DE102005016086A1

DE102005016086A1 - Aktives Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer eine Überlagerungslenkung oder ein ?steer by wire? System aufweisenden Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102005016086A1
Application number: DE102005016086A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jenny
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt ein aktives Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Überlagerungslenkung oder einem "steer-by-wire"-System vor, das einen Spurwechselassistenten enthält. Dabei weist das Kraftfahrzeug Nahbereichssensoren (3) auf, welche unter anderem einen Abstand (DELTAx) zwischen zwei Kraftfahrzeugen (1, 2) erfassen. Ein Steuergerät enthält einen Kontrollalgorithmus zur Berechnung einer Relativgeschwindigkeit (v¶relativ¶) eines beispielsweise nachfolgenden Kraftfahrzeugs (1) und/oder zur Überprüfung von Auslöse- oder Abbruchkriterien. Zusätzlich weist das Sicherheitssystem Fahrdynamiksensoren auf, mit denen ein bevorstehender Spurwechsel erfaßt werden kann. Der Kontrollalgorithmus des Steuergeräts ermittelt anhand der erfaßten Daten, ob ein Spurwechsel gefahrlos möglich ist, und übermittelt ein entsprechendes Steuersignal oder eine entsprechende Regelabweichung an eine Überlagerungslenkung (4), welche aktiv in die Steuerung des Kraftfahrzeugs (2) eingreift und dadurch gegebenenfalls ein potentiell gefahrenträchtiges Manöver, beispielsweise einen bevorstehenden Spurwechsel, verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Fahrsicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren zur aktiven Steuerung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 7.

Aus der Praxis sind neben passiven Sicherheitssystemen, wie zum Beispiel Airbags und Gurtstraffern, auch eine Reihe aktiver bzw. semiaktiver Sicherheitssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt. Dazu gehören unter anderem Systeme wie ABS, ASR, ESP, EHB, CDC, etc. Hierbei hat sich neben dem ABS vor allem das ESP als besonders hilfreich bei der Verbesserung der aktiven Sicherheit von Kraftfahrzeugen herausgestellt.

So ist es Zweck des ESP, ein Kraftfahrzeug, das beispielsweise bei einer zu schnellen Kurvenfahrt auszubrechen droht, mittels gezielter Bremseingriffe in einzelne Räder zu stabilisieren und somit zu verhindern, dass das Kraftfahrzeug ins Schleudern gerät. Derartige ESP-Systeme sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt.

Problematisch bei diesen Systemen zur Verbesserung der Fahrsicherheit ist jedoch, dass diese nicht dafür ausgelegt sind, aktiv in die Kraftfahrzeuglenkung einzugreifen.

Um der vorstehend beschriebenen Problematik zu begegnen, sind in der Praxis Verfahren und Sicherheitssysteme zum aktiven Eingriff in die Lenkung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen worden.

Bei derartigen Systemen bzw. Verfahren handelt es sich beispielsweise um Überlagerungslenkungen oder sogenannte "steer-by-wire" Systeme. Unter einem "steer-by-wire" System ist im allgemeinen ein System zu verstehen, bei dem ein Lenkbefehl des Fahrers von einem Sensor (z.B. einem Lenkradwinkel- und/oder Drehmomentensensor) erfaßt und von einem Steuergerät ausgewertet wird, um dann elektrisch über einen Aktuator und Lenkgetriebe umgesetzt zu werden, wobei hierbei die Möglichkeit einer variablen Übersetzung in einen Radwinkel besteht. Die direkte mechanische Durchgängigkeit des Lenksystems über eine Lenkwelle ist dabei nicht mehr vorhanden, wodurch sich der vom Fahrer vorgegebene Lenkbefehl in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation verschiedenartig umsetzen läßt.

Mit solchen Verfahren und/oder Systemen, die in der Lage sind, direkt in die Lenkung eines Kraftfahrzeugs einzugreifen, kann erheblich zur Verbesserung der Fahrdynamik, der Fahrsicherheit und des Fahrgefühls beitragen werden, wobei der Eingriff in die Lenkung derart erfolgt, dass ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel bei Bedarf durch einen weiteren Lenkwinkel (Zusatzlenkwinkel) durch einen Aktuator überlagert werden kann. Üblicherweise werden dazu elektrische Aktuatoren verwendet, welche auf ein Überlagerungsgetriebe wirken und den jeweiligen vorzeichenbehafteten Zusatzlenkwinkel unabhängig vom Fahrer einstellen, welche dabei zur Verbesserung der Stabilität und der Agilität des Kraftfahrzeugs dienen.

Ein derartiges Verfahren zum aktiven Eingriff in die Steuerung eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 103 53 247 A1 bekannt. Dabei werden ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel sowie fahrdynamische Größen des Kraftfahrzeugs ermittelt, und der eingeschlagene Lenkwinkel wird, je nach Maßgabe der fahrdynamischen Größen, durch einen weiteren Winkel bzw. Zusatzwinkel überlagert. In Abhängigkeit von mindestens einer fahrdynamischen Größe wird zudem ein Bremsdruck in ein oder mehrere Radbremsen des Kraftfahrzeugs eingesteuert.

Problematisch bei derart bekannten Systemen zum aktiven Eingriff in die Kraftfahrzeugsteuerung ist jedoch, dass durch den unmittelbaren Eingriff in die Kraftfahrzeuglenkung ein unruhigeres Fahrverhalten entstehen kann, was eine Verschlechterung des Fahrkomforts mit sich bringt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Problematik, bekannte aktive Sicherheitssysteme für Kraftfahrzeuge zu verbessern.

Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie verfahrenstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Dabei wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein aktives Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeuglenkung, welche eine Überlagerungslenkung oder ein „steer-by-wire System" aufweist vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug über Nahbereichssensoren und/oder Fahrdynamiksensoren verfügt, und wobei das Sicherheitssystem einen Spurwechselassistenten enthält.

Der Spurwechselassistent weist hierbei erstmals ein Steuergerät mit einem Kontrollalgorithmus auf. Das Steuergerät ist dabei derart ausgelegt, dass der Spurwechselassistent dazu geeignet ist, Sensorinformationen von den Nahbereichssensoren und/oder von den Fahrdynamiksensoren, das eigene Fahrzeug wie auch andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse betreffend, auszuwerten. Dabei ist der Spurwechselassistent bei einer wahrscheinlichen Gefahrensituation erstmals dazu berechtigt, ein gefahrenträchtiges Manöver, wie beispielsweise einen bevorstehenden Spurwechsel, zu verhindern. Hierfür spricht das Steuergerät je nach Fahrsituation und Berechnungsgrößen die Fahrzeuglenkung in Abhängigkeit von einem Auswertungsergebnis des Kontrollalgorithmus über einen Regler mit zusätzlichen Steuersignalen oder Regelabweichungen an.

Zwar sind vorstehend diskutierte, bekannte Spurwechselassistenten in der Lage in die Fahrzeuglenkung unterstützend einzugreifen. Es ist jedoch bislang nicht gelungen, damit korrigierend auf potentiell gefährliche Fahrsituationen einzuwirken, wenn beispielsweise ein Fahrer einen letztlich gefährlichen Überholvorgang einleiten, oder aus einer unübersichtlichen Parklücke unter Gefährdung des vorbei fließenden Verkehrs heraus fahren will, und dabei einen Abstand z.B. eines hinter ihm befindlichen Kraftfahrzeugs falsch einschätzt, oder durch Unachtsamkeit den toten Winkel beim Spurwechsel nicht kontrolliert. Zudem sind derlei bekannte Systeme nicht dazu ausgelegt, bei einem Abbiegevorgang aktiv in die Lenkung des Kraftfahrzeugs einzugreifen, um beispielsweise eine Kollision mit einem herannahenden Radfahrer zu verhindern.

Derartige gefahrenträchtige Situationen sind im alltäglichen Verkehr, insbesondere auf Autobahnen und in Städten jedoch häufig der Fall, wodurch es immer wieder zu Zusammenstößen mit teilweise schweren Verletzungen kommt.

Hier schafft das erfindungsgemäße Sicherheitssystem erstmals Abhilfe. Denn mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem kann erstmals vorteilhaft sichergestellt werden, dass ein Eingreifen des Systems nicht nur bei einem drohenden Ausbrechen oder bei drohender Instabilität des Kraftfahrzeugs erfolgt, wie es beispielsweise bei einem ESP-System der Fall wäre, sondern bei einer Mehrzahl potentieller Gefahrensituationen, wie beispielsweise Überholvorgängen, Abbiegevorgängen oder Ausparkmanövern. Somit ist gewährleistet, dass auch bei alltäglichen Situationen das Sicherheitssystem erforderlichenfalls in die Steuerung des Kraftfahrzeugs eingreifen kann, um kritische Situationen zu verhindern.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass kritische Situationen, wie beispielsweise eine versehentlich unterbliebene Überprüfung des toten Winkels oder eine Fehleinschätzung des Abstands oder der Geschwindigkeit eines anderen Verkehrsteilnehmers durch das Sicherheits system entschärft werden können, da durch die Nahbereichssensoren sowohl der tote Winkel auf der Fahrer- und Beifahrerseite, als auch der vorderseitige und rückseitige Kraftfahrzeugbereich überwacht wird.

Vorteilhafterweise kann zudem ein zu geringer Abstand erkannt werden, wenn beispielsweise bei einem Überholvorgang der in eine rückwärtige Richtung vorhandene Abstand zu einem nachfolgenden Kraftfahrzeug zu gering ist, um ohne Gefährdung für den nachfolgenden Verkehr und das eigene Kraftfahrzeug den Überholvorgang einzuleiten. In diesem Fall erkennt der Spurwechselassistent die Spurwechselabsicht und bewertet die damit verbundene Zusammenstoßgefahr, um bei Nichterfüllung der Spurwechselkriterien den vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel durch einen entsprechenden Kompensationswinkel mit entgegengesetztem Vorzeichen zu korrigieren. Gleichzeitig kann der Spurwechselassistent zudem alle anderen aktiven und/oder semiaktiven Fahrsicherheitssysteme ansteuern, um frühzeitig eine durch den Eingriff des Spurwechselassistenten drohende, mögliche Instabilität oder ein resultierendes, unruhigeres Fahrverhalten beispielsweise durch ESP-Eingriffe, aktive Dämpfer, geregelte Luftfederungen oder entsprechendes Motormanagement auszugleichen bzw. abzufangen.

Während der Korrekturmaßnahmen des Spurwechselassistenten wird dabei weiterhin der vorausfahrende Verkehr durch die Nahbereichssensoren überwacht, um bei einer potentiellen Auffahrgefahr eine entsprechende Verzögerung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch Drehmomentreduktion oder gezielte Bremseingriffe, einzuleiten.

In analoger Weise kann das System auch die mögliche Kollisionsgefahr bei Überholvorgängen mit entgegenkommenden Verkehr ermitteln und auch hier den Überholvorgang entsprechend unterbinden bzw. abbrechen.

Der Fahrer kann hierbei gleichzeitig durch einen akustischen und/oder optischen Hinweis über die Gefahr informiert werden, damit er von sich aus die richtigen Maßnahmen ergreift und die Kontrolle über das Kraftfahrzeug zurückerlangt.

Somit ist das erfindungsgemäße Sicherheitssystem in der Lage, bei einer Mehrzahl potentieller Gefahrensituationen, welche beispielsweise mit einem Abbiegevorgang und/oder Spurwechsel verbunden sind, aktiv in die Steuerung des Kraftfahrzeugs einzugreifen, wodurch leichtere Kollisionen oder gar schwere Unfälle verhindert werden können. Dadurch trägt das Sicherheitssystem zudem aktiv zur Reduzierung der Zusammenstoßopfer bei Verkehrszusammenstößen bei.

Zusätzlich ist es möglich, bereits vorhandene Sicherheitssysteme um das erfindungsgemäße Sicherheitssystem mit dem Spurwechselassistent zu erweitern, um somit die aktive Fahrsicherheit zu erhöhen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So können die Nahbereichssensoren zur Erfassung von Verkehrsdaten in einer bevorzugten Ausführungsform, beispielsweise Lasersensoren, Radarsensoren, Ultraschallsensoren oder dergleichen enthalten. Diese Nahbereichssensoren können dabei permanent die Umgebung, also den vorderen, hinteren, linken und/oder rechten Bereich des Kraftfahrzeugs überwachen. Ferner ist es mit diesen Sensoren möglich, einen Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem und einem anderen Kraftfahrzeug oder anderen Verkehrsteilnehmern und/oder Hindernissen, die sich in der Nähe, also neben, hinter, und/oder vor dem Kraftfahrzeug befinden können, zu erfassen. Damit kann vorteilhaft eine permanente Bewertung der gesamten Verkehrsumgebung des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden, wodurch eine bevorstehende gefahrenträchtige Situation schnell und zuverlässig erkannt, sowie erforderlichenfalls vermieden werden kann.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Nahbereichssensoren in einem vorderen, einem hinteren, einem mittleren und/oder einem seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit vom jeweiligen Kraftfahrzeugtyp angebracht. Beispielsweise können die Sensoren hierbei in den Außenspiegelgehäusen, den Stoßfängern, im Heckscheibenbereich, in einem Bremslichtmodul, etc. angeordnet sein. Dadurch kann vorteilhaft eine vollumfängliche Erfassung der Verkehrsdaten gewährleistet werden, ohne dass ein möglicher Sensorschatten unerwünschte Lücken im Erfassungsbereich bildet.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann der Spurwechselassistent aus den Rohdaten der Nahbereichssensoren beispielsweise die entsprechende Relativgeschwindigkeit des entsprechenden Kraftfahrzeugs bzw. Hindernisses berechnen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, zuverlässige und genaue Daten bezüglich Abstand, Richtung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung/Verzögerung eines anderen Verkehrsteilnehmers zu erhalten. Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn es sich bei dem anderen Verkehrsteilnehmer beispielsweise um einen Zweiradfahrer handelt, da in der Praxis deren Geschwindigkeit und auch die Entfernung häufig falsch eingeschätzt wird, bzw. diese einfach übersehen werden.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann außerdem ein Kraftfahrzeugbussystem vorgesehen sein, das Daten von Fahrdynamiksensoren wie beispielsweise Blinkerschalter, Lenkradwinkelsensor, Gierwinkelsensor, oder dergleichen erhält, wobei der Spurwechselassistent geeignet ist, einen beabsichtigten Spurwechsel mittels der im Kraftfahrzeugbus übermittelten Signale der Fahrdynamiksensoren durch Spurwechselplausibilisierung in einem Softwaremodul zu erkennen. Damit ist es unter anderem vorteilhaft möglich, auf bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Systeme und Daten zur Berechnung der Spurwechselkriterien zurückzugreifen, wodurch zusätzliche Kosten durch eine extra benötigte Sensorik entfallen können. Ferner kann dadurch, dass alle benötigten Sensorinformationen über ein Hochgeschwindigkeitsbussystem, Direktverdrahtungen oder sonstige geeignete Übertragungsmedien dem Spurwechselassistenten zur Verfügung gestellt werden, eine schnelle und zuverlässige Datenübermittlung gewährleistet werden.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Sicherheitssystem mit dem Spurwechselassistenten ferner dazu geeignet sein, einen durch die Fahrdynamiksensoren angezeigten Spurwechsel in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis des Kontrollalgorithmus zuzulassen oder zu unterbinden, wobei der Spurwechselassistent bei einem aktiven Eingreifen in die Kraftfahrzeuglenkung zusätzlich aktive bzw. semiaktive Fahrsicherheitssysteme, wie beispielsweise ESP, CDC, oder derglei chen ansteuern kann. Dadurch kann besonders vorteilhaft gewährleistet werden, dass ein Kraftfahrzeug, das beispielsweise durch einen abrupten Lenkkorrekturvorgang des Spurwechselassistenten in einen instabilen Zustand zu gelangen droht, stabilisiert werden kann, so dass eine mögliche Zusammenstoßgefahr reduziert wird. Zusätzlich kann durch die gleichzeitige Ansteuerung der aktiven bzw. semiaktiven Fahrsicherheitssysteme im Eingriffsfall des Spurwechselassistenten gewährleistet werden, dass ein unruhigeres Fahrverhalten, welches durch den direkten Eingriff in die Kraftfahrzeuglenkung entstehen kann, weitestgehend vermieden wird, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts erreicht werden kann.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird erstmals ein Verfahren gemäß Anspruch 7 zur aktiven Steuerung eines Kraftfahrzeugs durch ein Sicherheitssystem vorgeschlagen.

Hierbei wird in einem ersten Schritt der gesamte umgebende Verkehr des Kraftfahrzeugs durch Nahbereichssensoren, wie beispielsweise Radarsensoren, Lasersensoren, Ultraschallsensoren, oder dergleichen, überwacht, wobei die Sensoren permanent die Umgebung, also den vorderen, hinteren, linken und/oder rechten Seitenbereich des Kraftfahrzeugs überwachen. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerdem ein bevorstehender Spurwechsel durch Spurwechselplausibilisierung in einem Softwaremodul des Spurwechselassistenten erfaßt, wobei die Erfassung des bevorstehenden Spurwechsels mit Hilfe der Signale von Fahrdynamiksensoren wie beispielsweise Blinkerschalter, Lenkradwinkelsensor, Gierwinkelsensor, oder dergleichen erfolgt. In einem weiteren Schritt wertet der Kontrollalgorithmus des Spur wechselassistenten die erfaßten Daten aus. In einem nächsten Schritt steuert das Sicherheitssystem mit dem Spurwechselassistenten in Abhängigkeit von einem Auswertungsergebnis des Kontrollalgorithmus eine Überlagerungslenkung oder ein „steer-by-wire System" über einen Regler mit zusätzlichen Steuersignalen oder Regelabweichungen an.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dabei alle vorstehend im Zusammenhang mit dem aktiven Sicherheitssystem diskutierten Vorteile in synergetischer Weise ungeschmälert erzielt, so dass diesbezüglich auf die vorstehende Diskussion verwiesen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche, wobei die bereits dargestellten Vorteile in analoger Weise erzielt werden.

Das Verfahren kann dabei in einer weiter bevorzugten Ausführungsform in einem nächsten Schritt einen Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug mit Sicherheitssystem und einem anderen Kraftfahrzeug bzw. anderen Verkehrsteilnehmern und/oder Hindernissen, die sich in der Nähe, also neben, hinter und/oder vor dem Kraftfahrzeug mit dem Sicherheitssystem befinden können, erfassen, wobei der Abstand mittels der Nahbereichssensoren erfaßt werden kann. In einem weiteren Schritt kann der Spurwechselassistent eine Relativgeschwindigkeit der jeweiligen Kraftfahrzeuge mit Hilfe des Kontrollalgorithmus berechnen.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren außerdem einen Schritt zur Auswertung der erfaßten Daten enthalten, wobei der erfaßte Abstand mit einem berechneten Mindestsicherheitsabstand verglichen wird. In einem weiteren Schritt kann eine Regelabweichung zum Ansteuern der Überlagerungslenkung oder eines „steer-by-wire Systems" zum aktiven Eingreifen in die Steuerung des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. In einem nachfolgenden Schritt kann in Abhängigkeit von den ermittelten Daten und den durch den Kontrollalgorithmus überprüften Spurwechselkriterien ein Durchlaßsteuersignal generiert werden, das die erzeugte Regelabweichung entweder durchläßt (Steuersignal = 1) oder auf „Null" setzt. Ist der erfaßte Abstand kleiner als der berechnete Mindestsicherheitsabstand, dann kann in einem weiteren Schritt das Durchlaßsteuersignal den Wert „1" annehmen und der Regler generiert eine Stellgröße für die Überlagerungslenkung oder ein „steer-by-wire" System, um den Spurwechsel zu unterbinden. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein nachfolgendes Kraftfahrzeug, das auf einer Überholspur fährt, sich bereits sehr nah am eigenen Kraftfahrzeug befindet. In einem weiteren Schritt kann die Überlagerungslenkung in Abhängigkeit vom Steuersignal der Auswertungseinheit in die Lenkung des Kraftfahrzeugs eingreifen, um dadurch einen zuvor erfaßten, bevorstehenden Spurwechsel zu verhindern.

Ist der Mindestsicherheitsabstand jedoch gewahrt, dann ist das Durchlaßsteuersignal „Null", und der Spurwechselassistent erlaubt den zuvor erfaßten Spurwechsel.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt zur Auswertung der erfaßten Daten durch den Regelalgorithmus enthalten. In einem folgenden Schritt kann eine Überlagerungslenkung oder eine „steer-by-wire System" angesteuert werden, wenn die Differenz zwischen dem erfaßten Abstand und einem geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Abstand kleiner als ein notwendiger, kritischer Abstand ist, oder wenn die Differenz zwischen dem erfaßten Abstand und dem geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Abstand kleiner als ein Produkt eines Absolutwertes der Relativgeschwindigkeit und einer benötigten Spurwechselzeit ist, wobei sich die benötigte Spurwechselzeit aus einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und einem Indikatorwert für das Fahrverhalten des Fahrers (kurz: Fahrlaune) ergibt. Der notwendige Abstand wird dann mit dem tatsächlichen Abstand abzüglich eines geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Mindestabstandes verglichen. Ist der berechnete Abstand dabei kleiner als der für einen sicheren Spurwechsel benötigte, interpretiert der Spurwechselassistent das als eine potentiell bevorstehende Crashsituation und der Spurwechselassistent unterbindet den Spurwechsel, indem er das Durchlaßsteuersignal auf 1 setzt und eine richtungskorrigierende Regelabweichung aufschaltet, die von der Lenkung in einen entsprechenden Radwinkel umgesetzt wird.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren außerdem noch einen Schritt zum Ansteuern zusätzlicher aktiver oder semiaktiver Fahrsicherheitssysteme, wie beispielsweise ESP, CDC, oder dergleichen, bei einem Eingriff des Spurwechselassistenten in die Kraftfahrzeugsteuerung aufweisen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft möglich zu verhindern, dass der Fahrer die Spur wechselt, obwohl beispielsweise der Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen zu gering ist, und/oder die Geschwindigkeit eines nachfolgenden Kraftfahrzeugs größer ist, als der Fahrer diese eingeschätzt hat. Somit ist es besonders vorteilhaft möglich, Verkehrsunfälle, welche durch falsch eingeschätzte Abstände und/oder Geschwindigkeiten entstehen können zu verhindern.

Insbesondere ist es dabei auch in vorteilhafter Weise möglich, dass die im Normalfall ohne jegliche Korrektur verstreichende Schrecksekunde des Fahrers bereits genutzt werden kann, um eine eventuell drohende Kollision abzuwenden.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum aktiven Eingriff in die Kraftfahrzeugsteuerung durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem;
2 ein Ablaufdiagramm zur Erklärung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems; und
3 eine Darstellung der Regelstreckenarchitektur des Spurwechselassistenten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform des Sicherheitssystems der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftfahrzeug 2 in einem Front- und Heckbereich Nahbereichssensoren 3 zur Überwachung des umgebenden Verkehrs auf. Hierbei sind die Nahbereichssensoren 3 Radarsensoren.
Diese Nahbereichssensoren 3 erfassen ständig einen Abstand Δx zwischen dem Kraftfahrzeug 2, welches die Sensoren 3 aufweist und einem anderen, beispielsweise nachfolgenden Kraftfahrzeug 1. Zusätzlich berechnet das Steuergerät eine Geschwindigkeit V1 des Kraftfahrzeugs 1.
Ein Steuergerät, welches im Kraftfahrzeug 2 mit dem Sicherheitssystem, das die Sensoren aufweist, vorgesehen ist, analysiert die erhaltenen Abstandsdaten der Nahbereichssensoren und die Kraftfahrzeugdaten der Fahrdynamiksensoren, und berechnet die Größen der Auslösekriterien. Wird dabei der berechnete Mindestsicherheitsabstand Δx_limit oder der geschwindigkeitsabhängige, dynamische Sicherheitsabstand Δx_{limit, dynamisch} unterschritten, welche für ein sicheres Überholmanöver eines langsamer fahrenden Kraftfahrzeugs 5 oder ein sicheres Spurwechselmanöver notwendig sind, dann verhindert der Spurwechselassistent das bevorstehende Spurwechselmanöver, solange diese kritische Situation gegeben ist. Der dabei vor dem Manöver eingeschlagene Lenkradwinkel wird dann als Führungsgröße genommen und beibehalten, ein Lenken zur von der Gefahr abgewandten Seite hin ist weiterhin möglich.
Der Ablauf des aktiven Lenkungseingriffs des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeug ist in 2 nochmals detailliert dargestellt.
Hierbei werden durch die Sensoren des Sicherheitssystems zunächst permanent Verkehrsdaten erfaßt. Wird ein Hindernis, beispielsweise ein nachfolgendes Kraftfahrzeug 1, in der Umgebung des mit dem Sicherheitssystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs 2 erkannt, so wird in einem nächsten Schritt durch die Sensoren 3 der Abstand Δx, und durch das Steuergerät des Sicherheitssystem die Relativgeschwindigkeit v_relativ des Kraftfahrzeugs 1 als Ableitung des Abstands nach der Zeit dΔx/dt ermittelt. Wird kein Hindernis erfaßt, so setzt das Sicherheitssystem die Erfassung der Verkehrsdaten fort.
Wird in einem weiteren Schritt vom Fahrer des mit dem Sicherheitssystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs 2 ein Spurwechsel angezeigt, vergleicht das Steuergerät mit Hilfe der ermittelten Sensordaten den tatsächlichen Abstand Δx mit dem berechneten notwendigen Abstand Δx_limit. Wird dieser Abstand unterschritten, greift das Sicherheitssystem in die Steuerung des Kraftfahrzeugs ein und verhindert einen Spurwechsel. Wird der Abstand nicht unterschritten und ist außerdem die Relativgeschwindigkeit v_relativ, also die Differenz einer Geschwindigkeit V1 des nachfolgenden Kraftfahrzeugs und einer Geschwindigkeit V2 des eigenen Kraftfahrzeugs positiv, d.h. der Abstand zwischen den Kraftfahrzeugen 1, 2 nimmt zu, besteht kein Eingriffsgrund in die Steuerung des Kraftfahrzeugs durch das Sicherheitssystem, und das Sicherheitssystem fährt mit der Erfassung der Verkehrsdaten fort.
Ist die Relativgeschwindigkeit v_relativ jedoch negativ, d.h. der Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen 1, 2 nimmt ab, dann ermittelt das Sicherheitssystem, ob die Differenz zwischen dem erfaßten Abstand Δx und einem geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Mindestabstand Δx_{limit, dynamisch} kleiner als das Produkt eines Absolutwerts der Relativgeschwindigkeit abs(v_relativ) und einer benötigten Spurwechselzeit t₂ ist, wobei sich die benötigte Spurwechselzeit t₂ aus der Geschwindigkeit V₂ des Kraftfahrzeugs 2 und der Fahrlaune des Fahrers errechnet. Ist die Differenz kleiner als das Produkt, dann wird das Durchlaßsteuersignal auf 1 gesetzt, und die Kraftfahrzeuglenkung wird angesteuert, um einen Spurwechsel zu verhindern. Ist die Differenz jedoch größer als das Produkt, ist ein Eingreifen des Sicherheitssystems in die Kraftfahrzeuglenkung nicht notwendig, und der Spurwechsel ist möglich.
Bei dem hier beispielhaft Diskutierten kommen bei der Überprüfung von Auslöse- oder Abbruchkriterien in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Situation folgende Regelkriterien zur Anwendung: Δx ≤ ΔxLimit
Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, ist ein Spurwechsel nicht möglich, der Spurwechselassistent greift in die Fahrzeuglenkung 4 ein.
Sind hingegen nachfolgende Kriterien Δx > ΔxLimit
erfüllt, bedeutet das, dass der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen 1, 2 zunimmt. Somit ist ein Spurwechsel möglich, der Spurwechselassistent greift nicht in die Fahrzeuglenkung 4 ein.
Bei Erfüllung der Kriterien
bzw. Δx – ΔxLimit, dynamisch ≤ Δxkritisch = abs(vrelativ)·t2(v2, Fahrlaune)ist kein Spurwechsel möglich, da der geschwindigkeitsabhängige, dynamische Abstand zwischen den Fahrzeugen 1, 2 abnimmt. Ein Eingreifen des Spurwechselassistenten wird veranlaßt.
Ist hingegen –ΔxLimit, dynamisch > Δxkritisch so ist ein Spurwechsel problemlos möglich, und ein Eingriff des Spurwechselassistenten erfolgt nicht.
3 zeigt zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Spurwechselassistenten die Regelstreckenarchitektur, mittels welcher der Spurwechselassistent in ein Kraftfahrzeuglenksystem integriert wird.
Neben den erläuterten Ausführungsformen läßt die Erfindung noch weitere Gestaltungsansätze zu.
So ist es denkbar, dass der Kontrollalgorithmus des Spurwechselassistenten nicht nur in einem eigenen Steuergerät oder bei einer Auswertungseinheit untergebracht wird, sondern alternativ als Softwaremodul z.B. im ESP- oder Lenkungssteuergerät mit integriert ist.
Ferner ist es auch denkbar, dass die zur Anwendung kommenden Nahbereichssensoren statt Radarsensoren z.B. alternativ Ultraschallsensoren, Lasersensoren, Hallsensoren, optische Systeme oder ähnliche Sensoren sind. Insbesondere ist es hierbei möglich, dass optische Systeme mit bildverarbeitenden Auswertungseinheiten zur Überwachung der Kraftfahrzeugumgebung zur Anwendung kommen. Ferner ist denkbar, dass die verwendeten Nahbereichssensoren lediglich an den Ecken des Kraftfahrzeugs angebracht sind.
Eine weitere denkbare Alternative des aktiven Sicherheitssystems sieht vor, dass keine Fahrdynamiksensoren oder nur eine reduzierte Anzahl derartiger Sensoren zur Erfassung eines bevorstehenden Spurwechsels zur Anwendung kommen.
Auch andere Bussignale (z.B. ESP-/ABS-/Lenkungsaktiv-Flags), die beispielsweise vom ESP über einen Highspeed-Bus ohnehin zur Verfügung stehen und über den Fahrzustand Auskunft geben, können vom Spurwechselassistenten zur Bewertung der Fahrsituation herangezogen werden.
Ferner ist es denkbar, die Auswertungseinheit mit Software mit den Fahrdynamiksensoren als eine Einheit mit lokaler Intelligenz zusammenzufassen.
Weiterhin ist es denkbar, die Zuverlässigkeit der Detektierung von möglichen Hindernissen durch die Verwendung von Sende- und Empfangseinheiten zur aktiven Signalübertragung zwischen einzelnen Kraftfahrzeugen zu erhöhen. Hierbei können alternativ auch Kraftfahrzeuge mit Sendeeinheiten und Transpondern ausgestattet sein.

1: Kraftfahrzeug 1
2: Kraftfahrzeug 2
3: Nahbereichssensoren
4: Überlagerungslenkung
5: Kraftfahrzeug 3
V1: Geschwindigkeit von Kraftfahrzeug 1
V2: Geschwindigkeit von Kraftfahrzeug 2
Δx: Abstand zwischen Kraftfahrzeug 1 und
: Kraftfahrzeug 2
Δx_limit: Mindestsicherheitsabstand
Δx_kritisch: kritischer Abstand
v_relativ: Relativgeschwindigkeit (V1 – V2)
Δx_{limit, dynamisch}: geschwindikeitsabhängiger Mindestab
: stand
t₂: Spurwechselzeit
Fahrlaune: Indikationswert für Fahrverhalten des
: Fahrers

Claims

Aktives Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeuglenkung, welche eine Überlagerungslenkung oder ein „steer-by-wire System aufweist, wobei das Kraftfahrzeug über Nahbereichssensoren und/oder Fahrdynamiksensoren verfügt, und wobei das Sicherheitssystem einen Spurwechselassistenten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselassistent ein Steuergerät mit einem Kontrollalgorithmus aufweist, derart, dass der Spurwechselassistent dazu geeignet ist, Sensorinformationen von den Nahbereichssensoren (3) und/oder von den Fahrdynamiksensoren, das eigene Fahrzeug (2) wie auch andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse betreffend, auszuwerten, und dass der Spurwechselassistent bei einer wahrscheinlichen Gefahrensituation dazu berechtigt ist ein gefahrenträchtiges Manöver, wie beispielsweise einen bevorstehenden Spurwechsel, zu verhindern, und wobei das Steuergerät je nach Fahrsituation und Berechnungsgrößen die Fahrzeuglenkung (4) in Abhängigkeit von einem Auswertungsergebnis des Kontrollalgorithmus über einen Regler mit zusätzlichen Steuersignalen oder Regelabweichungen anspricht.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahbereichssensoren (3) beispielsweise Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Lasersensoren, oder dergleichen sind, wobei diese Nahbereichssensoren (3) permanent die Umgebung des Kraftfahrzeugs (2) überwachen, und wobei die Nahbe reichssensoren einen Abstand (Δx) zwischen dem Kraftfahrzeug (2) und einem anderen Kraftfahrzeug (1, 5) oder anderen Verkehrsteilnehmern und/oder Hindernissen, die sich in der Nähe des Kraftfahrzeugs (2) befinden erfassen.
Sicherheitssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahbereichssensoren (3) in einem vorderen, hinteren und/oder seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs (2) angeordnet sind.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselassistent dazu geeignet ist, aus den erfaßten Daten der Nahbereichssensoren (3) eine Relativgeschwindigkeit (v_relativ) der jeweiligen Kraftfahrzeuge (1, 2) und/oder Hindernisse zu berechnen.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftfahrzeugbussystem vorgesehen ist, das Daten von Fahrdynamiksensoren, wie beispielsweise Blinkerschalter, Lenkradwinkelsensor, Gierwinkelsensor, oder dergleichen, erhält, wobei der Spurwechselassistent geeignet ist, einen beabsichtigten Spurwechsel mittels der im Kraftfahrzeugbus übertragenen Signale der Fahrdynamiksensoren durch Spurwechselplausibilisierung in einem Softwaremodul zu erkennen.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselassistent dazu geeignet ist, einen durch die Fahrdynamiksensoren angezeigten Spurwechsel in Abhängigkeit vom Auswertungsergebniss des Kontrollalgorithmus zuzulassen oder zu unterbinden, wobei der Spurwechselassistent bei einem aktiven Eingreifen in die Kraftfahrzeuglenkung zusätzlich aktive bzw. semiaktive Fahrsicherheitssysteme, wie beispielsweise ESP, CDC, oder dergleichen ansteuern kann.
Verfahren zur aktiven Steuerung eines Kraftfahrzeugs durch ein aktives Sicherheitssystem nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: Überwachen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (2), wobei Nahbereichssensoren (3) wie beispielsweise Radarsensoren, Lasersensoren, Ultraschallsensoren, oder dergleichen, permanent den vorderen, hinteren, linken und/oder rechten Bereich des Kraftfahrzeugs (2) überwachen; Erfassen eines bevorstehenden Manövers, beispielsweise eines Spurwechsels durch Spurwechselplausibilisierung, wobei die Spurwechselplausibilisierung in einem Softwaremodul des Spurwechselassistenten mit Hilfe der Signale von Fahrdynamiksensoren wie beispielsweise Blinkerschalter, Lenkradwinkelsensor, Gierwinkelsensor, oder dergleichen erfolgt; Auswertung der erfaßten Daten durch einen Kontrollalgorithmus; und Ansteuern einer eine Überlagerungslenkung oder ein „steer-by-wire Systems" aufweisenden Fahrzeuglenkung (4) zum aktiven Eingreifen in die Steuerung des Kraftfahrzeugs (2) in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis des Kontrollalgorithmus.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit den Schritten: Erfassen eines Abstands (Δx) zwischen dem Kraftfahrzeug mit dem aktiven Sicherheitssystem (2) und einem anderen Kraftfahrzeug (1, 5) oder anderen Verkehrsteilnehmern und/oder Hindernissen, die sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs (2) befinden durch die Nahbereichssensoren (3); Berechnen einer Relativgeschwindigkeit (v_relativ) der beiden Kraftfahrzeuge durch den Kontrollalgorithmus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner mit den Schritten: Auswerten der erfaßten Daten, wobei der erfaßte Abstand (Δx) mit einem berechneten Mindestsicherheitsabstand (Δx_limit) verglichen wird; Erzeugen einer Regelabweichung zum Ansteuern der Überlagerungslenkung oder des „steer-by-wire Systems" zum aktiven Eingreifen in die Steuerung (4) des Kraftfahrzeugs (2); Generieren eines Durchlaßsteuersignals, wobei das Durchlaßsteuersignal die erzeugte Regelabweichung entweder durchläßt (Steuersignal = 1), oder auf Null setzt; Generieren einer Stellgröße für die Überlagerungslenkung oder das „steer-by-wire Systems" zum aktiven Eingreifen in die Steuerung (4) des Kraftfahrzeugs (2), wenn der erfaßte Abstand Δx kleiner als der berechnete Mindestsicherheitsabstand (Δx_limit) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner mit den Schritten: Auswerten der erfaßten Daten durch den Regelalgorithmus des Spurwechselassistenten; Setzen des Durchlaßsteuersignals auf 1 und Ansteuern der Überlagerungslenkung oder des „steer-by-wire Systems" zum aktiven Eingreifen in die Steuerung (4) des Kraftfahrzeugs (2), wenn die Differenz zwischen dem erfaßten Abstand (Δx) und einem geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Mindestabstand (Δx_{limit, dynamisch}) kleiner als ein notwendiger, kritischer Abstand (Δx_kritisch) ist, oder wenn die Differenz zwischen dem erfaßten Abstand (Δx) und dem geschwindigkeitsabhängigen, dynamischen Mindestabstand (Δx_{limit, dynamisch}) kleiner als ein Produkt eines Absolutwerts der Relativgeschwindigkeit (abs(v_relativ)) und einer benötigten Spurwechselzeit (t₂) ist, wobei sich die benötigte Spurwechselzeit (t₂) aus einer Geschwindigkeit (v₂) des Kraftfahrzeugs (2) und einem Indikationswert für das Fahrverhalten des Fahrers (Fahrlaune) errechnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner mit dem Schritt: Ansteuern zusätzlicher aktiver oder semiaktiver Fahrsicherheitssysteme, wie beispielsweise ESP, CDC, oder dergleichen, bei einem Eingriff des Spurwechselassistenten in die Kraftfahrzeugsteuerung.