WO2016150869A1 - Vorrichtung und verfahren zur stabilisierung eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2016150869A1
WO2016150869A1 PCT/EP2016/056009 EP2016056009W WO2016150869A1 WO 2016150869 A1 WO2016150869 A1 WO 2016150869A1 EP 2016056009 W EP2016056009 W EP 2016056009W WO 2016150869 A1 WO2016150869 A1 WO 2016150869A1
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steering
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PCT/EP2016/056009
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Peter Lauer
Thomas Raste
Alfred Eckert
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for stabilizing a vehicle, in particular after a collision against a lateral roadway boundary, e.g. after a crash against a guardrail.
  • the protective measures include, for example, automatic braking, stabilization of the direction of travel by individual braking interventions and damping of the steering movement.
  • Such a method has the disadvantage that the movement of the vehicle is in any case the same, is influenced to a straight-ahead, and thus the circumstances may be poorly adapted.
  • the automatic braking and damping of the steering can lead to a worse
  • Object of the present invention is to assist the driver after a collision against a lateral roadway boundary.
  • the device for stabilizing a vehicle A lane recognition system with which information regarding the lane course is determined or recorded,
  • An impact detection unit which detects an impact of the vehicle, in particular against the lateral road boundary, based on signals of at least one sensor or on the basis of a driving state variable
  • a target lane determination unit that determines a target lane for the vehicle
  • a controller which effects a guidance of the vehicle to the desired path and / or a stabilization of the vehicle by means of a steering intervention and / or by wheel-specific brake interventions.
  • the device further comprises a, preferably electrically controllable, steering actuator for controlling a steering, and a, preferably electrically controllable, brake actuator for driving one or more wheel brakes sen.
  • the invention also relates to a method for stabilizing a vehicle, in particular after an impact against a lateral roadway boundary.
  • Determining a target path for the vehicle in particular based on the lane course determined or recorded before or at the time of the impact, and
  • a lateral acceleration or a longitudinal acceleration or the signal of a lateral acceleration sensor or the signal of a longitudinal acceleration sensor is used for impact detection.
  • a vehicle speed is used for impact detection.
  • the controller is a state controller, e.g. as LQ controller (linear-quadratic controller).
  • LQ controller linear-quadratic controller
  • the target path for the vehicle is preferably determined on the basis of the lane course determined or detected before or at the time of the impact.
  • the lane detection system continuously detects a curvature or a curvature course of the lane course.
  • the curvature or curvature progression is determined over a predefined distance in advance, ie in front of the vehicle.
  • the road curvature is a size that allows the simplest and quickest possible calculation of a suitable target path.
  • a determination of the course of curvature in advance has the advantage that the required information is available at all times and, for example, if the sensor is damaged by the impact, regulation can nevertheless be carried out with the already available information.
  • the controller preferably regulates a slip angle and / or a yaw rate and / or a deviation of a yaw angle and / or a transverse offset of the vehicle.
  • a deviation of the yaw angle and / or a transverse deviation between the actual and desired path or the actual and desired values is preferably determined on the basis of the desired path and actual values of the driving state variable.
  • a current value of the slip angle and / or the vehicle speed and / or the steering angle and / or the yaw rate and / or the lateral acceleration is determined for the actual lane and considered.
  • the slip angle and / or the vehicle speed and / or the steering angle and / or the yaw rate and / or the lateral acceleration is determined for the actual lane and considered.
  • the slip angle and / or the yaw angle are determined on the basis of a model.
  • the float angle and / or the yaw angle is preferably determined by integration with the aid of a measured yaw rate, a lateral acceleration and a vehicle speed via a model.
  • the controller preferably weights the stabilization of the vehicle or the guidance of the vehicle to the desired path.
  • the controller carries out a weighting of the state variables in the control as a function of the actual value of the slip angle.
  • the controller performs a float angle control in terms of value, which is greater than a predefined float angle limit value.
  • the Wegwinkel- limit is advantageously about 10 °.
  • the determined or detected lane course is preferably stored as a set course for the vehicle, and this set course is made available to the controller as an input quantity.
  • the controller determines a steering angle and / or a Yaw moment based on a vehicle model.
  • the steering intervention in particular the on-control of the steering actuator, in accordance with the specific steering angle.
  • the wheel or individual brake inputs in particular the control of the brake actuator, take place in accordance with the determined yawing moment.
  • a steering torque is determined from the steering angle.
  • the control of the steering actuator is particularly preferably in accordance with the specific steering torque.
  • the steering torque is adjusted by means of a regulator, e.g. of a PID controller, determined from the steering angle.
  • Yaw moment Determines brake pressures for the wheel brakes.
  • the control of the brake actuator is preferably carried out according to the brake pressures.
  • the control is terminated by the controller when a predetermined period of time has expired for the control.
  • the predetermined time is advantageously a few seconds, e.g. about 5 sec.
  • control is terminated by the controller if the steering angle drops in absolute value below a predetermined steering angle threshold value.
  • the control is terminated by the controller if the steering angle speed drops in absolute value below a predetermined steering angle speed threshold value.
  • the control is particularly preferably ended by the controller when the steering angle speed falls below a predefined steering angle speed threshold value for a given period of time. The duration is advantageously about 500 msec.
  • the radindividual brake interventions are performed such that a predetermined total deceleration of the vehicle is achieved. It is particularly preferred that the overall delay be controlled by another system or function, e.g. a multicollision braking function, predetermined or predetermined. Particularly preferred is a total delay of a maximum of about 0.5 g, achieved.
  • the wheel-specific braking interventions are preferably carried out in such a way that the total pressure remains the same due to a redistribution of the brake pressures and a yaw moment is generated by side-by-side differences.
  • an overall pressure increase takes place only when the pressure on one side (of the vehicle) is less than a predetermined value, e.g. is about 5 bar, and a greater yaw moment is required by the controller.
  • the controller preferably controls an active steering system in such a way that steering torques are applied which assist the driver in stabilizing the vehicle and / or guiding the vehicle to the desired path.
  • the controller performs a driver-independent build-up of braking force on at least one wheel brake in such a way that the vehicle is stabilized and / or guided to the desired path.
  • the lane detection system preferably determines or acquires information regarding the lane course for at least one predetermined distance in front of the vehicle. Particularly preferably, the curvature is determined over a distance of about 150m in advance.
  • the lane detection system is based on at least one camera or on at least one GPS (Global
  • the device comprises an electric power steering, which can be controlled in particular via a torque interface.
  • the device comprises an electrically controllable pressure source for establishing brake pressure for hydraulically actuated wheel brakes.
  • the invention has the advantage that the vehicle is stabilized after an impact against a crash barrier and / or directed to a safer route until the driver is able to control the vehicle himself.
  • Fig. 1 shows an exemplary device in a schematic
  • FIG. 2 shows a schematic representation of exemplary driving state variables for an exemplary model for transverse control
  • Fig. 3 schematically an exemplary controller structure.
  • FIG. 1 shows an exemplary device in a schematic representation or a schematic flow diagram for illustrating an exemplary method.
  • FIG. 1 shows a lane recognition system 1 with which information relating to the lane course, for example in the form of the curvature K act of the lane course, is determined or detected.
  • an impact detection unit which detects an impact of the vehicle, for example against the lateral road boundary, based on signals of at least one sensor or on the basis of a driving state variable.
  • an impact is detected when the lateral acceleration sensor (a y ) or longitudinal acceleration sensor (a x ) exceeds a certain limit, which does not occur in a real driving maneuver (eg 2g), and the
  • Vehicle speed V veh is above a suitable limit (eg 30km / h).
  • a desired path determination unit which determines a target path for the vehicle, for example in the form of a curvature or a curvature K re f .
  • the desired path is determined, for example, based on the lane course determined or detected before or at the time T crash of the collision.
  • the lane recognition system 1 may be damaged or inoperable, so that the regulation of the regulator 2 is based on the curvature determined at the time of the impact and stored on impact.
  • Controller 2 is exemplified as a state controller, e.g. an LQR (linear-quadratic controller) is executed.
  • LQR linear-quadratic controller
  • Controller 2 effects guidance of the vehicle to the desired path and / or stabilization of the vehicle.
  • Controller 2 is based on a vehicle model.
  • the vehicle 6 has an electrically controllable steering actuator for controlling a steering and an electrically controllable brake actuator for controlling one or more wheel brakes.
  • a comparison unit 3 is provided. This is the current from the lane detection system 1 Curvature K act fed. After the impact, no further data will be transmitted. The desired path then results from the stored curvature. Furthermore, the comparison unit 3, for example, according to actual values of the driving state variables float angle ß, vehicle speed V veh (or short V or v), steering angle ⁇ , yaw rate and lateral acceleration a ;
  • the comparison unit 3 determines a deviation of the yaw angle and a transverse deviation Ay between actual and desired path or actual and desired value. The deviation of the yaw angle and the transverse
  • Variation Ay are fed together with the desired path (curvature K ref ) to the controller 2.
  • Controller 2 is based on a one-track model of the vehicle, in which the yawing moment M z , which is caused by different braking torques applied by the wheel brakes, is taken into account. Furthermore, in the model, the predetermined curvature K ref (target path) is taken into account as interference (Z).
  • the model is described by the following equations of state:
  • the task of controller 2 is to stabilize the vehicle; for this purpose, the state variables (X) are brought to zero by means of steering and / or braking interventions, that is, float angle ⁇ -> 0, deviation of yaw angle and transverse deflection.
  • Controller 2 determines based on the vehicle model example according to a steering angle and a yaw moment M z (manipulated variables U).
  • a steering controller 4 which determines a steering torque from the steering angle. Steering controller 4
  • PID controller proportional integral-derivative controller
  • a brake controller 5 is present, which from the yawing moment M z brake pressures for the wheel brakes
  • FIG. 2 illustrates, on the basis of a schematic illustration, driving state variables for the single track model used for transverse control. Here are on the left side of the rear wheel, the lateral force behind F ry , and the speed behind v r and the
  • the invention relates to a method by which a vehicle can be crashed after a side crash, e.g. against a guard rail, is stabilized until the driver is able to control the vehicle.
  • a side crash e.g. against a guard rail
  • the vehicle can be in an unstable driving state when the automatic stabilization controller (2, 4, 5) engages.
  • a crash detection preferably takes place in that the lateral or longitudinal acceleration sensor exceeds a certain value which does not occur in a real driving maneuver (for example 2 g) and the minimum driving speed is above a suitable value (for example 30 km / h).
  • a trajectory planning in which, before the crash, the curvature over a distance (approx. out is determined (eg by camera or GPS and road map).
  • this curvature is stored and then decelerated until the vehicle is stable (e.g., the slip angle is small).
  • the yaw angle is calculated from the integration of the yaw rate.
  • a switchable state controller 2 Second, a switchable state controller 2:
  • a large slip angle ⁇ produces a different evaluation of the state variables of the state controller.
  • the driving stabilization is prioritized, in particular if the slip angle exceeds a limit value.
  • the leadership of the vehicle can be prioritized within the lane boundaries.
  • the vehicle After a crash, the vehicle is stabilized only for the time as long as the driver does not overlook the situation or is too confused to control the vehicle properly (About 5sec or until steering angle and steering angular velocity are small).
  • Steering torque intervention divided by Control Allocation for actuator potential determination. If the driver does not allow the steering torque, it is put over the brake.
  • MKB multicollision brake
  • the MKB works with global brake pressure, so that the pressure for this system can be varied preferentially page by page without significantly changing the delay required by MKB.
  • MKB decelerates with a maximum of 0.5g, so that at high friction value for this system there is enough potential for stabilization with steering and brake.
  • FIG. 1 An exemplary switchability of the state controller is shown in FIG.
  • the controller 2 is based on the above mentioned state equations in the form
  • K or Kl
  • Feedback matrices K and Kl provided, wherein for the control function of the size of the slip angle ß the feedback matrix K or the feedback matrix Kl is used.
  • the feedback matrix K is dependent on a weighting matrix Q for the state variables X and a weighting matrix R for the manipulated variables U, ie K (Q, R).
  • the feedback matrix K1 is dependent on a weighting matrix Q1 for the state variables X and a weighting matrix R1 for the manipulated variables, ie K1 (Q1, R1).
  • the controller 2 depending on the value of the slip angle ⁇ , performs a different weighting of the state variables in the control, either by means of the feedback matrix K or the feedback matrix K1.
  • the slip angle ⁇ is determined according to the following considerations. Starting from the formula
  • v x and v y are the components of the vehicle speed in the x and y directions in vehicle coordinates and the
  • the slip angle ß is determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, umfassend ein Fahrspurerkennungssystem (1), mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs ( Kact ) ermittelt oder erfasst wird, eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall (Tcrash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße (ay, ax, Vveh) erkennt, einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur AnSteuerung einer Lenkung, und einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbremsen, eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn ( Kref ) für das Fahrzeug, anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt, und einen Regler (2), der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff, insbesondere eine Ansteuerung des Lenk-Aktuators, und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe, insbesondere eine Ansteuerung des Brems-Aktuators, sowie ein Verfahren zur Stabilisierung des Fahrzeugs.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, z.B. nach einem Aufprall gegen eine Leitplanke.
Aus der DE 10 2012 107 188 AI ist ein Verfahren zum Aktivie- ren von Schutzmaßnahmen nach einem seitlichen Anprall be- kannt. Die Schutzmaßnahmen umfassen beispielsweise eine au- tomatische Bremsung, eine Stabilisierung der Fahrtrichtung durch individuelle Bremseingriffe und eine Dämpfung der Lenkbewegung .
Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass die Bewegung des Fahrzeugs in jedem Fall gleich, zu einer Geradeausfahrt hin, beeinflusst wird und damit den Gegebenheiten eventuell schlecht angepasst ist. Die automatische Bremsung und Dämp- fung der Lenkung können zu einer schlechteren
Manövrierbarkeit durch den Fahrer führen, wodurch gegebenen- falls Folgeunfälle nicht mehr vermieden werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Fahrer nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung zu unterstützen .
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs • ein Fahrspurerkennungssystem, mit welchem eine Infor- mation bezüglich des Fahrspurverlaufs ermittelt oder erfasst wird,
• eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahr- bahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt,
• eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, und
• einen Regler, der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radin- dividuelle Bremseingriffe.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen, bevorzugt elekt- risch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und einen, bevorzugt elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbrem- sen .
Durch die Bestimmung einer Soll-Bahn, welche verfügbare In- formationen über das Fahrzeugumfeld berücksichtigen kann, wird sichergestellt, dass das Fahrzeug situationsangepasst gesteuert wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung.
Bevorzugt werden in dem Verfahren • eine Information bezüglich eines Fahrspurverlaufs, insbesondere eine Krümmung des Fahrspurverlaufs, er- mittelt oder erfasst,
• ein Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die
seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen min- destens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustands- größe erkannt,
• eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, insbesondere anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls er- mittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs, und
• mittels eines Reglers eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahr- zeugs bewirkt, indem ein Lenkeingriff und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe durchgeführt
wird/werden .
Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Querbeschleuni- gung oder eine Längsbeschleunigung bzw. das Signal eines Querbeschleunigungssensors oder das Signal eines Längsbe- schleunigungssensors herangezogen .
Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Fahrzeuggeschwin- digkeit herangezogen.
Bevorzugt ist der Regler als Zustandsregler, z.B. als LQ- Regler ( linear-quadratic-Regler) , ausgeführt.
Bevorzugt wird die Soll-Bahn für das Fahrzeug anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfass- ten Fahrspurverlaufs bestimmt. Bevorzugt erfasst das Fahrspurerkennungssystem laufend eine Krümmung oder eine Krümmungsverlauf des Fahrspurverlaufs. Vorteilhafterweise wird die Krümmung oder der Krümmungsver- lauf über eine vorgegebene Distanz im Voraus, d.h. vor dem Fahrzeug, ermittelt.
Die Fahrbahnkrümmung ist eine Größe, welche eine möglichst einfache und schnelle Berechnung einer geeigneten Soll-Bahn ermöglicht. Eine Bestimmung des Krümmungsverlaufs im Voraus hat den Vorteil, dass die benötigten Informationen jederzeit verfügbar sind und auch beispielsweise bei eine Beschädigung der Sensorik durch den Aufprall trotzdem mit den bereits verfügbaren Informationen eine Regelung durchgeführt werden kann .
Bevorzugt regelt der Regler einen Schwimmwinkel und/oder ei- ne Gierrate und/oder eine Abweichung eines Gierwinkels und/oder einen Querversatz des Fahrzeugs.
Bevorzugt wird anhand der Soll-Bahn und Ist-Werten von Fahr- zustandsgröße eine Abweichung des Gierwinkels und/oder eine Querabweichung zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert bestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für die Ist-Bahn ein aktueller Wert des Schwimmwinkels und/oder der Fahrzeug-Geschwindigkeit und/oder der Lenkwin- kel und/oder die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung bestimmt und berücksichtigt. Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel und/oder der
Gierwinkel durch Integration bestimmt.
Bevorzugt wir der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel an- hand eines Modells bestimmt.
Bevorzugt wird der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel durch Integration mit Hilfe einer gemessenen Gierrate, einer Querbeschleunigung und einer Fahrzeug-Geschwindigkeit über ein Modell bestimmt.
Bevorzugt gewichtet der Regler in Abhängigkeit von dem Ist- Wert des Schwimmwinkels die Stabilisierung des Fahrzeugs oder die Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn.
Ebenso ist es bevorzugt, dass der Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels eine Gewichtung der Zu- standsgrößen bei der Regelung vornimmt.
Besonders bevorzugt führt der Regler bei Schwimmwinkeln be- tragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwimmwinkelgrenz- wert eine Schwimmwinkelregelung durch. Der Schwimmwinkel- grenzwert beträgt vorteilhafterweise ca. 10°.
Bei Erkennen eines Aufpralls wird bevorzugt der ermittelte oder erfasste Fahrspurverlauf als Soll-Bahn für das Fahrzeug abgespeichert und diese Soll-Bahn dem Regler als Eingangs- größe bereitgestellt.
Bevorzugt bestimmt der Regler einen Lenkwinkel und/oder ein Giermoment anhand eines Fahrzeugmodells.
Bevorzugt erfolgt der Lenkeingriff, insbesondere die An- Steuerung des Lenk-Aktuators , nach Maßgabe des bestimmten Lenkwinkels .
Bevorzugt erfolgen der oder die radindividuellen Bremsein- griffe, insbesondere die Ansteuerung des Brems-Aktuators, nach Maßgabe des bestimmten Giermoments .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem Lenk- winkel ein Lenkmoment bestimmt. Die Ansteuerung des Lenk- Aktuators erfolgt besonders bevorzugt nach Maßgabe des be- stimmten Lenkmoments. Vorteilhafterweise wird das Lenkmoment mittels eines Reglers, z.B. eines PID-Reglers, aus dem Lenk- winkel ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden aus dem
Giermoment Bremsdrücke für die Radbremsen ermittelt. Die An- Steuerung des Brems-Aktuators erfolgt vorzugsweise nach Maß- gäbe der Bremsdrücke.
Bevorzugt wird die Regelung durch den Regler beendet, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für die Regelung abgelaufen ist. Die vorgegebene Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise wenige Sekunden, z.B. ca. 5 sec.
Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Reg- ler beendet, wenn der Lenkwinkel betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwert absinkt. Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Reg- ler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits- Schwellenwert absinkt. Besonders bevorzugt wird die Regelung durch der Regler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig für eine vorgegebene Zeitdauer unter einen vor- bestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert fällt. Die Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise ca. 500 msec.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die radindi- viduellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass eine vor- bestimmte Gesamtverzögerung des Fahrzeugs erzielt wird. Be- sonders bevorzugt wird die Gesamtverzögerung durch ein ande- res System oder ein andere Funktion, z.B. eine Multikollisi- onsbremsfunktion, vorgegeben oder vorbestimmt. Besonders be- vorzugt wird eine Gesamtverzögerung von maximal ca. 0,5 g, erzielt .
Bevorzugt werden die radindividuellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass durch eine Umverteilung der Bremsdrücke der Summendruck gleichbleibt und ein Giermoment durch sei- tenweise Unterschiede erzeugt wird. Besonders bevorzugt fin- det eine Gesamt-Druckerhöhung nur statt, wenn der Druck auf einer Seite (des Fahrzeugs) kleiner als ein vorgegebener Wert, z.B. etwa 5 bar, ist und ein größeres Giermoment vom Regler gefordert wird.
Bevorzugt steuert der Regler ein aktives Lenksystem derart an, dass Lenkmomente aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und/oder der Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn unterstützen. Bevorzugt wird durch den Regler ein fahrerunabhängiger Auf- bau von Bremskraft an mindestens einer Radbremse derart be- wirkt, dass das Fahrzeug stabilisiert wird und/oder auf die Soll-Bahn geführt wird.
Bevorzugt ermittelt oder erfasst das Fahrspurerkennungssys- tem für zumindest eine vorgegebene Distanz vor dem Fahrzeug eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs. Besonders bevorzugt wird die Krümmung über eine Distanz von ca. 150m im Voraus ermittelt.
Bevorzugt basiert das Fahrspurerkennungssystem auf zumindest einer Kamera oder auf zumindest einem GPS (Global
Positioning System) oder auf zumindest einer Straßenkarte.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrische Servolen- kung, die insbesondere über eine Drehmomentenschnittstelle angesteuert werden kann.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrisch steuerbare Druckquelle zum Aufbau von Bremsdruck für hydraulisch betätigbare Radbremsen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug nach ei- nem Aufprall gegen eine Leitplanke stabilisiert und/oder auf einen sichereren Fahrweg geleitet wird, bis der Fahrer in der Lage ist das Fahrzeug selbst zu steuern.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschrei- bung an Hand von Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine beispielsgemäße Vorrichtung in schematischer
Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung beispielsgemäßer Fahr- zustandsgrößen für ein beispielsgemäßes Modell zur Querregelung, und
Fig. 3 schematisch eine beispielsgemäße Reglerstruktur.
In Fig. 1 ist eine beispielsgemäße Vorrichtung in schemati- scher Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens darge- stellt.
Beispielgemäß ist in Fig. 1 ein Fahrspurerkennungssystem 1 zu erkennen, mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs, beispielsgemäß in Form der Krümmung Kact des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst wird.
Weiterhin ist eine Aufprall-Erkennungseinheit vorgesehen, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, z.B. gegen die seitli- che Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt. Bei- spielsgemäß wird ein Aufprall erkannt, wenn der Querbe- schleunigungssensor (ay) oder Längsbeschleunigungssensor (ax) einen gewissen Grenzwert überschreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z.B. 2g), und die
Fahrzeuggeschwindigkeit Vveh über einem geeigneten Grenzwert liegt (z.B. 30km/h) .
Weiter ist eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit vorhanden, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, z.B. in Form einer Krümmung oder eines Krümmungsverlaufs Kre f . Die Soll-Bahn wird beispielsgemäß anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt Tcrash des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurver- laufs bestimmt.
Nach dem Aufprall kann das Fahrspurerkennungssystem 1 be- schädigt oder funktionsunfähig sein, so dass die Regelung des Reglers 2 auf der zum Zeitpunkt des Aufpralls bestimmten und bei Aufprall abgespeicherten Krümmung basiert.
Regler 2 ist beispielsgemäß als ein Zustandsregler, z.B. ein LQR (linear-quadratischer Regler) ausgeführt. Der Regler be- wirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radindividuel- le Bremseingriffe eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll- Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs. Regler 2 basiert auf einem Fahrzeugmodell.
Beispielsgemäß besitzt das Fahrzeug 6 einen elektrisch ansteuerbaren Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung und einen elektrisch ansteuerbaren Brems-Aktuator zur An- Steuerung einer oder mehrerer Radbremsen.
Beispielsgemäß ist eine Vergleichseinheit 3 vorgesehen. Die- ser wird von dem Fahrspurerkennungssystem 1 die aktuelle Krümmung Kact zugeführt. Nach dem Aufprall werden keine wei- teren Daten übermittelt. Die Soll-Bahn ergibt sich dann aus der gespeicherten Krümmung. Weiterhin werden der Vergleichs- einheit 3 beispielsgemäß Ist-Werte der Fahrzustandsgrößen Schwimmwinkel ß, Fahrzeug-Geschwindigkeit Vveh (oder kurz V oder v ) , Lenkwinkel δ, Gierrate und Querbeschleunigung a;
Figure imgf000013_0002
zugeführt. Anhand der Informationen bestimmt die Vergleichs- einheit 3 eine Abweichung des Gierwinkels
Figure imgf000013_0003
und eine Quer- abweichung Ay zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert. Die Abweichung des Gierwinkels und die Querab-
Figure imgf000013_0004
weichung Ay werden zusammen mit der Soll-Bahn (Krümmung Kref) dem Regler 2 zugeführt.
Regler 2 basiert auf einem Einspurmodell des Fahrzeugs, in welchem das Giermoment Mz, welches durch unterschiedliche, durch die Radbremsen angelegte, Bremsmomente entsteht, be- rücksichtigt wird. Weiterhin wird im Modell die vorgegebene Krümmung Kref (Soll-Bahn) als Störung (Z) berücksichtigt. Das Modell wird durch folgende Zustandsgleichungen beschrieben:
Figure imgf000013_0001
was X = Α·Χ + B-U + W-Z entspricht. Die Aufgabe des Reglers 2 ist es, das Fahrzeug zu stabili- sieren, hierzu werden die Zustandsgrößen (X) durch Lenk- und/oder Bremseingriffe gegen Null geführt, d.h. Schwimmwin- kel ß -> 0, Abweichung des Gierwinkels und Querabwei-
Figure imgf000014_0001
chung Ay -> 0.
Regler 2 bestimmt anhand des Fahrzeugmodells beispielsgemäß einen Lenkwinkel und ein Giermoment Mz (Stellgrößen U) .
Figure imgf000014_0002
Beispielsgemäß ist ein Lenkregler 4 vorgesehen, welcher aus dem Lenkwinkel ein Lenkmoment bestimmt. Lenkregler 4
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0004
ist beispielsgemäß als ein PID-Regler (proportional- integral-derivative Controller) ausgeführt.
Weiterhin ist beispielsgemäß ein Bremsregler 5 vorhanden, der aus dem Giermoment Mz Bremsdrücke für die Radbremsen
Figure imgf000014_0006
ermittelt, so dass durch die entsprechende Bremsansteuerung das Giermoment Mz erzeugt werden soll.
Nach Maßgabe von Lenkmoment und Bremsdrücke werden
Figure imgf000014_0005
Figure imgf000014_0007
die Lenkung und die Radbremsen im Fahrzeug 6 angesteuert.
Fig. 2 erläutert anhand einer schematischen Darstellung Fahrzustandsgrößen für das verwendete Einspurmodell zur Querregelung . Dabei sind auf der linken Seite am Hinterrad die Querkraft hinten Fry , sowie die Geschwindigkeit hinten vr und der
Schräglaufwinkel hinten αr dargestellt und auf der rechten Seite am Vorderrad die Querkraft vorne Ffy, sowie die Ge- schwindigkeit vorne Vr der Schräglaufwinkel vorne und der Lenkwinkel öf . Um den Schwerpunkt CG, welcher eine Distanz lf von der Vorderachse und eine Distanz lr von der Hinterachse entfernt ist, sind der Schwimmwinkel ß sowie die Gierrate ψ und die Gierbeschleunigung ^aufgetragen.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren, durch wel- ches ein Fahrzeug nach einem seitlichen Crash, z.B. gegen eine Leitplanke, stabilisiert wird, bis der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug zu steuern. Das bedeutet, dass das Fahrzeug in einem instabilen Fahrzustand sein kann, wenn der automatische Stabilisierungs-Regler (2, 4, 5) eingreift.
Eine Crasherkennung findet bevorzugt statt, indem der Quer- oder Längsbeschleunigungssensor einen gewissen Wert über- schreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z.B. 2g) und die Mindestfahrgeschwindigkeit über einem ge- eigneten Wert liegt (z.B. 30km/h) .
Bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
Erstens eine Traj ektorien-Planung, bei der vor Zeitpunkt des Crashes die Krümmung über eine Distanz (ca. 100m) im Vo- raus ermittelt wird (z.B. durch Kamera oder GPS und Straßen- karte) .
Zum Zeitpunkt des Crashes wird diese Krümmung gespeichert und anschließend abgefahren bzw. ausgeregelt, bis das Fahr- zeug stabil ist (z.B. der Schwimmwinkel klein ist) .
Der Gierwinkel wird aus der Integration der Gierrate berech- net .
Zweitens einen umschaltbaren Zustandsregler 2 :
Ein großer Schwimmwinkel ß erzeugt eine andere Bewertung der Zustandsgrößen des Zustandsreglers . Bei großen Schwimmwin- keln ß wird die Fahrstabilisierung priorisiert, insbesonde- re, wenn der Schwimmwinkel einen Grenzwert überschreitet.
Dies hat den Vorteil, dass bei besonders instabilen Fahrzu- ständen vorrangig eine Stabilisierung herbeigeführt wird, während bei relativ stabilen Fahrzuständen mit einem
Schwimmwinkel ß unterhalb eines Grenzwerts die Führung des Fahrzeugs innerhalb der Fahrbahngrenzen priorisiert werden kann .
Bei einem großen Schwimmwinkel wird vorteilhaft eine
Schwimmwinkelregelung eingesetzt .
Drittens eine Regelung:
Nach einem Crash wird das Fahrzeug nur für die Zeit stabili- siert, solange der Fahrer die Situation nicht überschaut bzw. zu verwirrt ist, um das Fahrzeug geeignet zu steuern (Ca. 5sec oder bis Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit klein sind) .
Eingriff mit radindividuellem Bremseneingriff und
Lenkmomenteneingriff, aufgeteilt wird mit Hilfe von Control Allocation zur Aktorpotentialbestimmung. Wenn der Fahrer das Lenkmoment nicht zulässt, wird es über die Bremse gestellt.
Viertens erfolgt bevorzugt eine Überlagerung mit einer an sich bekannten Multikollisionsbremse (MKB) :
Die MKB funktioniert mit globalem Bremsdruck, so dass für dieses System der Druck bevorzugt seitenweise variiert wer- den kann, ohne die von MKB geforderte Verzögerung wesentlich zu ändern. MKB verzögert mit maximal 0.5g, so dass bei Hoch- reibwert für dieses System genügend Potential zu Stabilisie- rung mit Lenkung und Bremse bleibt.
Eine beispielsgemäße Umschaltbarkeit des Zustandsreglers wird in Fig. 3 dargestellt. Der Regler 2 basiert auf den oben bereits genannten Zustandsgieichungen in der Form
X = A-X + B-U + W-Z.
Die Zustandsgrößen X werden bei dem LQ-Regler über eine Rückkopplungsmatrix K (bzw. Kl) als Eingangsgrößen rückge- koppelt (U=-K-X) . Beispielsgemäß sind zwei
Rückkopplungsmatritzen K und Kl vorgesehen, wobei für die Regelung in Abhängigkeit von der Größe des Schwimmwinkels ß die Rückkopplungsmatrix K oder die Rückkopplungsmatrix Kl verwendet wird. Die Rückkopplungsmatrix K ist abhängig von einer Gewich- tungsmatrix Q für die Zustandsgrößen X und einer Gewich- tungsmatrix R für die Stellgrößen U, d.h. K(Q,R) . Entspre- chend ist die Rückkopplungsmatrix Kl abhängig von einer Ge- wichtungsmatrix Ql für die Zustandsgrößen X und einer Ge- wichtungsmatrix Rl für die Stellgrößen, d.h. K1(Q1,R1) .
Entsprechend nimmt der Regler 2 in Abhängigkeit von dem Wert des Schwimmwinkels ß eine unterschiedliche Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vor, entweder mittels Rück- kopplungsmatrix K oder Rückkopplungsmatrix Kl .
Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel ß entsprechend den folgenden Überlegungen bestimmt. Ausgehend von der Formel
Figure imgf000018_0001
ergibt sich durch Division
Figure imgf000018_0002
Wobei vx und vy die Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit in x- bzw. y-Richtung in Fahrzeugkoordinaten sind und die
Ableitung des Schwimmwinkels sich als darstellen lässt ,
Figure imgf000018_0004
so dass folgt:
Figure imgf000018_0003
Durch Integration wird der Schwimmwinkel ß bestimmt.
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000020_0001

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbe- sondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahr- bahnbegrenzung, umfassend
• ein Fahrspurerkennungssystem (1), mit welchem eine In- formation bezüglich des Fahrspurverlaufs (Kact) ermit- telt oder erfasst wird,
• eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall (Tcrash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens ei- nes Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße (ay, ax, Vveh) erkennt,
• einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Lenk- Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und
• einen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Brems- Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbrem- sen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auch
• eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn (Kref) für das Fahrzeug anhand des vor oder zu dem Zeit- punkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahr- spurverlaufs bestimmt, und
• einen Regler (2), der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahr- zeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff, insbesondere eine Ansteuerung des Lenk-Aktuators , und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe, insbesondere eine An- steuerung des Brems-Aktuators
umfasst .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass als Information bezüglich des Fahrspurverlaufs eine Krümmung des Fahrspurverlaufs ermittelt oder erfasst wird .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass, in einer Vergleichseinheit (3) , anhand der Soll-Bahn (Kre f ) und Ist-Werten von Fahrzustandsgrößen ei- ne Abweichung eines Gierwinkels (Axfj) und/oder eine Quer- abweichung (Ay) zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert bestimmt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Regler (2) einen Schwimmwinkel ( ß ) und/oder eine Gierrate (ip) und/oder die Abweichung des Gierwinkels (Axfj) und/oder die Querabweichung (Ay) zwischen Ist- und Soll-Bahn des Fahrzeugs regelt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass für die Bestimmung der Ist-Bahn der aktuelle Wert des Schwimmwinkels ( ß ) und/oder eine Fahrzeug- Geschwindigkeit (v , Vveh) und/oder einen Lenkwinkel ( δ ) und/oder die Gierrate (xfj ) und/oder eine Querbeschleuni- gung (ay) berücksichtigt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- net, dass der aktuelle Wert des Schwimmwinkels (ß ) und/oder des Gierwinkels (ψ) durch Integration bestimmt wird, mit Hilfe einer gemessenen Gierrate einer
Figure imgf000023_0001
gemessenen Querbeschleunigung (ay) und/oder einer Fahr- zeug-Geschwindigkeit (v , Vveh) bestimmt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Regler (2) in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Schwimmwinkels (ß) die Stabilisie- rung des Fahrzeugs oder die Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn stärker gewichtet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Regler (2) in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels (ß) eine Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vornimmt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Regler für Schwimmwinkel (ß) be- tragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwimmwinkel- grenzwert, insbesondere für Schwimmwinkel (ß) betragsmä- ßig größer als ca. 10°, eine Schwimmwinkelregelung durchführt .
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Aufpralls (Tcrash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, der ermittelten oder erfassten Fahr- spurverlauf als Soll-Bahn (Kref) für das Fahrzeug abge- speichert wird und diese Soll-Bahn dem Regler (2) als Eingangsgröße bereitgestellt wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Regler (2) einen Lenkwin- kel (δ) und/oder ein Giermoment (Mz) anhand eines Fahr- zeugmodells bestimmt und der Lenkeingriff, insbesondere die Ansteuerung des Lenk-Aktuators , und/oder die radin- dividuellen Bremseingriffe, insbesondere die Ansteuerung des Brems-Aktuators , nach Maßgabe des Lenkwinkels (δ) und/oder des Giermoments (Mz) erfolgt/erfolgen .
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lenkregler (4) aus dem Lenkwinkel (δ) ein Lenkmoment (δtrq) bestimmt wird, und dass die Ansteuerung des Lenk-Aktuators nach Maßgabe des Lenkmoments (δtrq) er- folgt .
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass in einem Bremsregler (5) aus dem
Giermoment (Mz) Bremsdrücke (P±j) für eine oder mehrere Radbremsen ermittelt werden, und dass die Ansteuerung des Brems-Aktuators nach Maßgabe der Bremsdrücke (P±j) erfolgt .
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung durch der Regler (2) beendet wird, wenn der Lenkwinkel (δ) betragsmäßig, ins- besondere für eine vorgegebene Zeitdauer, unter einen vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwert fällt und/oder wenn eine Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig, insbe- sondere für eine vorgegebene Zeitdauer, unter einen vor- bestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert fällt.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Regelung durch den Regler (2) beendet wird, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für die Regelung, insbesondere ca. 5 sec, verstrichen ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die radindividuellen Brems- eingriffe derart durchgeführt werden, dass eine vorbe- stimmte Gesamtverzögerung des Fahrzeugs, insbesondere eine Gesamtverzögerung von maximal ca. 0,5 g, erzielt wird .
17. Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbeson- dere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahn- begrenzung, in welchem
• eine Information bezüglich eines Fahrspurverlaufs
(Kact) , insbesondere eine Krümmung des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst wird,
• ein Aufprall (Tcrash) des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzu- standsgröße (ay, ax, Vveh) erkannt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
• eine Soll-Bahn (Kref) für das Fahrzeug, anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs bestimmt wird, und • mittels eines Reglers (2) eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn ( Kre f ) und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt wird, indem ein Lenkeingriff und/oder radindividuelle Bremseingriffe durchgeführt wird/werden .
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