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Die
Erfindung betrifft einen Spurhalteassistenten für ein Fahrzeug mit einer Kopplung
zwischen einem Lenkrad und wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad,
durch die eine an dem Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung in eine
Lenkwinkeländerung des
wenigstens einen gelenkten Fahrzeugrades umgesetzt wird, und mit
einer Spurerkennungseinrichtung zur Detektion eines unbeabsichtigten
Verlassens der Fahrspur.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine spurhaltungsgeregelte Lenkung für ein Fahrzeug
mit einem Lenkrad und wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad, einem
Lenkradwinkelsensor zum Bestimmen einer Winkelstellung des Lenkrades
einem Lenkradantrieb zum Aufbringen einer Drehbewegung an dem Lenkrad.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs.
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Spurhalteassistenten
warnen den Fahrer eines Fahrzeugs vor dem unbewussten Verlassen
der Fahrspur, damit er sein Fahrzeug durch aktiven Lenkeingriff
wieder in die Fahrspur zurückführen kann. Bekannte
Spurhalteassistenten warnen den Fahrer üblicherweise über eine
haptische Wahrnehmung. Beispielsweise wird der Fahrer durch ein
Rütteln
im Sitz des Fahrers darauf aufmerksam gemacht, dass er dabei ist,
mit seinem Fahrzeug die Fahrspur zu verlassen. Das Rütteln erfolgt
auf derjenigen Seite des Sitzes, zu der das Fahrzeug die Fahrspur
zu verlassen droht. Bei einem anderen System erfolgt die Warnung
durch ein Vibrieren des Lenkrades.
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Bei
den bekannten Spurhalteassistenten müssen die auf den Fahrer wirkenden
haptischen Reize zunächst
bewusst wahrgenommen, verarbeitet und interpretiert werden. Die
Bedeutung dieser haptischen Reize und die erforderliche Reaktion
müssen vom
Fahrer zunächst
erlernt werden. Damit benötigen
bekannte Spurhalteassistenten zunächst eine gewisse Lernphase
des Fahrers, bevor die richtige Reaktion auf die haptischen Reize
erfolgen kann. Zudem vergeht auch nach der Lernphase eine gewisse Zeit
zwischen der Warnung und der Reaktion des Fahrers, wodurch sich
die Gefahr erhöht,
dass ein gezielter Lenkeingriff zu spät erfolgt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Spurhalteassistenten bereitzustellen, insbesondere einen Spurhalteassistenten,
der eine schnelle Reaktion auf die Warnung ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein verbessertes spurhaltungsgeregeltes Lenksystem
sowie ein verbessertes Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
einen gattungsgemäßen Spurhalteassistenten gelöst, der
gekennzeichnet ist durch eine Steuereinheit, die eingerichtet ist,
an dem Lenkrad eine Drehbewegung in Richtung der Spurabweichung
aufzubringen und das Lenkrad in seine Winkelstellung vor der Drehbewegung
zurückzustellen,
wenn die Spurerkennungseinrichtung ein unbeabsichtigtes Verlassen
der Fahrspur detektiert.
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Die
Warnung des Fahrers erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Spurhaltesassistenten
durch einen Drehbewegung des Lenkrades in Richtung der Spurabweichung
mit unmittelbar folgender Rückstellung
des Lenkrades, also ruckartig. Der Ruck erfolgt dabei so schnell
und intensiv, dass beim Fahrer eine reflexartige Handlung ausgelöst wird.
Dieser natürliche
Reflex führt
automatisch zu der gewünschten Reaktion
des Gegenlenkens, ohne dass der Fahrer die Warnung zunächst direkt
wahrnehmen und interpretieren müsste.
Hierdurch wird die Zeitspanne zwischen Reizaufnahme, Reizverarbeitung,
Reaktionsvorbereitung und Reaktionsausführung wesentlich verkürzt und
ein rechtzeitiges Gegenlenken auch bei schnell erfolgendem Verlassen
der Fahrspur, beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten, in Kurven oder
bei starken Lenkbewegungen, ermöglicht,
wodurch folgenschwere Verkehrsunfälle vermieden werden. Damit
trägt der
erfindungsgemäße Spurhalteassistent
zu einer Erhöhung
der Verkehrssicherheit bei.
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Um
zu vermeiden, dass die von der Steuereinheit an dem Lenkrad aufgebrachte
Drehbewegung in Richtung der Spurabweichung aufgrund der Kopplung
auf die Fahrzeugräder
umgesetzt wird und die Spurabweichung vergrößert, kann das Steuergerät eingerichtet
sein, die Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem wenigstens einen
Fahrzeugrad aufzuheben, an dem Lenkrad eine Drehbewegung in Richtung
der Spurabweichung aufzubringen, das Lenkrad in seine Winkelstellung
vor der Entkopplung zurückzustellen
und die Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem wenigstens einen Fahrzeugrad wiederherzustellen,
wenn die Spurerkennungseinrichtung ein unbeabsichtigtes Verlassen
der Fahrspur detektiert. Diese Ausführungsform bietet sich besonders
bei höheren
Geschwindigkeiten oder einer großen Spurabweichung an, wenn
an den Fahrzeugrädern
keine zusätzliche
Spurabweichung hervorgerufen werden darf.
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Ein
gezielter Ruck am Lenkrad ist erfindungsgemäß dadurch erreichbar, dass
die durch die Steuereinheit an dem Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung
impulsförmig
erfolgt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Spurhalteassistenten
erfolgt das Zurückführen des
Fahrzeugs in die Fahrspur durch einen aktiven Lenkeingriff des Fahrers.
Um zu gewährleisten,
dass der gesamte Lenkeingriff des Fahrers in das Zurückführen des Fahrzeugs
in die Fahrspur umgesetzt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Entkopplung, das Aufbringen der Drehbewegung an dem Lenkrad, die
Rückstellung
der Winkelstellung des Lenkrades und die Wiederherstellung der Kopplung
an die Auslösezeit
für reflexbedingte
Handlungen von Menschen angepasst ist.
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Ein
besonders wirkungsvoller aktiver Lenkeingriff des Fahrers ist dadurch
erreichbar, dass die Größe der an
dem Lenkrad aufgebrachten Drehbewegung in Abhängigkeit von der Stärke der
Spurabweichung erfolgt. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Stärke einer
Reflexhandlung eines Menschen von der Stärke des diese Reflexhandlung
auslösenden Reizes
abhängig
ist.
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Der
erfindungsgemäße Spurhalteassistent lässt sich
bei einer Steer-by-Wire-Lenkung
besonders einfach einsetzen, wenn die Kopplung eine elektronische
Kopplung ist. Bei einer Steer-by-Wire-Lenkung wird eine Drehbewegung
des Lenkrades in ein elektrisches Signal umgewandelt und mit diesem
ein Antrieb, beispielsweise ein Servomotor oder Stellmotor, angesteuert,
der eine Lenkwinkeländerung
des Fahrzeugrades bzw. der Fahrzeugräder bewirkt.
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Ist
das Fahrzeug mit einer mechanischen Lenkung ausgestattet, bei der
eine Drehbewegung des Lenkrades mechanisch in eine Lenkwinkeländerung
des Fahrzeugrades bzw. der Fahrzeugräder umgesetzt wird, kann die
für den
erfindungsgemäßen Spurhalteassistenten
erforderliche Kopplung besonders einfach durch eine mechanische
Kopplung realisiert werden. Beispielsweise kann die mechanische Kopplung
auf Reibschluss oder Formschluss beruhen. Vorzugsweise wird die
mechanische Kopplung elektronisch gesteuert, das heißt die Kopplung
bzw. Entkopplung wird durch ein elektronisches Signal ausgelöst.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
ferner durch eine gattungsgemäße spurhaltungsgeregelte
Lenkung für
ein Fahrzeug gelöst,
die gekennzeichnet ist durch einen Spurhalterassistenten nach einem
der Ansprüche
1 bis 9.
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Die
erfindungsgemäße spurhaltungsgeregelte
Lenkung weist dieselben Vorteile auf wie der erfindungsgemäße Spurhalteassistent,
insbesondere trägt
sie zu einer Erhöhung
der Sicherheit des Straßenverkehrs
bei.
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In
einer Ausführungsform
ist die spurhaltungsgeregelte Lenkung gekennzeichnet durch wenigsten
einen Fahreigenschaftssensor. Durch den wenigstens einen Fahr eigenschaftssensor
können Fahreigenschaften
von den Fahrzeugrädern über die Lenkradsteuerung
an das Lenkrad und somit an den Fahrer weitergegeben werden. Der
Fahrer erhält
dadurch ein Lenkgefühl
für das
Fahrzeug, das den tatsächlichen
Fahreigenschaften des Fahrzeugs entspricht und kann sein Fahrverhalten
an die tatsächlichen
Fahreigenschaften des Fahrzeugs anpassen. Zweckmäßig sind Fahreigenschaftssensoren
zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Laufradwinkelstellung,
der Fahrzeugradneigung und der Haftung des Fahrzeugrades bzw. der
Fahrzeugräder auf
der befahrenen Oberfläche.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
ferner gelöst
durch ein Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs, das eine Lenkung
aufweist, die aufgrund einer Kopplung zwischen einem Lenkrad und
wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad eine an dem Lenkrad aufgebrachte
Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung
des wenigstens einen gelenkten Fahrzeugrades umsetzt, an dem Lenkrad
eine Drehbewegung in Richtung der Spurabweichung aufgebracht und
das Lenkrad in seine Winkelstellung vor der Drehbewegung zurückgestellt
wird, wenn ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur detektiert wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
nutzt wie der erfindungsgemäße Spurhalteassistent
und die erfindungsgemäße spurhaltungsgeregelte
Lenkung eine reflexbedingte Handlung des Fahrers aufgrund eines
gezielten Rucks am Lenkrad aus. Die Reizaufnahme, Reizverarbeitung,
Reaktionsvorbereitung und Reaktionsausführung erfolgen in einer wesentlich
kürzeren
Zeitspanne als bei herkömmlichen
Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs, da ein Erlernen und bewusstes
Verarbeiten der Bedeutung des Warnsignals entfällt. Damit trägt auch
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Erhöhung
der Sicherheit des Straßenverkehrs
bei.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem wenigstens
einen Fahrzeugrad aufgehoben, an dem Lenkrad eine Drehbewegung in
Richtung der Spurabweichung aufgebracht, das Lenkrad in seine Winkelstellung
vor der Entkopplung zurückgestellt
und die Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem wenigstens einen Fahrzeugrad
wiederhergestellt wird, wenn ein unbeabsichtigtes Verlassen der
Fahrspur detektiert wird. Diese Ausführungsform gewährleis tet eine
sichere Spurkorrektur auch bei höheren
Geschwindigkeiten oder größeren Spurabweichungen, insbesondere
wenn keine zusätzliche
Spurabweichung möglich
ist.
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Ein
gezielter Ruck am Lenkrad lässt
sich erfindungsgemäß dadurch
erreichen, dass die durch die Steuereinheit an dem Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung
impulsförmig
erfolgt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der gesamte Lenkeingriff des Fahrers in das Zurückführen des
Fahrzeugs in die Fahrspur umgesetzt, wenn das Entkoppeln, Aufbringen
der Drehbewegung an dem Lenkrad, Rückstellen der Winkelstellung
des Lenkrades und Wiederherstellen der Kopplung an die Auslösezeit für reflexbedingte
Handlungen von Menschen angepasst ist.
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Ein
besonders wirkungsvoller aktiver Lenkeingriff des Fahrers ist dadurch
erreichbar, dass die Größe der an
dem Lenkrad aufgebrachten Drehbewegung in Abhängigkeit von der Stärke der
Spurabweichung erfolgt.
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Lernprozesse
wie Habituation sind aufgrund der regelmäßig eher seltenen Auslösung des
Systems nicht zu erwarten. Eine eventuell auftretende Sensibilisierung
des reflektorischen Verhaltens kann durch entsprechende Abstufung
des auslösenden
Signals kompensiert werden.
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Zweckmäßig löst der Spurhalteassistent,
die spurhaltungsgeregelte Lenkung oder das Verfahren gemäß der Erfindung
dann keine reflexartige Handlung des Fahrers aus, wenn dieser einen
Richtungsanzeiger setzt und damit anzeigt, dass das Verlassen der
Fahrspur bewusst vorgenommen wird. Zweckmäßig wird auch dann keine reflexartige
Handlung des Fahrers ausgelöst,
wenn die Spur des Fahrzeugs nicht eindeutig erkannt wird, also nicht
ermittelbar ist, ob eine unbewusste Spurabweichung des Fahrzeugs gegeben
ist.
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Die
Erfindung wird anhand der in den folgenden Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – ein Flussdiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 – eine schematische
Darstellung einer spurhaltungsgeregelten Lenkung gemäß der Erfindung.
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In 1 wird
im Block 1 geprüft,
ob eine unbewusste Spurabweichung des Fahrzeugs vorliegt. Wenn dies
nicht der Fall ist, werden keine Maßnahmen für eine Kurskorrektur eingeleitet 2.
Wird eine unbewusste Spurabweichung des Fahrzeugs festgestellt 3,
werden im Block 4 die Drehbewegungen des Lenkrades von
den Lenkwinkeländerungen
der Fahrzeugräder
entkoppelt. In Block 5 erfolgt eine ruckartige Drehbewegung
des Lenkrades in Richtung der ermittelten Spurabweichung und in
Abhängigkeit
von der Größe der Spurabweichung.
Aufgrund der ruckartigen Drehbewegung des Lenkrades wird beim Fahrer
des Fahrzeugs ein Reiz ausgelöst 6.
Im Block 7 wird das Lenkrad in diejenige Winkelstellung
zurückgestellt,
in der es sich vor der ruckartigen Drehbewegung befand. Aufgrund
der Entkopplung der Drehbewegungen des Lenkrades von den Lenkwinkeländerungen
der Fahrzeugräder
erfolgt die gesamte ruckartige Drehbewegung des Lenkrades, also
die Änderung
der Winkelstellung des Lenkrades, sowie die Rückstellung des Lenkrades in
die Winkelstellung vor der Entkopplung ohne Auswirkungen auf die Fahrzeugradradstellung.
Im Block 8 wird die Kopplung zwischen den Drehbewegungen
des Lenkrades von den Lenkwinkeländerungen
der Fahrzeugräder wieder
hergestellt, sodass eine Drehbewegung des Lenkrades eine entsprechende
Lenkwinkeländerung der
Fahrzeugräder
auslöst.
Die Zeitspanne zwischen Entkopplung und Kopplung ist so dimensioniert,
dass die Reaktion des Fahrers 9 nach der Wiederherstellung
der Kopplung erfolgt.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße spurhaltungsgeregelte
Lenkung 10 für
ein Fahrzeug dargestellt.
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Die
Lenkung weist ein Lenkrad 11 auf, dessen Winkelstellung
bezogen auf eine Ausgangsstellung, beispielsweise die Fahrzeuglängsachse,
mittels eines Lenkradwinkel sensors 12 gemessen wird. Die gemessene
Winkelstellung des Lenkrades 11 wird an eine Steuereinheit 13 weitergeleitet.
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Die
Winkelstellung des Lenkrades 11 stellt bei normaler Fahrt
ohne unbewusster Spurabweichung einen Sollwert für eine Regelung der Lenkwinkel
der Fahrzeugräder 14 dar.
Für diese
Regelung wird der Lenkwinkel der Fahrzeugräder 14 mittels eines
Fahrzeugradwinkelsensors 15 bestimmt. Dieser Lenkwinkel
wird als Istwert für
die an die Steuereinheit 13 weitergegeben. Die Steuereinheit 13 vergleicht
den Istwert von dem Fahrzeugradwinkelsensor 15 mit dem
Sollwert von dem Lenkradwinkelsensor 12. In Abhängigkeit
von der Differenz zwischen Sollwert und Istwert wird von der Steuereinheit
ein Fahrzeugradantrieb 16 angesteuert. Der Fahrzeugradantrieb 16 kann
beispielsweise durch den Stell- oder Servomotor einer üblichen
Servolenkung realisiert sein. Über
ein Lenkgetriebe 17 werden die Fahrzeugräder 14 in
ihrem Lenkwinkel verändert.
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Die
spurhaltungsgeregelte Lenkung 10 weist zusätzlich Fahreigenschaftssensoren 18 auf,
die die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs und die Neigung der
Fahrzeugräder
quer zur Fahrtrichtung bestimmen. Die gemessenen Fahreigenschaften werden
an die Steuereinheit 13 weitergeleitet. In Abhängigkeit
der gemessenen Fahreigenschaften steuert die Steuereinheit 13 einen
Lenkradantrieb 19 an, der ein geeignetes Drehmoment auf
das Lenkrad 11 ausübt.
Auf diese Weise ist es möglich,
dem Fahrer des Fahrzeugs ein Lenkgefühl zu geben, das den wirklichen
Fahreigenschaften entspricht.
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Wird
von einer Spurerkennungseinrichtung, die in dem Steuergerät 13 integriert
und nicht gesondert dargestellt ist, eine unbewusste Spurabweichung
des Fahrzeugs detektiert, entkoppelt die Steuereinheit 13 die
Drehbewegung des Lenkrades 11 von der Lenkwinkeländerung
der Fahrzeugräder 14. Aufgrund
dieser Entkopplung wird die Regelung der Fahrzeugräder 14 mit
der Sollgröße aus dem
Lenkradwinkelsensor 12 unterbrochen. Die Fahrzeugräder 14 werden
jetzt nicht mehr von dem Lenkrad 11 beeinflusst.
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Die
Steuereinheit 13 generiert oder entnimmt aus einem Speicher
ein Signal bzw. eine Signalfolge, mit der der Lenkradantrieb 19 angesteuert
wird. Diese Ansteuerung führt
zu einer ruckartigen Drehbewegung des Lenkrades 11. Die
Drehbewegung des Lenkrades 11 erfolgt in derselben Richtung
wie die detektierte Spurabweichung. Die Größe der Drehbewegung des Lenkrades 11 hängt von
der Größer der Spurabweichung
ab. Wird nur eine geringe Spurabweichung gemessen, wird an dem Lenkrad 11 nur eine
entsprechend geringe Drehbewegung aufgebracht. Wird eine größere Spurabweichung
detektiert, wird an dem Lenkrad 11 eine größere Drehbewegung
aufgebracht. Auch die Geschwindigkeit der Spurabweichung kann in
der Drehbewegung des Lenkrades 11 berücksichtigt werden. Erfolgt
die Spurabweichung sehr schnell, wird auch die Drehbewegung in einer
kürzeren
Zeit an dem Lenkrad 11 aufgebracht, als wenn die Spurabweichung
langsam erfolgt.
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Unmittelbar
nach der ruckartigen Drehbewegung des Lenkrades 11 wird
das Lenkrad 11, immer noch im entkoppelten Zustand, wieder
in die Winkelstellung zurückgestellt,
in der es sich vor der Entkopplung befunden hat. Erst jetzt wird
die Kopplung zwischen der Drehbewegung des Lenkrades 11 und der
Lenkwinkeländerung
der Fahrzeugräder 14 wiederhergestellt.
Erfolgt jetzt eine Kurskorrektur durch den Fahrer, wird diese unmittelbar
auf die Fahrzeugräder 14 übertragen
und das Fahrzeug wieder in die Fahrspur zurückgeführt.