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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung bzw. Steuereinheit zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit der Steuervorrichtung und/oder ein (Steuer-) Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs. Zusätzlich oder alternativ wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Zusätzlich oder alternativ wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Automobilen, werden vermehrt Fahrerassistenzsysteme verbaut.
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Fahrerassistenzsysteme (FAS; englisch (Advanced) Driver Assistance Systems, (A)DAS) sind elektronische, insbesondere mechatronische, Einrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte, aber auch die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund.
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Dabei existieren Fahrerassistenzsysteme, welche ausgestaltet sind, um eine Längs- und Querführung eines Kraftfahrzeugs automatisiert zu steuern. Dies kann unter anderem ein assistiertes Abbiegen in Kreuzungssituationen im urbanen Raum umfassen, wobei aufgrund sog. Steer-by-Wire Systemen ein im Vergleich zu herkömmlichen Lenkungen mit mechanischer Kraftübertragung gestiegenes Potential von Regelungsmöglichkeiten für Fahrerassistenzsysteme vorliegt.
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Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Fahrerassistenzsystemen kann es jedoch unter anderem dazu kommen, dass beim automatisierten bzw. assistierten Abbiegen, bei dem ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs automatisiert bewegt wird, ein Umgreifen des Fahrers erforderlich ist.
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine verbesserte Vorrichtung und/oder ein verbessertes Verfahren anzugeben, welche jeweils geeignet sind, den Stand der Technik zu bereichern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die nebengeordneten Ansprüche und die Unteransprüche haben jeweils optionale Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
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Danach wird die Aufgabe durch eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei die Steuervorrichtung ausgestaltet ist, um einen Verlauf eines Kurvenradius und/oder einer Kurvenkrümmung zu ermitteln, und eine Lenkung des Kraftfahrzeugs basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung zu steuern. Das Steuern der Lenkung umfasst ein kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung und/oder ein Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung basierend auf dem Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung, optional entsprechend einem Mittelwert des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung.
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Die Steuervorrichtung bzw. Steuereinheit kann Teil des Fahrassistenzsystems sein oder dieses darstellen. Bei der Steuervorrichtung kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuereinheit (engl. ECU = electronic control unit) handeln. Die elektronische Steuereinheit kann eine intelligente prozessorgesteuerte Einheit sein, die z.B. über ein Central Gateway (CGW) mit anderen Modulen kommunizieren kann und die ggf. über Feldbusse, wie den CAN-Bus, LIN-Bus, MOST-Bus, FlexRay und/oder über Automotive-Ethernet, z.B. zusammen mit Telematiksteuergeräten und/oder einer Umfeldsensorik, das Fahrzeugbordnetz bilden kann.
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Denkbar ist, dass die Steuervorrichtung für das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs relevante Funktionen, wie die Lenkung, die Motorsteuerung, die Kraftübertragung, und/oder das Bremssystem, steuert. Außerdem können Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ein Parkassistent, eine angepasste Geschwindigkeitsregelung (ACC, engl. Adaptive Cruise Control), ein Spurhalteassistent, ein Spurwechselassistent, eine Verkehrszeichenerkennung, eine Lichtsignalerkennung, ein Anfahrassistent, ein Nachtsichtassistent und/oder ein Kreuzungsassistent, von der Steuervorrichtung gesteuert werden.
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Unter dem Begriff des Kurvenradius bzw. Radius einer Kurve kann der Radius verstanden werden, den das Kraftfahrzeug fährt, wenn es der einer Soll-Trajektorie durch die Kurve folgt. Im Einklang mit einigen Ausführungsformen kann unter dem Begriff des Kurvenradius auch der Radius der Kurve bzw. der Fahrbahn oder Fahrspur verstanden werden, wie sie sich in einer digitalen Karte oder gemäß einem Umfeldmodell (z.B. u.a. aufgrund einer optischen Erfassung mittels einer Kamera) darstellt. Analoges gilt für den Begriff der Kurvenkrümmung.
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Unter dem Verlauf des Kurvenradius ist dessen Größe bzw. dessen Betrag, optional auch eine Veränderung des Betrags, im Laufe der Kurvenfahrt gemeint. Analoges gilt für den Verlauf der Kurvenkrümmung.
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Bei der Kurvenfahrt kann es sich um ein Abbiegemanöver und/oder eine Fahrt um insbesondere enge Kurven, z.B. an einer Spitzkehre bei einer Serpentinenfahrt, handeln.
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Insofern hierin der Begriff „Steuern“, „steuern“ oder „Steuerung“ verwendet wird, ist darunter ein Steuern und/oder Regeln bzw. steuern und/oder regeln bzw. Steuerung und/oder Regelung zu verstehen.
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Bei der Kurvenfahrt kann das (automatisierte) Steuern der Lenkung gemäß einigen Ausführungsformen unterstützend zu einer ansonsten manuellen Querführung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen kann das automatisierte Steuern der Lenkung ohne einen manuellen Eingriff auskommen.
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Die oben beschriebene Steuervorrichtung bietet dabei eine Reihe von Vorteilen. Unter anderem erlaubt diese es, einen Lenkradwinkel in längs- und quergeführten Abbiegesituationen unter Berücksichtigung des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung in der Abbiegesituationen einzustellen, wie nachfolgend weiter im Detail beschrieben.
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Nachfolgend werden mögliche Weiterbildungen der oben beschriebenen Steuervorrichtung im Detail erläutert.
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Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um eine Soll-Trajektorie des Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt zu ermitteln und den Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung basierend auf der Soll-Trajektorie zu ermitteln.
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Insofern hierin die Begriffe „Soll-“ und „Ist-“ verwendet werden, ist mit dem Soll-Wert ein gewünschter bzw. zu erreichender Wert gemeint. Der Ist-Wert hingegen ist der tatsächlich in der Realität existierende Wert.
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Unter dem Begriff Trajektorie kann ein Pfad verstanden werden, entlang welchem sich das Kraftfahrzeug bewegt bzw. bewegen soll. Neben Ort- bzw. Positionsinformationen kann die Trajektorie auch eine zeitliche Komponente umfassen, d.h. wann soll das Kraftfahrzeug wo sein.
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Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um die Soll-Trajektorie basierend auf einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs und Kartendaten zu bestimmen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Soll-Trajektorie basierend auf dem Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung ermittelt wird.
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Die Kartendaten können eine Spurmittellinie einer Abbiegespur und/oder eine Trajektorie zumindest eines Kraftfahrzeugs, welches die Kurvenfahrt bereits durchgeführt hat, umfassen und die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um basierend auf der Spurmittellinie und/oder der Trajektorie die Soll-Trajektorie zu ermitteln.
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Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um die Soll-Trajektorie basierend auf einer Längs- und Spurführung, die basierend auf Sensordaten einer Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs bestimmt wurde, zu bestimmen.
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Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um beim Erzeugen des Steuersignals eine Gierrate, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, die basierend auf Sensordaten zumindest eines Fahrdynamiksensors des Kraftfahrzeugs bestimmt wurde bzw. wurden, zu berücksichtigen.
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Das Steuern der Lenkung kann so erfolgen, dass ein Lenkradwinkel eines Lenkrads der Lenkung des Kraftfahrzeugs einen vorbestimmten maximalen Lenkradwinkel nicht übersteigt.
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Das oben Beschriebene lässt sich mit anderen Worten und auf eine mögliche konkretere Ausgestaltung der Offenbarung wie nachfolgend beschrieben zusammenfassen, wobei die nachfolgende Beschreibung als für die Offenbarung nicht einschränkend auszulegen ist.
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Angenommen werden kann im Allgemeinen eine Fahrsituation, bei der ein (Kraft-) Fahrzeug durch ein ADAS-System assistiert längs-/quergeführt in eine Kreuzung einfährt und ein Abbiegemanöver nach links oder rechts durchführt. Durch eine spurgenaue Positionierung des Fahrzeugs kann bei Einfahrt in die Kreuzung sowie Karteninformationen, z.B. einer vermessenen Spurmittellinie der Abbiegespur, eine Soll-Trajektorie für das Abbiegemanöver ermittelt werden. Die Karteninformationen können hierbei z.B. auch aus statistischen Auswertungen von gefahrenen Trajektorien einer Fahrzeugflotte im Abbiegemanöver ermittelt werden. Die Soll-Trajektorie kann zudem aus einer Spurführung abgeleitet werden, die über die Umfeldsensorik des Fahrzeuges ermittelt wird (z.B. Radar, Lidar, Kamerasystem mit Bildverarbeitung usw.).
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Aus der so gewonnen Soll-Trajektorie kann der Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung der Trajektorie des Abbiegemanövers ermittelt werden. Neben der Berücksichtigung von Gierrate, Längs- und Querbeschleunigung aus Fahrdynamiksensoren kann durch Kenntnis des Verlaufs des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung der Soll-Trajektorie über eine Regelung der Lenkübersetzung ein definierter Verlauf der Drehbewegung des Lenkrades des Fahrzeugs realisiert werden. Die Lenkradbewegung kann somit u.A. in Abhängigkeit des zu realisierenden Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung geregelt werden.
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Die Lenkübersetzung kann dabei kontinuierlich entsprechend des Verlaufs des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung geregelt werden oder auf einen fest eingestellten Wert, z.B. entsprechend des minimalen oder maximalen auftretenden Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung des Abbiegemanövers, eingestellt werden.
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Die Lenkübersetzung zwischen Lenkradwinkel und realisiertem Lenkwinkel kann durch verschiedene Methoden/Systeme gesteuert, optional geregelt werden, z.B. durch ein Anpassung einer Lenkübersetzung an einer Vorderachslenkung mittels eines Überlagerungsgetriebes (sog. „Aktive Vorderachslenkung“), durch eine Anpassung einer Lenkübersetzung mittels eines Einstellens eines Lenkwinkels an einer aktiven Hinterachslenkung und/oder durch ein Anpassen einer Lenkübersetzung eines Steer-By-Wire Systems an der Vorder- und/oder der Hinterachse.
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Angenommen werden kann im Speziellen eine Fahrsituation, bei der ein Fahrzeug durch ein ADAS-System assistiert längs-/quergeführt in eine Kreuzung einfährt und ein Abbiegemanöver nach rechts mit einem minimalen Kurvenradius von z.B. 10m durchführt. Aus der spurgenauen Positionierung des Fahrzeugs bei der Einfahrt in die Kreuzungssituation und einer vermessenen Mittelline kann die Soll-Trajektorie und der Soll-Geschwindigkeitsverlauf des Abbiegemanövers ermittelt werden. Neben den für die Querregelung zu realisierenden regelnden Lenkmomenten aus Signalen der Fahrdynamiksensoren zu Gierrate, Längs- und Querbeschleunigung sowie einer Regelungslogik bzw. eines Modells zur Abbildung der Fahrzeugdynamik kann ein Soll-Verlauf der Lenkübersetzung ermittelt werden, um einen definierten Lenkradwinkelverlauf zu realisieren, der ein Umgreifen am Lenkrad im Abbiegemanöver nicht erforderlich macht. Über ein Steer-by-Wire System können die zu realisierenden Lenkmomente mit entsprechender Lenkübersetzung eingestellt werden.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit der oben beschriebenen Steuereinheit bereitgestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, insbesondere ein Automobil, oder ein Nutzfahrzeug, wie einen Lastkraftwagen, handeln.
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Das Kraftfahrzeug kann automatisiert sein. Das Kraftfahrzeug kann ausgestaltet sein, um mittels der Steuervorrichtung eine Längsführung und/oder eine Querführung bei einem automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise zu übernehmen.
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Das automatisierte Fahren kann so erfolgen, dass die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs (weitgehend) autonom erfolgt. Das automatisierte Fahren kann zumindest teilweise und/oder zeitweise durch die Steuervorrichtung gesteuert werden.
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Denkbar ist, dass das Kraftfahrzeug durch ein Fahrassistenzsystem aktiv, z.B. durch eine Anpassung einer Ist-Lenkradposition, und optional passiv, z.B. durch eine Anzeige eines Abbiegehinweises, in die Querführung des Kraftfahrzeugs eingreift.
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Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Ferner wird ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Verfahren ein Ermitteln eines Verlaufs eines Kurvenradius und/oder eines Kurvenkrümmung und ein Steuern einer Lenkung des Kraftfahrzeugs basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung umfasst. Das Steuern der Lenkung umfasst ein kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung und/oder ein Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung basierend auf dem Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung, optional entsprechend einem Mittelwert des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung.
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Bei dem Steuerverfahren kann es sich um ein computer-implementiertes Verfahren handeln, d.h. einer, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens können zumindest teilweise von einem Computer bzw. einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung, optional der Steuervorrichtung, ausgeführt werden.
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Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung und zum Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das Steuerverfahren und umgekehrt.
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Ferner wird ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus- bzw. durchzuführen, bereitgestellt. Ein Programmcode des Computerprogramms kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für Steuerungen von Kraftfahrzeugen geeignet ist.
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Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung, zum Kraftfahrzeug und zum Verfahren Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und umgekehrt.
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Ferner wird ein computerlesbares Medium, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, bereitgestellt. Das computerlesbare Medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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Das heißt, es kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, das ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie zum Beispiel einen USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD-Karte.
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Das Computerprogramm muss nicht zwingend auf einem solchen computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, um dem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt zu werden, sondern kann auch über das Internet oder anderweitig extern bezogen werden.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Steuervorrichtung, zum Computerprogramm und zum Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das computerlesbare Medium und umgekehrt.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu 1 und 2 beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer offenbarungsgemäßen Steuervorrichtung in einer beispielhaften Fahrsituation in einer Vogelperspektive, und
- 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines von der Steuervorrichtung in der in 1 dargestellten Fahrsituation ausgeführten, offenbarungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Betriebs des Kraftfahrzeugs.
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Das in 1 lediglich schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist ein Lenkrad 5, eine Vorderachslenkung 6, eine Hinterachslenkung 7, wobei die drei vorgenannten Teile einer Lenkung bzw. eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs 1 sind, und eine sowohl zur Vorderachslenkung 6, zur Hinterachslenkung 7 als auch zum Lenkrad 5 verbundene Steuervorrichtung 8 auf. Bei dem Lenksystem bzw. der Lenkung des Kraftfahrzeugs 1 handelt es sich vorliegend um ein sog. Steer-by-Wire System. Unter Steer-by-Wire versteht man ein System in der Fahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von dem Lenkrad 5 über eines oder mehrere Steuergeräte ausschließlich elektrisch (aber optional mit mechanischer Rückfallebene) zu einem jeweiligen elektromechanischen Aktor der Vorderachslenkung 6 und der Hinterachslenkung 7, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen System keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 5 und gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs 1.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 nähert sich einer Kreuzung 9, an der es entweder gesteuert durch die Steuervorrichtung 8 entweder nach rechts oder nach links abbiegen wird. Um den Abbiegevorgang zu steuern, führt die Steuervorrichtung das nachfolgend auch mit Bezug zu 2 im Detail beschriebene (Steuer-) Verfahren aus.
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In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens bestimmt bzw. ermittelt die Steuervorrichtung 8 eine Soll-Trajektorie 21 für die Kurvenfahrt, bei der er sich vorliegend um eine Abbiegemanöver des Kraftfahrzeugs 1 handelt. Die Steuervorrichtung 8 bestimmt die Soll-Trajektorie 21 vorliegend basierend auf einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs 1 und Kartendaten, in denen eine Spurmittellinie 2 einer Abbiegespur 22 hinterlegt ist. Dabei sei angemerkt, dass zusätzlich oder alternativ bei der Bestimmung der Soll-Trajektorie 21 eine in den Kartendaten hinterlegte Trajektorie genutzt werden kann, die basierend auf aufgezeichneten Trajektorien von mehreren Kraftfahrzeugen einer Kraftfahrzeugflotte stammen, welche das Abbiegemanöver bereits durchgeführt haben. Denkbar ist auch, zusätzlich oder alternativ, also optional auch ohne die Kartendaten, dass die Steuervorrichtung 8 die Soll-Trajektorie 21 basierend auf einer Spurführung, die basierend auf Sensordaten einer (nicht dargestellten) Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt wurde, bestimmt.
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In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens bestimmt bzw. ermittelt die Steuervorrichtung 8 einen Verlauf eines Kurvenradius 10 der Soll-Trajektorie 21 basierend auf der Soll-Trajektorie 21. Je nachdem welche Soll-Trajektorie 21 in dem ersten Schritt S1 ermittelt wurde, wobei hier verschiedene Trajektorien möglich sind, wie durch weitere mögliche Soll-Trajektorien 3 bzw. 4 in 1 angedeutet, kann der Kurvenradius 10 entlang des Abbiegemanövers variieren. Dies ist beispielsweise im in 1 dargestellten Beispiel der Fall, wenn das Kraftfahrzeug 1 nach links abbiegt. Beim Abbiegen nach links nimmt der Kurvenradius 10 im Laufe des Abbiegemanövers zu, d.h. die Krümmung der Soll-Trajektorie 21 nimmt ab.
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In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens steuert das Steuergerät 8 die Vorder- und die Hinterachslenkung 6, 7, genauer gesagt die jeweils dafür vorgesehene Aktorik, und damit zumindest die Querführung des Kraftfahrzeugs 1 basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius 10 so an, dass das Kraftfahrzeug 1 bei dem Abbiegemanöver möglichst exakt der Soll-Trajektorie 21 folgt. Denkbar ist auch, dass das Steuergerät das Abbiegemanöver vollständig automatisiert durchführt, d.h. zusätzlich zur Querführung auch die Längsführung des Kraftfahrzeugs 1 während dem Abbiegemanöver steuert. Dabei berücksichtigt das Steuergerät 8 eine Gierrate, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1, die basierend auf Sensordaten zumindest eines (nicht dargestellten) Fahrdynamiksensors des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt wurden. Auch das Steuern der Lenkung kann auf verschiedene miteinander kombinierbare Arten erfolgen.
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Beispielsweise kann ein kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung und/oder ein Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung, optional entsprechend einem Mittelwert des Kurvenradius 10, durch die Steuervorrichtung 8 erfolgen. Das Steuern der Lenkung kann aber auch, zusätzlich oder alternativ, so erfolgen, dass ein Lenkradwinkel des Lenkrads 5 der Lenkung des Kraftfahrzeugs 1 einen vorbestimmten maximalen Lenkradwinkel nicht übersteigt, d.h. sodass ein Fahrer bei dem Abbiegemanöver nicht übergreifen muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Spurmitte
- 21
- Soll-Trajektorie
- 22
- Abbiegespur
- 3
- Varianz Soll-Trajektorie bei Abbiegemanöver nach rechts
- 4
- Varianz Soll-Trajektorie bei Abbiegemanöver nach links
- 5
- Lenkrad
- 6
- Vorderachslenkung
- 7
- Hinterachslenkung
- 8
- Steuergerät
- 9
- Kreuzung
- 10
- Kurvenradius
- S1 - S3
- Verfahrensschritte