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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2004 017 638 A1 beschrieben, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, zur Ermittlung mindestens eines Seitenwind-Wertes eines Seitenwind-Einflusses, der durch auf das Fahrzeug wirkenden Seitenwind erzeugt wird, bekannt. Die Vorrichtung weist Schätzmittel zur Schätzung des mindestens einen Seitenwind-Wertes anhand eines Querbeschleunigungswertes und eines Gierratenwertes auf der Basis eines Fahrzeugmodells auf. Dabei wird der Querbeschleunigungswert als Querbeschleunigungs-Sensorwert mithilfe eines Querbeschleunigungssensors und/oder der Gierratenwert als Gierraten-Sensorwert mithilfe eines Gierratensensors erfasst. Bei dem Fahrzeugmodell handelt es sich um ein linearisiertes Querdynamik-Einspurmodell des Fahrzeuges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs werden eine Geschwindigkeit, eine Gierrate und eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs mittels Sensoren erfasst.
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Erfindungsgemäß wird mittels der erfassten Querbeschleunigung und der erfassten Geschwindigkeit eine Modellgierrate ermittelt und mit der erfassten Gierrate verglichen, und die erfasste Gierrate wird als plausibel bewertet, wenn ihre Abweichung von der Modellgierrate betragsmäßig kleiner als eine maximal erwartete Gierratenabweichung ist, welche vorzugsweise in Abhängigkeit der Geschwindigkeit vorgegeben wird. Die Ermittlung der Modellgierrate erfolgt vorzugsweise anhand eines Einspurmodells des Fahrzeugs und vorzugsweise ohne Berücksichtigung des Einflusses eines Seitenwindes und/oder einer Fahrbahnquerneigung auf die Gierbewegung des Fahrzeugs.
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Durch diese Plausibilisierung der erfassten Gierrate werden Fehlfunktionen des Fahrerassistenzsystems, beispielsweise eines elektronischen Stabilitätsprogramms des Fahrzeugs oder eines eine Seitenwindstörung kompensierenden Seitenwindassistenten, d. h. fehlerhafte Eingriffe in Funktionen des Fahrzeugs, aufgrund fehlerhaft ermittelter Gierraten vermieden. Derartige fehlerhaft ermittelte Gierraten können beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion eines Gierratensensors, aufgrund von Fahrbahnquerneigungen zum Beispiel beim Durchfahren einer Steilkurve, aufgrund von Seitenwindkräften, aufgrund von Sensorabweichungen, so genannten Sensoroffsets oder aufgrund weiterer Störungen auftreten. Ist die erfasste Gierrate nicht plausibel, so wird sie für die Funktionen des Fahrerassistenzsystems nicht genutzt, so dass beispielsweise eine Gefahr fehlerhafter Bremsungen aufgrund einer fehlerhaft ermittelten Gierrate, welche zu einer Gefährdung von Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs und anderer Verkehrsteilnehmer führen könnte, vermieden wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Fahrzeug, und
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2 schematisch ein Diagramm mit einer grafischen Darstellung einer Gierratenabweichung und ihrer einzelnen Anteile.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 in Draufsicht. Das Fahrzeug 1 weist ein Fahrerassistenzsystem 2 auf, beispielsweise ein so genanntes elektronisches Stabilitätsprogramm, mittels welchem durch gezielte Eingriffe in ein Bremssystem, in einen Antriebsstrang und/oder in ein Lenksystem des Fahrzeugs 1 unkontrollierte Fahrzeugbewegungen, beispielsweise ein Untersteuern oder ein Übersteuern des Fahrzeugs 1, d. h. ein Ausbrechen oder Schleudern des Fahrzeugs 1, verhindert oder zumindest reduziert werden können.
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Für die ordnungsgemäße Funktion des Fahrerassistenzsystems 2 ist eine Erfassung einer Gierrate ψ .g des Fahrzeugs 1 erforderlich. Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug 1 zumindest einen Gierratensensor 3 zur Gierratenerfassung auf. Bei der Erfassung der Gierrate ψ .g kann es jedoch zu Fehlern kommen, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des Gierratensensors 3, aufgrund von Fahrbahnquerneigungen ϕ zum Beispiel beim Durchfahren einer Steilkurve, aufgrund von Seitenwindkräften, aufgrund von Sensorabweichungen, so genannten Sensoroffsets oder aufgrund weiterer Störungen. Eine dadurch fehlerhaft erfasste Gierrate ψ .g kann zu Fehlfunktionen des Fahrerassistenzsystems 2 führen, d. h. beispielsweise zu fehlerhaften Eingriffen in das Bremssystem, in den Antriebsstrang und/oder in das Lenksystem des Fahrzeugs 1. Daraus können Gefährdungen für Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs 1 und für andere Verkehrsteilnehmer resultieren.
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So passen beispielsweise beim Durchfahren einer Steilkurve die erfasste Gierrate ψ .g und eine mittels zumindest eines Querbeschleunigungssensors 4 erfasste Querbeschleunigung α y / Sens des Fahrzeugs 1 nicht in einer von einem linearen Einspurmodell berechneten Weise zusammen. Fährt zum Beispiel ein Fahrzeug mit 200 km/h durch eine Steilkurve mit 31° Querneigung und einem Radius von 600 m, so geschieht dies querbeschleunigungsfrei, da sich eine Zentrifugalkraft und eine Hangabtriebskraft kompensieren. Dies würde zur Fehlfunktion des Fahrerassistenzsystems 2 führen, d. h. beispielsweise zu fehlerhaften Eingriffen in das Bremssystem, in den Antriebsstrang und/oder in das Lenksystem des Fahrzeugs 1.
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Es ist daher von besonderem Vorteil, die mittels des Gierratensensors 3 erfasste Gierrate ψ .g auf Plausibilität zu überprüfen und zu bewerten, um auf diese Weise eine Gefahr derartiger Fehlfunktionen zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren. Wird die mittels des Gierratensensors 3 erfasste Gierrate ψ .g als nicht plausibel bewertet, so wird sie für die von der Gierrate ψ .g abhängigen Funktionen des Fahrerassistenzsystems 2 nicht genutzt, d. h. Funktionen des Fahrerassistenzsystems 2, welche auf der erfassten Gierrate ψ .g beruhen, werden deaktiviert, bis die erfasste Gierrate ψ .g wieder als plausibel bewertet wird.
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Die Plausibilisierung der mittels des Gierratensensors 3 erfassten Gierrate ψ .g wird in einem Verfahren zum Betrieb des Fahrerassistenzsystems 2 des Fahrzeugs 1 durchgeführt, welches im Folgenden näher erläutert wird. Im Verfahren werden mittels des Gierratensensors 3 die Gierrate ψ .g des Fahrzeugs 1 und mittels des Querbeschleunigungssensors 4 die Querbeschleunigung α y / Sens des Fahrzeugs 1 erfasst. Des Weiteren wird die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 erfasst. Mittels der erfassten Querbeschleunigung α y / Sens und der erfassten Geschwindigkeit v wird eine Modellgierrate ψ . ermittelt und mit der erfassten Gierrate ψ .g verglichen, wobei die erfasste Gierrate ψ .g als plausibel bewertet wird, wenn sie innerhalb eines oberen Abweichungsgrenzwertes ψ .max und eines unteren Abweichungsgrenzwertes ψ .min einer Abweichung von der Modellgierrate ψ . liegt, d. h. die Modellgierrate ψ . nicht über den oberen Abweichungsgrenzwerte ψ .max hinaus überschreitet oder nicht unter den unteren Abweichungsgrenzwerte ψ .min hinaus unterschreitet.
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Die Abweichungsgrenzwerte ψ .max, ψ .min werden derart vorgegeben, dass Unsicherheiten in Bezug auf die oben geschilderten störenden Einflussfaktoren auf die Gierratenerfassung, d. h. Fehlfunktionen des Gierratensensors 3, Fahrbahnquerneigungen ϕ, Seitenwindkräfte, Sensoroffsets oder andere Störungen berücksichtigt werden. D. h. Abweichungen der erfassten Gierrate ψ .g von der Modellgierrate ψ . aufgrund derartiger Einflussfaktoren sind bis zu den vorgegebenen Abweichungsgrenzwerten ψ .max, ψ .min zulässig, so dass eine aufgrund dieser Einflussfaktoren nur leicht fehlerhaft erfasste Gierrate ψ .g noch als plausibel bewertet wird, da diese leichten Abweichungen noch nicht zu gravierenden Fehlfunktionen des Fahrerassistenzsystems 2 führen.
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Zur Vereinfachung der Modellierung und zur Vereinfachung ihrer Ermittlung wird die Modellgierrate ψ . zweckmäßigerweise auf Basis eines so genannten linearen Einspurmodells ermittelt.
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Die Modellgierrate ψ . wird ohne Berücksichtigung eines Einflusses eines Seitenwindes und/oder einer Fahrbahnquerneigung ϕ ermittelt, so dass diese Einflüsse, welche zur fehlerhaften Erfassung der Gierrate ψ .g mittels des Gierratensensors 3 führen können, beim Vergleich der erfassten Gierrate ψ .g mit der ermittelten Modellgierrate ψ . festgestellt werden können und die erfasste Gierrate ψ .g, wenn sie aufgrund derartiger Einflüsse verfälscht ist, als nicht plausibel bewertet und für die Funktionen des Fahrerassistenzsystems 2 nicht genutzt wird.
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Die Abweichungsgrenzwerte ψ .max, ψ .min, bis zu welchen die erfasste Gierrate ψ .g von der ermittelten Modellgierrate ψ . abweichen darf, werden zweckmäßigerweise geschwindigkeitsabhängig vorgegeben, da zumindest einige der oben genannten Einflussfaktoren, welche zur fehlerhaften Erfassung der Gierrate ψ .g führen können, einen geschwindigkeitsabhängig unterschiedlich großen Einfluss haben.
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Im Folgenden werden das Verfahren und dessen Grundlagen näher erläutert. Als Basis zur Herleitung der Modellgierrate ψ . bzw. zur Plausibilisierung der erfassten Gierrate ψ .g mittels der ermittelten Modellgierrate ψ . dienen der Impulserhaltungssatz und der Drehimpuls oder Drallsatz des linearen Einspurmodells: (β . + ψ .)vm = FV + FH + FW – mgϕ [1] Jzzψ .. = FVlV – FHlH + eFW [2] wobei β ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs 1 ist und dadurch β . eine Schwimmwinkelrate, m eine Masse des Fahrzeugs 1, Fv eine Seitenkraft an einer Vorderachse des Fahrzeugs 1, FH eine Seitenkraft an einer Hinterachse des Fahrzeugs, FW eine Windkraft, g die Erdbeschleunigung, JZZ ein fahrzeugabhängiges Gierträgheitsmoment, ψ .. eine Gierwinkelbeschleunigung, lV ein fahrzeugabhängiger Abstand eines Schwerpunktes des Fahrzeugs 1 zur Vorderachse, lH ein fahrzeugabhängiger Abstand eines Schwerpunktes des Fahrzeugs 1 zur Hinderachse und e ein fahrzeugabhängiger Störkrafthebelarm der Windkraft FW.
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Zusätzlich wird eine Schräglaufwinkel-Seitenkraft-Beziehung an einer Hinterachse des Fahrzeugs benötigt:
wobei α
H ein Schräglaufwinkel der Hinterachse des Fahrzeugs
1 ist und c
H eine fahrzeugabhängige Schräglaufsteifigkeit der Hinterachse des Fahrzeugs
1.
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Wird Gleichung [2] nach F
V umgestellt und F
V und F
H in den Drallsatz eingesetzt, so ergibt sich:
wobei l ein Abstand zwischen den Achsen des Fahrzeugs
1 ist.
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Die mittels des Querbeschleunigungssensors 4 erfasste Querbeschleunigung α y / Sens kann geschrieben werden als: α y / Sens = (β . + ψ .)v + gϕ [5]
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Wird die Gleichung [5] nach β . umgestellt und einmal abgeleitet, dann ergeben sich die beiden folgenden Gleichungen:
wobei β .. eine Schwimmwinkelbeschleunigung ist und eine erste Ableitung der erfassten Querbeschleunigung α
y / Sens .
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Die beiden Gleichungen [6] und [7] in die zeitliche Ableitung der Gleichung [4] eingesetzt ergibt:
wobei ψ ... eine dritte Ableitung eines Gierwinkels des Fahrzeugs
1 ist.
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Wird die Gleichung [8] laplacetransformiert, wobei die Laplacetransformation hier nur in Bezug auf die erfasste Querbeschleunigung α
y / Sens und die Modellgierrate ψ . angewendet wird, so ergibt sich die Übertragungsfunktion zwischen der erfassten Querbeschleunigung α
y / Sens und der Modellgierrate ψ .:
wobei F .
W ein Windkraftgradient ist.
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Wären die Fahrzeugparameter und der Seitenwindgradient F .
W, sowie die Fahrbahnquemeigung ϕ der Fahrbahn exakt bekannt, dann würde die mit der obigen Gleichung berechnete Modellgierrate ψ . sehr genau zur tatsächlichen Fahrzeuggierrate ψ .
tatsächlich passen. Würde man die unbekannten Größen Seitenwindgradient F .
W und Fahrbahnquerneigung ϕ sowie Änderung der Modellparameter, wie sie beispielsweise bei einem Beladungswechsel oder Reifenwechsel auftreten können, außer Betracht lassen, und die Modellgierrate ψ . demnach gemäß der sich dann aus Gleichung [9] ergebenden vereinfachten Modellgleichung
berechnen, dann würde die berechnete Modellgierrate ψ . von der tatsächlichen Gierrate ψ .
tatsächlich abweichen, wobei, wie im Folgenden erläutert, festgestellt werden kann, dass die maximale Abweichung durch die folgende Gleichung [12] bestimmt werden kann.
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Da die Modellparameter variieren können, zum Beispiel durch Beladung oder einen Reifenwechsel, und auch äußere Störungen auf das Fahrzeug
1 einwirken, wird um die Modellgierrate ψ . ein Band gelegt, in welchem die Abweichungen als zulässig gelten, d. h. ein vorgegebener Grenzwertbetrag der zulässigen Abweichung bzw. ein oberer Abweichungsgrenzwert ψ .
max und unterer Abweichungsgrenzwert ψ .
min der zulässigen Abweichung von der ermittelten Modellgierrate ψ .. Zu berücksichtigen sind die Fahrbahnquerneigung ϕ, der Windkraftgradient F .
W und die Sensoroffsets von Gierrate ψ .
g und Querbeschleunigung α
y / Sens . Der zeitliche Windkraftgradient F .
W ist geschwindigkeitsabhängig. Um zu einer geschwindigkeitsunabhängigen Größe zu gelangen, wird F .
W durch die Geschwindigkeit ν geteilt:
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Ein maximaler zulässiger Sensoroffset α
y,Offset,max für die Querbeschleunigung α
y / Sens und der maximal zulässige Wert für die Fahrbahnquerneigung ϕ lassen sich ineinander umrechnen. Hier wird der Wert für den maximalen Sensoroffset α
y,Offset,max der Querbeschleunigung α
y / Sens verwendet. Aus den maximalen zulässigen Werten für α
y,Offset,max, ψ .
y,Offset,max und ΔF
W,max kann die Breite des Gierraten-Bandes über der Geschwindigkeit bestimmt werden. Allgemein ergibt sich:
wobei ΔF
W,max ein maximaler Seitenwindgradient ist, der einstellbar ist und ein durch Fahrtests optimierbarer Parameter ist. Dieser Parameter gibt an, mit welchem maximalen Seitenwindgradienten man in der Praxis rechnen kann. α
y,Offset,max ist der maximale Sensoroffset des Querbeschleunigungssensors
4. Er ist einstellbar und ein durch Fahrtests optimierbarer Parameter. Dieser Parameter gibt an, mit welchem maximalen Wert für die Kombination aus Offset und Fahrbahnquerneigung ϕ des Querbeschleunigungssensors
4 man in der Praxis rechnen kann. ψ .
y,Offset,max ist ein maximaler Gierratenoffset des Gierratensensors
3. Er ist einstellbar und ein durch Fahrtests optimierbarer Parameter. Dieser Parameter gibt an, mit welchem maximalen Gierratenoffset man in der Praxis rechnen kann.
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Die Gierratenabweichung Δψ . von der Modellgierrate ist, wie in
2 gezeigt, geschwindigkeitsabhängig. In dem hier dargestellten Diagramm ist die Gierratenabweichung Δψ . dargestellt sowie die aus der Gleichung [12] hervorgehenden Anteile A1, A2, A3, aus welchen sich die Gierratenabweichung Δψ . zusammensetzt, wobei der erste Anteil A1 aus dem ersten Term
der Gleichung [12] gebildet wird, der zweite Anteil A2 aus dem zweiten Term
der Gleichung [12] gebildet wird und der dritte Anteil A3 aus dem dritten Term |ψ .
y,Offset,max| der Gleichung [12] gebildet wird.
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Die Geschwindigkeit ν ist eine Funktion der Zeit t: ν = ν(t) [13]
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Die Abweichung Δψ .(t) ist daher ebenfalls eine Funktion der Zeit. Es gilt:
oder vereinfacht:
Δψ .(t) = c1·ν(t) + c2·1/ν(1) + c3 [15] mit
c2 = |αy,Offset,max| [17] c3 = |ψ .y,Offset,max| [18] -
In der Praxis wird ein zur Berechnung der Modellgierrate ψ . vorgesehener Prozessor derart programmiert sein, dass er nicht die Laplace-Funktion ψ .(s), sondern die in den Zeitbereich rücktransformierte zugehörige Zeitfunktion ψ .(t) als Modellgierrate ψ . berechnet.
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Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass man eine zu einem Zeitpunkt t gemessene Gierrate ψ .g(t) des Fahrzeugs 1 auf Plausibilität überprüfen kann, indem man anhand der zu diesem Zeitpunkt t gemessenen Querbeschleunigung α y / Sens (t) und Geschwindigkeit ν(t) eine Modellgierrate ψ .(t) berechnet, wobei die Berechnung auf einem Einspurmodell beruht und wobei die Einflüsse des Seitenwinds FW und der Fahrbahnquerneigung ϕ unberücksichtigt bleiben, indem man weiterhin für diesen Zeitpunkt t eine von der Geschwindigkeit ν(t) abhängige, maximal erwartete Gierratenabweichung ψ .(t) bestimmt und indem man die mittels des Gierratensensors 3 erfasste Gierrate ψ .g(t) als plausibel bewertet, wenn ihre Abweichung von der Modellgierrate ψ .(t) betragsmäßig kleiner als die maximal erwartete Gierratenabweichung Δψ .(t) ist, d. h. wenn die erfasste Gierrate ψ .g(t) in dem Gierratenband ψ .(t) ± Δψ .(t) liegt, und als unplausibel bewertet, wenn sie außerhalb des Gierratenbandes ψ .(t) ± Δψ .(t) liegt.
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Im Ergebnis werden zwei von der berechneten Modellgierrate ψ .(t) und Geschwindigkeit ν(t) abhängige Gierratengrenzwerte bestimmt, ein oberer Abweichungsgrenzwert ψ .max(t) und ein unterer Abweichungsgrenzwert ψ .min(t): ψ .max(t) = ψ .(t) + Δψ .(t) [19] ψ .min(t) = ψ .(t) – Δψ .(t) [20]
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Anschließend wird geprüft, ob die erfasste Gierrate ψ .g(t) zwischen diesen Grenzwerten ψ .max(t) und ψ .max(t) liegt. Ist das der Fall, wird die erfasste Gierrate ψ .g(t) als plausibel angesehen, ansonsten als unplausibel.
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Die Gierratenabweichung Δψ .(t) hat dabei einen geschwindigkeitsabhängigen Verlauf gemäß Gleichung [15], wobei die Parameter c1, c2 und c3 gemäß den Gleichungen [16], [17] und [18] und/oder anhand von Fahrtests bestimmt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrerassistenzsystem
- 3
- Gierratensensor
- 4
- Querbeschleunigungssensor
- A1
- erster Anteil
- A2
- zweiter Anteil
- A3
- dritter Anteil
- v
- Geschwindigkeit
- Δψ .
- Gierratenabweichung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004017638 A1 [0002]
der Gleichung [12] gebildet wird und der dritte Anteil A3 aus dem dritten Term |ψ .y,Offset,max| der Gleichung [12] gebildet wird.
