. Andererseits erlaubt eine derartige Ausführung auch die Entkopplung der implementierten Regelungsroutinen von dem Vorhandensein von konkret vorliegenden Aktuatoren. Bei Verwendung unterschiedlicher Aktuatoren muss dann nämlich nur der Teil des - beispielsweise als Computerprogramm, welches auf einer Steuer- und Regeleinheit läuft - implementierten Verfahrens ausge¬ tauscht werden, welches die Umrechnung vornimmt. Die Routi¬ nen zur Regelung des Fahrzeuges können aber im Wesentlichen unverändert bleiben.
Die oben genannte Umrechnung wird vorzugsweise mittels kine¬ matischer Beziehungen und/oder mittels eines fahrdynamischen Modells des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird. Dazu eignen sich beispielsweise das Einspurmodell, das erweiterte Ein¬ spurmodell, das Zweispurmodell, das MKS-Modell, etc.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit Mitteln, insbesondere in einer Steuer- und Regeleinheit hardware- und/oder softwaremäßig implementierten Modulen, zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens. Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Verwendung einer physikalischen Reaktionsgröße als Arbitrierungsgröße die Arbitrierung unabhängig von den im Kraftfahrzeug eingesetzten Aktuatoren durchgeführt werden kann. Wird anstelle der Fahrdynamikgröße deren geforderte Änderung zur Arbitrierung der Querdynamik eingesetzt, ist der Regelungsprozess unabhängig von dem aktuell vorhandenen Wert (ohne den geforderten Eingriff) .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in stark schematisierter Darstellung ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeugs in einer bevorzugten Ausführungsform.
Das Verfahren wird zur Arbitrierung von Eingriffen in die Querdynamik eines Kraftfahrzeuges verwendet, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssystemen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdynamik fordern. Es findet zu¬ sätzlich auch eine Arbitrierung von Eingriffen in die Längsbeschleunigung statt, wofür als Arbitrierungsgröße die von dem jeweiligen Fahrerunterstützungssystem bzw. Fahrassistenzsystem geforderte Änderung der Längsbeschleunigung verwendet wird.
Die Arbitrierung für Eingriffe in die Querdynamik des Kraftfahrzeuges erfolgt aufgrund der jeweils von dem System ge¬ forderten Änderung der Querbeschleunigung.
Die in Blöcken 2 bis 10 bzw. 2 bis 14 dargestellten Verfahrensschritte werden schleifenartig zu in regelmäßigen zeit¬ lichen Abständen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt . In Block 2 werden die zudem aktuellen AbtastZeitpunkt von den Fahrassistenzsystemen geforderten Änderungen der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung bestimmt.
In Block 6 wird daraufhin ermittelt, welches der vorhandenen bzw. aktiven Fahrassistenzsysteme für einen Eingriff den betragsmäßig größten Wert der Änderung der Querbeschleunigung fordert. Weiterhin wird in Block 6 der größte geforderte Wert für die Änderung der Längsbeschleunigung ermittelt.
In Block 8 wird aus den geforderten betragsmäßig maximalen Änderungswerten für Quer- und Längsbeschleunigung zusammen mit den jeweils aktuell vorliegenden bzw. gemessenen Werten für Quer- und Längsbeschleunigung jeweils die durch den Eingriff resultierende Quer- bzw. Längsbeschleunigung bestimmt. Mit Hilfe eines das konkrete Kraftfahrzeug charakterisieren¬ den Kammschen Kreises wird nun zu der geforderten Größe der Längsbeschleunigung die entsprechende Querbeschleunigung begrenzt, wonach wiederum die maximal forderbare Änderung der Querbeschleunigung bestimmt wird. In Block 10 werden dann die konkreten Eingriffe durchgeführt, wobei beispielsweise die Bremsen aktiv betätigt werden und/oder die Lenkung aktiv betätigt wird.
In einem optionalen Block 14 werden in dem Fall, dass ein oder mehrere in die Querdynamik eingreifende Fahrassistenzsysteme Größen liefern, die nicht der geforderten Querbeschleunigung oder ihre Änderung entsprechen, diese mittels eines Zweispurmodells für das Kraftfahrzeug in die korres¬ pondierende Querbeschleunigung bzw. ihre Änderung umgerechnet . Das in der Figur in einer bevorzugten Variante dargestellte Verfahren dient der Unterstützung des Fahrers beim Fahren eines Kraftfahrzeuges, in welchem eine Mehrzahl von Fahras¬ sistenzsystemen aktiv in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges eingreift. Das bedeutet, dass der Fahrer durch die Betäti¬ gung des Gaspedals, des Bremspedals und der Lenkung gewis¬ sermaßen die gewünschte Bewegung bzw. Dynamik des Fahrzeuges vorgibt und die Fahrassistenten im Wesentlichen immer dann eingreifen, wenn das Auftreten einer potentiell oder unmittelbar gefährlichen Situation entdeckt wird oder auch zur Unterstützung eines regulären Fahrmanövers.
Die Fahrassistenzsysteme bzw. Anwendungen, die der Arbitrie- rung unterliegen können, sind beispielsweise:
Notbremsassistenz (EBA)
Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC)
Notlenkassistenz (ESA)
Spurhalteassistenz
automatische Spurführung
Spurwechselassistenz
Hill Descent Assist/Control
automatisiertes Fahren
Bezugs zeichenliste
2 Block
6 Block
8 Block
10 Block
14 Block

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges, welches eine Mehrzahl von Fahrerunterstützungssys¬ temen aufweist, welche regelnde Eingriffe in die Fahrdy¬ namik fordern, und wobei eine Arbitrierung der Regelungsanforderung der Querdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit von wenigstens einer geforderten Arbitrie- rungsgröße durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Arbitrierungsgröße eine den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges charakterisierenden physikalische Fahrdynamikgröße oder Änderung dieser Fahrdynamikgröße ist .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrdynamikgröße die geforderte Querbeschleunigung oder deren Änderung ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrdynamikgröße die Gierrate oder deren Änderung ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zu
vorgegebenen AbtastZeitpunkten die betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße ermittelt wird und als Ar¬ bitrierungsgröße verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als die Arbitrierungsgröße die während eines des Gesamtein¬ griffs betragsmäßig maximal geforderte Fahrdynamikgröße gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Arbitrierung in Längsrichtung aufgrund der geforderten Längsbeschleunigung oder ihrer Änderung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei der durch eine Forderung resultierenden Längsbeschleunigung die Querbeschleunigung mit Hilfe des Kammschen Kreises begrenzt wird .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine für die Regelung von einem Fahrerassistenzsystem geforderte Anforderungsgröße, die nicht der Querbeschleuni¬ gung oder ihrer Änderung entspricht, in eine effektive Querbeschleunigung oder ihre Änderung umgerechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Umrechnung mittels kinematischer Beziehungen und/oder mittels eines fahrdynamischen Modells des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird.
10. Vorrichtung zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeuges mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.
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