DE102006043122B4

DE102006043122B4 - Spurhalteassistent und Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102006043122B4
Application number: DE200610043122
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Ehrenpfordt Ingmar; Prof.-Dr. Eggert Frank
Original assignee: TECH UNI BRAUNSCHWEIG CAROLO WILHELMINA; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Technische Universitaet Braunschweig
Current assignee: TECH UNI BRAUNSCHWEIG CAROLO WILHELMINA; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Technische Universitaet Braunschweig
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: DE102006043122A1

Abstract

Spurhalteassistent für ein Fahrzeug
– mit einer Kopplung zwischen einem Lenkrad (11) und wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad (14), durch die eine an dem Lenkrad (11) aufgebrachte Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung des wenigstens einen gelenkten Fahrzeugrades (14) umgesetzt wird, und
– mit einer Spurerkennungseinrichtung zur Detektion eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur, und
– mit einer Steuereinheit (13), die eingerichtet ist, an dem Lenkrad (11) eine Drehbewegung aufzubringen und das Lenkrad (11) in seine Winkelstellung vor der Drehbewegung zurückzustellen, wenn die Spurerkennungseinrichtung ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur detektiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (13) eingerichtet ist,
– die Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einen Fahrzeugrad (14) aufzuheben,
– an dem Lenkrad (11) eine Drehbewegung in Richtung der Spurabweichung aufzubringen, das Lenkrad (11) in seine Winkelstellung vor der Entkopplung zurückzustellen und
– die Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einen...

Description

Die Erfindung betrifft einen Spurhalteassistenten für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs.
Spurhalteassistenten sind beispielsweise aus der EP 1 459 961 A2 und der DE 10 2004 041 225 A1 bekannt. Die Spurhalteassistenten warnen den Fahrer eines Fahrzeugs beispielsweise über einen Ruck am Lenkrad oder ein Rütteln am Fahrersitz vor dem unbewussten Verlassen der Fahrspur, damit er sein Fahrzeug durch aktiven Lenkeingriff wieder in die Fahrspur zurückführen kann.
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.
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 Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Spurhalteassistenten mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
Die Warnung des Fahrers erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Spurhalteassistenten durch eine 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.
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, ist die Steuereinheit eingerichtet, 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. Der Vorteil der Entkopplung zeigt sich insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten oder einer großen Spurabweichung, denn sie verhindert, dass an den Fahrzeugrädern eine zusätzliche Spurabweichung hervorgerufen wird.
Ein gezielter Ruck am Lenkrad ist erfindungsgemäß dadurch erreichbar, dass die durch die Steuereinheit an dem Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung impulsförmig erfolgt.
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.
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.
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.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt wie der erfindungsgemäße Spurhalteassistent 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.
Erfindungsgemäß 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. Dies gewährleistet eine sichere Spurkorrektur auch bei höheren Geschwindigkeiten oder größeren Spurabweichungen, insbesondere wenn keine zusätzliche Spurabweichung möglich ist.
Ein gezielter Ruck am Lenkrad lässt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, dass die durch die Steuereinheit an dem Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung impulsförmig erfolgt.
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.
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.
Lemprozesse 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.
Zweckmäßig löst der Spurhalteassistent 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.
Die Erfindung wird anhand der in den folgenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 – ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 – eine schematische Darstellung einer spurhaltungsgeregelten Lenkung gemäß der Erfindung.
In 1 wird im Block 1 geprüft, ob eine unbewusste Spurabweichung des Fahr zeugs 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 Drehbe wegung 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.
In 2 ist eine erfindungsgemäße spurhaltungsgeregelte Lenkung 10 für ein Fahr zeug dargestellt.
Die Lenkung weist ein Lenkrad 11 auf, dessen Winkelstellung bezogen auf eine Ausgangsstellung, beispielsweise die Fahrzeuglängsachse, mittels eines Lenkradwinkelsensors 12 gemessen wird. Die gemessene Winkelstellung des Lenkrades 11 wird an eine Steuereinheit 13 weitergeleitet.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Spurhalteassistent für ein Fahrzeug – mit einer Kopplung zwischen einem Lenkrad (11) und wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad (14), durch die eine an dem Lenkrad (11) aufgebrachte Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung des wenigstens einen gelenkten Fahrzeugrades (14) umgesetzt wird, und – mit einer Spurerkennungseinrichtung zur Detektion eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur, und – mit einer Steuereinheit (13), die eingerichtet ist, an dem Lenkrad (11) eine Drehbewegung aufzubringen und das Lenkrad (11) in seine Winkelstellung vor der Drehbewegung zurückzustellen, wenn die Spurerkennungseinrichtung ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, – die Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einen Fahrzeugrad (14) aufzuheben, – an dem Lenkrad (11) eine Drehbewegung in Richtung der Spurabweichung aufzubringen, das Lenkrad (11) in seine Winkelstellung vor der Entkopplung zurückzustellen und – die Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einen Fahrzeugrad (14) wiederherzustellen, wenn die Spurerkennungseinrichtung ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur detektiert.
Spurhalteassistent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Steuereinheit an dem Lenkrad (11) aufgebrachte Drehbewegung impulsförmig erfolgt.
Spurhalteassistent nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplung, das Aufbringen der Drehbewegung an dem Lenkrad (11), die Rückstellung der Winkelstellung des Lenkrades (11) und die Wiederherstellung der Kopplung an die Auslösezeit für reflexbedingte Handlungen von Menschen angepasst ist.
Spurhalteassistent nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der an dem Lenkrad (11) aufgebrachten Drehbewegung in Abhängigkeit von der Stärke der Spurabweichung erfolgt.
Spurhalteassistent nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung eine elektronische Kopplung ist.
Spurhalteassistent nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung eine mechanische Kopplung ist.
Spurhalteassistent nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung auf Reibschluss oder Formschluss beruht.
Spurhalteassistent nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung elektronisch gesteuert ist.
Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs, das eine Lenkung aufweist, die aufgrund einer Kopplung zwischen einem Lenkrad (11) und wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad (14) eine an dem Lenkrad (11) aufgebrachte Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung des wenigstens einen gelenkten Fahrzeugrades (14) umsetzt, mit den Schritten: – Detektieren eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur; – Aufheben der Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einem Fahrzeugrad (14); – Aufbringen einer Drehbewegung an dem Lenkrad (11) in Richtung der Spurabweichung; – Zurückstellen des Lenkrades (11) in seine Winkelstellung vor dem Entkoppeln; – Wiederherstellen der Kopplung zwischen dem Lenkrad (11) und dem wenigstens einem Fahrzeugrad (14).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Steuereinheit (13) an dem Lenkrad (11) aufgebrachte Drehbewegung impulsförmig erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppeln, Aufbringen der Drehbewegung an dem Lenkrad (11), Rückstellen der Winkelstellung des Lenkrades (11) und Wiederherstellen der Kopplung an die Auslösezeit für reflexbedingte Handlungen von Menschen angepasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der an dem Lenkrad (11) aufgebrachten Drehbewegung in Abhängigkeit von der Stärke der Spurabweichung erfolgt.