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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Querführung eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrerassistenzsystem, welches die Vorrichtung zur Querführung des Fahrzeugs umfasst, und ein Fahrzeug, welches die Vorrichtung oder das Fahrerassistenzsystem zur Querführung des Fahrzeugs umfasst.
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Zur assistierten Fahrzeugführung können bekanntermaßen Querführungseinrichtungen verwendet werden, um das Fahrzeug in einer Fahrspur zu halten. Derartige Spurhalteassistenten sind beispielsweise auch unter dem Namen HC-System (Heading Control) bekannt. Die Querführungsunterstützung erfolgt dabei in der Regel mit Hilfe von synthetischen Lenkmomenten, wobei die Fahrspur zumeist mit einer Video-Sensorik erkannt wird.
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Die einfachste Systemvariante ist ein reines Warnsystem. Die sogenannte Lane Departure Warning (LDW) Funktion nutzt ein Zusatzmoment am Lenkrad als haptisches Feedback. Das LDW-System dient zur Warnung des Fahrers vor gefährlichen Fahrsituationen und wird daher als Sicherheitssystem eingeordnet. Eine kontinuierlich regelnde autonome Spurführung entlastet den Fahrer vollständig von der Aufgabe des Lenkens und dient deshalb primär der Erhöhung des Fahrkomforts.
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Weiterhin bekannt ist ein mit dem Fahrer interagierendes Lane Keeping System (LKS). Dem Fahrer wird über Beeinflussung des Lenkmoments, abhängig vom Fahrbahnverlauf, das Halten der optimalen Fahrspur erleichtert. Das System ermittelt die Fahrspur über eine beispielsweise hinter der Windschutzscheibe montierte Kamera. Aus den erfassten Bildern ermittelt es dann den optimalen Lenkwinkel, um das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur zu halten. Wenn das Fahrzeug kurz davor steht, die Fahrbahnmarkierung zu überfahren, wird z.B. ein warnender Piepton oder ein Rattergeräusch ausgestoßen bzw. das Lenkrad in Vibration versetzt. Dies setzt voraus, dass der Fahrer Kontakt zum Lenkrad hat, der Blinker des Fahrzeugs nicht aktiv ist und eine ausgeübte Lenkbewegung des Fahrers nicht auf einen Spurwechsel hindeutet. Sofern das LKS keine Rückmeldung vom Fahrer erkennen kann, beispielsweise die Hände länger als 20s nicht am Lenkrad sind, schaltet das System automatisch ab.
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Aus
DE 10 2009 022 054 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems zur Querführung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Spurhalteassistenzsystems, bekannt, wobei eine Lage und/oder Breite eines eingriffsfreien und/oder warnungsfreien Bereichs und/oder bei einem mittenführenden Fahrerassistenzsystem die haltende Mittenposition in Abhängigkeit wenigstens einer die Umgebung des Kraftfahrzeugs beschreibenden Größe angepasst wird.
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Aus
DE 10 2006 050 214 A1 ist ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Fahren mit einem Fahrzeug mit einer Fahrspurerkennung bekannt. Die Fahrbahnerkennung wird mittels Sensoren, beispielsweise Infrarotsensoren, optischen Einrichtungen, beispielsweise einer Kamera oder bildgebenden Abstandsmessung, durchgeführt, und es erfolgt eine Erkennung eines Fahrspurwechsels anhand der Auswertung der Sensorsignale nach Merkmalen, die die oberflächliche Beschaffenheit der Straße und des Straßenrands repräsentieren. Solche Fahrerassistenzsysteme können in einem Stauassistenten verwendet werden.
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Aus
DE 10 2008 002 669 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Lane Keeping Support Systems (LKS) bekannt. Bei dem Verfahren findet ein normaler Regelbetrieb statt, falls kein Fahrereingriff vorliegt. Der Regelbetrieb wird umgeschaltet, wenn der Fahrer einen Lenkeingriff vornimmt, indem die Regelparameter verändert werden, ohne die Regelung oder eine Rückkopplung zu deaktivieren.
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Aus
DE 10 2008 041 727 A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung für ein Lane Keeping Support System bekannt. Bei dem System ist eine Regelung zur Fahrzeugquerführung mit einer Begrenzung auf eine Sollkrümmung rückgekoppelt. Bei dem Verfahren wirkt eine Begrenzungsdifferenz über einen Rückkopplungszweig derart auf die Sollkrümmung, dass diese Sollkrümmung der maximal linear regelbaren Krümmung entspricht.
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Aus
DE 10 2007 011 275 A1 ist ein Verfahren zur Umsetzung einer Lenkmomentenempfehlung für ein Spurhalteassistenzsystem mit einer elektromechanischen Lenkung bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fahrerassistenzsystem zur Querführung eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches das Fahrzeug bei der Spurhaltung auf gut ausgebauten Straßen, beispielsweise Autobahnen, beim Durchfahren von Kurven, während eines Stop-and-Go-Verkehrs im Stau oder bei Baustellendurchfahrten, präziser und schneller unterstützt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Querführung eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Querführung eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 8, ein Fahrerassistenzsystem gemäß Anspruch 9 und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Querführung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Zunächst wird ein Sollwinkel, welcher einen Stellwinkel von Rädern des Fahrzeugs definiert, zur Querführung des Fahrzeugs bestimmt. Im Anschluss wird der Sollwinkel mit Hilfe einer Lenkungsvorrichtung, welche die Räder des Fahrzeugs entsprechend lenkt eingeregelt, wobei der Sollwinkel ohne die Regelung des Sollwinkels zu unterbrechen von einem Nutzer des Fahrzeugs überlenkbar ist. Durch einen Gradientenbegrenzer in der Sollwinkelanforderung, welcher im Fahrbetrieb durch eine Software eine maximale Änderung des Lenkwinkels pro Zeiteinheit bestimmt, kann der Fahrer des Fahrzeugs langsam in der Spur geführt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Fahrer auch bei einer fehlerhaften Sollwinkelanforderung genug Zeit hat, um die Winkelanforderung zu überlenken und das Fahrzeug dadurch in der Spur zu halten. Somit kann das Lenksystem eigensicher ausgestaltet und der Automotive Safety Integrity Level (kurz ASIL) für beispielsweise einen Stauassistenten herabgesetzt werden, so dass beispielsweise Kosten in der Entwicklung des Stauassistenten reduziert werden können.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Sollwinkel präziser und schneller bestimmt und eingeregelt, sowie die Regelung nicht bei einer Übersteuerung des Winkel durch einen Fahrer unterbrochen, so dass der Winkel auf einfache Art und Weise wieder schnell bestimmt werden kann.
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Eine Position und/oder Fahrrichtung des Fahrzeugs kann mittels Sensormitteln bestimmt werden. Beispielsweise können wenigsten ein Radarsensor und/oder eine Kamera zur Ermittlung der Umgebung vorgesehen sein. Eine Kamera, deren Bildsignal häufig ohnehin auf den Spurverlauf hin ausgewertet wird, kann auch zur Erkennung der aktuellen Fahrspur verwendet werden. Somit kann die Position und/oder Fahrrichtung des Fahrzeugs kostengünstig realisiert werden, da die Sensormittel bereits in den meisten Fahrzeugen serienmäßig integriert sind.
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Der Sollwinkel kann durch einen maximalen Radius einer Kurve, in welcher sich das Fahrzeug befindet, bestimmt werden.
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Hat der Fahrer des Fahrzeugs mit dem Lenkrad Kontakt, so kann ein Handmoment an dem Lenkrad des Fahrzeugs generiert werden. Das Handmoment an dem Lenkrad ist ein auf das Lenkrad ausgeübtes Drehmoment und kann mittels eines Momentensensors direkt eingestellt werden. Dadurch wird der Fahrer des Fahrzeugs informiert und/oder gewarnt, dass er den bestimmten Sollwinkelbereich verlässt. In dem Fall, dass der Fahrer keinen Kontakt mit dem Lenkrad hat, kann die Sollwinkelregelung ohne Generieren eines Handmoments betrieben werden.
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Das Verfahren zur Querführung eines Fahrzeugs kann vorzugsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten, beispielsweise im Stand oder Stop-and-Go-Verkehr, bis hin zu mittleren Geschwindigkeiten, beispielsweise Geschwindigkeiten von 30-70 km/h, angewendet werden.
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Weiter stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bereit, welche eine Steuervorrichtung zur Bestimmung eines Sollwinkels zur Querführung des Fahrzeugs umfasst. Der Sollwinkel definiert einen Stellwinkel von Rädern des Fahrzeugs. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Lenkungsvorrichtung, welche abhängig von dem Sollwert die Räder des Fahrzeugs entsprechend lenkt und somit den Sollwinkel automatisch einregelt, wobei der Sollwinkel ohne die Winkelregelung zu unterbrechen von einem Nutzer des Fahrzeugs überlenkbar ist. Zudem umfasst die Vorrichtung einen Gradientenbegrenzer, welcher im Fahrbetrieb eine maximale Änderung des Lenkwinkels pro Zeiteinheit bestimmt.
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Das oben beschriebene Verfahren kann in der Vorrichtung zur Querführung des Fahrzeugs angewendet werden.
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Weiter stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer oben beschriebenen Vorrichtung bereit. Das Fahrerassistenzsystem kann insbesondere einen Stauassistenten umfassen.
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Weiter stellt die vorliegende Erfindung ein mit einer derartigen Vorrichtung und einem derartigen Fahrerassistenzsystem ausgestaltetes Fahrzeug bereit.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung der Querführung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Querführung eines Fahrzeugs. Zunächst wird in Schritt 1 ein Sollwinkel zur Querführung des Fahrzeugs durch eine im Fahrzeug integrierte Steuereinheit bestimmt. Der Sollwinkel definiert den gewünschten Stellwinkel von Rädern des Fahrzeugs. Durch einen Maximalwertbegrenzer 2 kann sichergestellt werden, dass der Sollwinkel einen vorab definierten Maximalwert, beispielsweise +/- 50° in beide Richtungen der Räder gesehen von einer Achse, welche sich zwischen den parallellaufenden Rädern erstreckt, nicht überschreitet, und somit keine falschen Daten verarbeitet werden. Der Sollwinkel kann durch einen maximalen Radius einer Kurve bestimmt werden, in welcher sich das Fahrzeug derzeit befindet. Um vielfältige Situationen im Straßenverkehr beherrschen zu können, ist eine exakte Kenntnis des Umfelds des Fahrzeugs notwendig. Dazu wird der Verkehrsraum vor dem Fahrzeug und seitlich des Fahrzeugs mit verschiedenen Sensormitteln erfasst, wobei es sich bei den Sensormitteln um eine bereits im Fahrzeug installierte Kamera und/oder Radarsensoren handeln kann, und die Information der Sensormittel von der Steuervorrichtung zu einem konsistenten Gesamtbild vereint. Die Steuervorrichtung setzt diese Umfeldinformationen schnell und präzise in den Sollwinkel und ein entsprechendes Signal zur Spurführung zur Ansteuerung einer Lenkungsvorrichtung um. Die Umsetzung des Signals zur Spurführung kann insbesondere mit einem elektromechanischen Lenksystem im Fahrzeug erfolgen, das über einen dort integrierten Elektromotor die Signale der Steuervorrichtung umsetzt.
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Ein Gradientenbegrenzer 2 des Sollwinkels gewährleistet die Einhaltung von Kriterien der funktionalen Sicherheit. Abhängig vom bestimmten Sollwinkel wird daraufhin eine Sollposition der Räder des Fahrzeugs bestimmt, wobei der Gradientenbegrenzer 2 im Fahrbetrieb durch eine Software eine maximale Änderung des Lenkwinkels pro Zeiteinheit bestimmt.
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Nach einem PID-Winkelregler 3 (proportional-integral-derivative controller) geht eine obere Kraft, beispielsweise ein Handmomentenoffset, direkt auf Lenkungskennfelder und eine Kraft, insbesondere eine Sollkraft, direkt auf den Motor der Lenkungsvorrichtung. Das Handmomentenoffset wird durch eine externe Anforderung einer Funktion definiert und kann nicht durch den Fahrer generiert werden. Die Lenkungskennfelder, welche stets aktiv sind, definieren eine EPS-Unterstützung (Electric Power Steering) in Abhängigkeit des Handlenkmoments, welches vom Fahrer aufgebracht wird. Dadurch kann gewährleistet werden, dass über den gesamten Bereich der Geschwindigkeit eine notwendige Kraft bereitgestellt wird, und das System eigensicher ist, das heißt ein Fahrer kann im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrerassistenzsystemen die Winkelanforderung jederzeit überlenken ohne dass die Winkelregelung abgebrochen werden muss.
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In einer Gegenlenkkompensation 5 kann ein direkter Zugang auf den Motor des Fahrzeugs 7 bei einem aktiven Gegenlenken des Fahrers des Fahrzeugs 7, das heißt beim Verlassen des bestimmten Sollwinkels, deaktiviert werden, wobei die direkte Handlenkmomentbestimmung, welches ein Drehmoment an dem Lenkrad des Fahrzeugs definiert, über Leistungskennlinien aktiv bleibt. Wenn sich das Handlenkmoment von der Motorkraft im Vorzeichen unterscheidet, das heißt wenn beide in unterschiedliche Richtungen wirken, wird die Gegenlenkung aktiv, welche eine Gegensteuerung bedeutet. Bei gleichen Vorzeichen, das heißt wenn Handlenkmoment und Motorkraft in eine selbe Richtung wirken, muss keine Gegensteuerung aktiviert werden. Bei unterschiedlichen Vorzeichen wird ein Handmoment am Lenkrad des Fahrzeugs 7 generiert, wenn der Fahrer des Fahrzeugs 7 körperlichen Kontakt hat, beispielsweise das Lenkrad 7 mit mindestens einer Hand berührt, wobei das Handmoment ein auf das Lenkrad ausgeübtes Drehmoment ist. Das Handmoment kann durch eine interne Rückmeldung eines Momentensensors, welche mit der Gegenlenkkompensationsvorrichtung 5 verbunden ist, direkt eingestellt werden, wobei das Handmoment in Abhängigkeit vom Typ des Fahrzeugs 7 eingestellt wird. Dadurch kann der Fahrer bei einer auftretenden Fehlregelung die Winkelregelung überlenken und somit das Fahrzeug 7 in der Fahrrichtung halten. Dadurch können Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllt werden, welche das Lenksystem eigensicher machen und einen ASIL-Level für das Fahrerassistenzsystem, insbesondere eines Stauassistenten, herabsetzen.
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Auch wenn ein Fahrer keinen Kontakt mit dem Lenkrad des Fahrzeugs 7 hat, wird vorzugsweise der Sollwinkel eingestellt, jedoch ohne ein Handmoment am Lenkrad zu generieren.
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Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, beispielsweise im Stand, bis zum mittleren Geschwindigkeitsbereich, beispielsweise Geschwindigkeiten von 50-70 km/h, angewendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vorrichtung zur Querführung eines Fahrzeugs 7 angewendet werden. Ein mit einer derartigen Vorrichtung ausgestaltetes Fahrzeug 7 ist in 2 dargestellt.
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Das Fahrzeug 7 weist ein Fahrerassistenzsystem 8, insbesondere einen Stauassistenten, auf, welches den Fahrer des Fahrzeugs 7 kontinuierlich bei der Spurführung des Fahrzeugs 7 unterstützt. Dennoch hat der Fahrer durch das in der vorliegenden Erfindung beanspruchte Verfahren jederzeit die Möglichkeit in das Fahrgeschehen einzugreifen und das Fahrerassistenzsystem 8 zu übersteuern, ohne dass jedoch die Winkelregelung abgebrochen wird. Sensormittel 9, welche die Position und/oder Fahrrichtung des Fahrzeugs 7 bestimmen, sind am Fahrzeug angebracht, um davon abhängig einen Sollwinkel zu bestimmen. Der Sollwinkel definiert einen Stellwinkel für Räder des Fahrzeugs 7 und dient zur Querführung des Fahrzeugs 7. Abhängig vom Sollwinkel wird eine Sollposition der Räder des Fahrzeugs 7 bestimmt. Eine Steuerungsvorrichtung 10, welche die in 1 gezeigten Funktionen aufweist, gibt den bestimmten Sollwinkel an eine Lenkungsvorrichtung 11 weiter, mit deren Hilfe die Räder des Fahrzeugs 7 entsprechend geregelt werde, und der Sollwinkel wird selbständig in der Steuerungsvorrichtung 10 eingeregelt. Der Sollwinkel ist ohne die Regelung des Sollwinkels zu unterbrechen von einem Nutzer des Fahrzeugs 7 überlenkbar.
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Der Lenkungsvorrichtung 11 wird somit ein Sollwinkel vorgegeben, welcher von der Lenkungsvorrichtung 11 selbständig eingeregelt wird. Dadurch kann eine Ausregelung des Sollwinkels unabhängig Störgrößen, beispielsweise von äußeren Einflüssen, insbesondere fahrzeugspezifischen Effekten der benötigten Signale, z.B. Zeitverzögerungen, Signalauflösung, welche die Regelgüte mindern könnten, erzielt werden.
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Somit wird jederzeit eine präzise und schnelle Einstellung des Sollwinkels ermöglicht.
