DE19702383A1 - Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System - Google Patents

Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System

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DE19702383A1
DE19702383A1 DE19702383A DE19702383A DE19702383A1 DE 19702383 A1 DE19702383 A1 DE 19702383A1 DE 19702383 A DE19702383 A DE 19702383A DE 19702383 A DE19702383 A DE 19702383A DE 19702383 A1 DE19702383 A1 DE 19702383A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenksy­ stem, welches die Anstrengung eines Fahrzeugfahrers unter­ stützen kann, der Fahrspur oder der Form der Straße zu folgen, und insbesondere auf ein Fahrzeuglenksystem, welches effektiv verhindern kann, daß das Fahrzeug von der Fahrspur oder der Straße aufgrund einer ungenügenden Aufmerksamkeit des Fahr­ zeugfahrers abweicht, während jegliche absichtliche Abweich- oder Ausbrechbewegung des Fahrzeugs zugelassen ist.
Es gibt eine Vielzahl an Vorschlägen, um zu verhindern, daß ein Fahrzeug von einer vorgeschriebenen Fahrspur oder Fahrbahn oder Straße aufgrund eines Abfalls der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers abweicht. Beispielsweise offenbart die japa­ nische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 6-255514 ein Lenk- Steuer/Regel-System, welches die momentane Position des Fahr­ zeugs bezüglich einer Fahrbahnaufteilungslinie erfaßt, indem deren Bild durch eine Bildverarbeitungseinrichtung erfaßt wird, und welche ein Kraftlenkungssystem derart steuert/re­ gelt, daß das Fahrzeug zentral in der Fahrspur gehalten wird.
Dieses vorgeschlagene Lenk-Steuer/Regel-System kann jegliche Absicht des Fahrzeugfahrers zum Ändern der Fahrspur oder zum Durchführen einer Rechts- oder Linkskurve lediglich durch die Aktivierung eines Lenksignals erfassen. Daher kann das System in der Lage sein, jegliche Abweichung des Fahrzeugs von einem geraden Weg zu erfassen, welche unbeabsichtigt durch den Fahrzeugfahrer verursacht wird, ist jedoch nicht in der Lage, in geeigneter Weise auf jegliche beabsichtigte Anstrengung des Fahrzeugfahrers zum Herauslenken des Fahrzeugs aus einem geraden Weg zu erfassen. Wenn beispielsweise der Fahrzeug­ fahrer versucht, einem Objekt auf der Straße durch Heraus­ lenken des Fahrzeugs aus einem geraden Kurs auszuweichen, dann könnte das Lenk-Steuer/Regel-System, welches nicht in der Lage ist, die Absicht des Fahrers zu erfassen, einer derartigen durch den Fahrzeugfahrer gemachten Anstrengung entgegenwirken.
Es wird somit gewünscht, ein Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System vorzusehen, welches zwischen einem unbeabsichtigten Abweichen des Fahrzeugs von einem geeigneten Kurs oder einer geeigneten Bahn und einem absichtlichen Abweichen des Fahrzeugs von einem ursprünglich vorgesehenen Bewegungsweg unterscheiden kann.
In Anbetracht derartiger Probleme des Stands der Technik ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahr­ zeuglenk-Steuer/Regel-System vorzusehen, welches automatisch ein Fahrzeug auf einem vorgeschriebenen Bewegungsweg halten kann, welches jedoch dem Fahrzeugfahrer das Lenken des Fahr­ zeugs aus dem vorgeschriebenen Bewegungsweg heraus ermöglicht, wenn dies erforderlich ist, ohne einer derartigen Anstrengung des Fahrzeugfahrers entgegenzuwirken.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System vorzusehen, welches ein Fahrzeug jederzeit auf einem vorgesehenen Bewegungsweg halten kann, indem zwischen dem Vorhandensein oder dem Abhandensein jeglicher beabsichtigter manueller Lenkbetätigung unterschie­ den wird.
Es ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System vorzusehen, welches die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers erfassen kann und welches die erfaßte Aufmerksamkeit oder Wachheit des Fahrzeugfahrers in den Lenk-Steuer/Regel-Parametern wiedergeben kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese und weitere Aufgaben durch das Vorsehen eines Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-Systems gelöst, welches umfaßt: ein manuelles Lenkeingabe­ mittel zum manuellen Betätigen eines Lenksystems eines Fahr­ zeugs, ein Stellglied zum Vorsehen eines zusätzlichen oder Hilfs- Lenkdrehmoments bei dem Lenksystem, ein Ist-Richtungs­ erfassungsmittel zum Erfassen einer Ist-Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, ein Soll-Richtungsbestimmungsmittel zum Definieren einer Soll-Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, ein Abweichungs­ berechnungsmittel zum Bestimmen einer Abweichung der Ist-Bewegungsrichtung von der Soll-Bewegungsrichtung, ein Steuer/ Regel-Mittel zum Steuern/Regeln des Stellglieds derart, daß die durch das Abweichungsberechnungsmittel bestimmte Abwei­ chung verringert wird, und ein Aufmerksamkeitsbestimmungs­ mittel zum Bestimmen einer Aufmerksamkeit eines Fahrers des Fahrzeugs aus einem Betriebszustand des Fahrzeugs, wobei das Steuer/Regel-Mittel ein Befehlsdrehmoment für das Stellglied für einen gegebenen Wert der Abweichung bei einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers erhöht.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Lenk-Steue­ rung/Regelung mehr automatisiert, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrers nachläßt. Wenn beispielsweise die Aufmerksamkeit des Fahrers sehr gering ist und der Fahrzeugfahrer möglicherweise sogar eingenickt ist, dann wird das Fahrzeug automatisch dazu gebracht, sich entlang des geeigneten Bewegungswegs zu bewe­ gen, da das Lenk-Steuer/Regel-System dann seine Einwirkung auf die Lenksteuerung maximal macht. In einem derartigen Fall kann es geeignet sein, den Fahrzeugfahrer in geeigneter Weise zu warnen, beispielsweise durch Anlegen eines Vibrations-Drehmo­ ments an das Lenkrad.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeug­ fahrers hoch ist, die Einwirkung des Steuer/Regel-Systems bei der Lenk-Steuerung/Regelung minimal gemacht und der absicht­ lichen Lenkanstrengung des Fahrzeugfahrers wird nicht durch das Lenk-Steuer/Regel-System entgegengewirkt, selbst wenn eine extreme Lenkbetätigung durchgeführt wird.
Das Ist-Richtungserfassungsmittel kann einen geomagnetischen Sensor umfassen, und das Soll-Richtungsbestimmungsmittel kann ein globales Positionierungssystem (GPS) umfassen, welches eine Form einer Straße vor dem Fahrzeug bestimmen kann. Typi­ scherweise umfaßt das Steuer/Regel-Mittel einen Rückkopplungs­ regler, welcher ein zusätzliches Befehlsdrehmoment für das Stellglied befiehlt, um die durch das Abweichungsberechnungs­ mittel bestimmte Abweichung zu minimieren, beispielsweise durch Erhöhen der Regel-Verstärkung des Rückkopplungsreglers in Proportion zu einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahr­ zeugfahrers.
Die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers kann durch Sammeln von Daten über das manuelle Lenkdrehmoment, welches an das manu­ elle Lenkeingabemittel angelegt wird, bestimmt werden. Norma­ lerweise nimmt bei einem Abfall der Aufmerksamkeit des Fahr­ zeugfahrers das Auftreten abrupter korrigierender Lenkbetäti­ gungen zu. Daher ist es durch Erfassen jedes Auftretens eines manuellen Lenkdrehmoments, welches einen Schwellenwert über­ schreitet, und das Zählen des Auftretens manueller Lenkdrehmo­ mente, welche den Schwellenwert überschreiten, möglich, die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers mit einer hinreichenden Genauigkeit auszuwerten.
Beruhend auf der jüngsten Entwicklung der Technologie globaler Positionierungssysteme ist es möglich, die Form der Straße vor dem Fahrzeug zu bestimmen. Daher kann das Aufmerksamkeits­ bestimmungsmittel ferner ein Mittel zum Erfassen einer Ist-Gierrate, ein Mittel zum Vorhersagen einer Referenz-Gierrate, welche aus der Form der Straße vor dem Fahrzeug, die durch das globale Positionierungssystem bestimmt wird, vorhergesagt wird, und ein Mittel zum Sammeln von Daten über eine Abwei­ chung der Ist-Gierrate von der Referenz-Gierrate umfassen.
Durch Integrieren der Gierrate des Fahrzeugs ist es jederzeit möglich, die absolute Richtung des Fahrzeugs zu bestimmen. Daher kann, anstelle des Messens der Richtung des Fahrzeugs, die Gierrate des Fahrzeugs mit einer Referenz-Gierrate ver­ glichen werden, welche aus einer Karteninformation über die vor dem Fahrzeug liegende Straße vorhergesagt wird, so daß das Fahrzeug der Straße folgen kann. Gemäß einem Aspekt der vor­ liegenden Erfindung kann das Fahrzeug-Lenk-Steuer/Regel-System der vorliegenden Erfindung umfassen: ein manuelles Lenkeinga­ bemittel zum manuellen Betätigen eines Lenksystems eines Fahrzeugs, ein Stellglied zum Vorsehen eines zusätzlichen Lenkdrehmoments für das Lenksystem, ein Navigationsführungs­ mittel zum Vorhersagen eines Fahrtwegs des Fahrzeugs, ein Ist-Giererfassungsmittel zum Erfassen einer Ist-Gierrate des Fahrzeugs, ein Soll-Giererfassungsmittel zum Bestimmen einer Soll-Gierrate des Fahrzeugs gemäß dem durch die Navigations­ führungsmittel vorhergesagten Fahrtweg, ein Abweichungsberech­ nungsmittel zum Bestimmen einer Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate, ein Steuer/Regel-Mittel zum Steuern/Regeln des Stellglieds derart, daß die durch das Abweichungs­ berechnungsmittel bestimmte Abweichung verringert wird, und ein Aufmerksamkeitsbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Aufmerksamkeit eines Fahrzeugfahrers aus einem Betriebszustand des Fahrzeugs, wobei das Steuer/Regel-Mittel ein Befehlsdreh­ moment für das Stellglied für einen gegebenen Wert der Ab­ weichung bei einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahrzeug­ fahrers erhöht.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein Gesamtblockdiagramm eines elektrischen Kraft­ lenksystems ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufge­ baut ist,
Fig. 2 eine diagrammatische Ansicht der mechanischen Anordnung des elektrischen Kraftlenkungssystems ist,
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Fahrzeugnavigationssystems ist,
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 5 ein Wellendiagramm zum Zeigen des Prinzips zum Analysieren des Lenkdrehmoments zum Auswerten der Aufmerksam­ keit des Fahrzeugfahrers ist,
Fig. 6 ein Blockdiagramm des Systems zum Bestimmen der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers aus dem Lenkdrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist,
Fig. 7 ein Graph ist, welcher die Änderung des zusätzli­ chen Lenkdrehmoments bezüglich der Richtungsabweichung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Aufmerksamkeit des Fahrzeug­ fahrers zeigt,
Fig. 8 ein Graph ist, welcher die Änderung des Vibra­ tions-Drehmoments zeigt, welches an das Lenkrad als Warnung in Abhängigkeit sowohl von der Richtungsabweichung als auch der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers angelegt wird, und
Fig. 9 ein Graph ist, welcher das Gesamtdrehmoment darstellt, welches das Lenkstellglied auf das Lenksystem ausübt.
Die Fig. 1 zeigt die Gesamtstruktur eines elektrischen Kraft­ lenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Lenkungssystem umfaßt eine Ist-Richtungserfassungseinheit 1, umfassend eine geomagnetischen Sensor, zum Erfassen einer Ist-Richtung β eines Fahrzeugs 2, eine Soll-Richtungsbestimmungs­ einheit 4, welche die Tangentialrichtung α der Straße unmit­ telbar vor dem Fahrzeug gemäß der aus einem Fahrzeugnaviga­ tionssystem 3 (welches nachfolgend beschrieben wird) erhalte­ nen Information bestimmt, eine Abweichungsberechnungseinheit 5 zum Erfassen einer Abweichung er der Ist-Fahrzeugrichtung β von der Soll-Richtung α, eine Soll-Zusatzdrehmomentbestim­ mungseinheit 7 zum Berechnen eines zusätzlichen oder Hilfs-Drehmoments T₀, welches ein Elektromotor 6 erzeugen soll, um die Abweichung er zu verringern, und eine Motorantriebseinheit 8 zum Zuführen eines Befehlssignals zu dem Elektromotor 6, welches dem zusätzlichen Drehmoment T₀ entspricht, das durch die Soll-Zusatzdrehmomentbestimmungseinheit 7 erhalten wird.
Dieses elektrische Kraftlenkungssystem ist in der Lage, das Drehmoment zu erzeugen, welches erforderlich ist, um das Fahrzeug selbst zu steuern, liefert jedoch normalerweise ein variables Soll-Zusatz- oder Hilfs-Drehmoment T₀ durch Verwendung des Elektromotors 6 aus der Soll-Zusatzdrehmomentbestimmungs­ einheit 7 in Abhängigkeit von dem Wert eines Signals K, das von einer Aufmerksamkeitsbestimmungseinheit 9 (welche nachfol­ gend beschrieben wird) geliefert wird. Das Signal entspricht einem Niveau der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers, wie nachfolgend beschrieben. Ein manuelles Lenkdrehmoment Ts, welches an ein Lenkrad angelegt wird, wird durch einen Lenk­ drehmomentsensor 10 erfaßt. Nur wenn das manuelle Lenkdrehmo­ ment Ts einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, dann führt das Kraftlenkungssystem seine Funktion als ein normales Kraftlenkungssystem durch Berechnung eines Soll-Unterstüt­ zungsdrehmoments TA in einer Soll-Unterstützungsdrehmomentbe­ stimmungseinheit 13 aus einem Ausgangssignal θs eines Lenkwin­ kelsensors 11 und einem Signal Vs von einem Fahrzeuggeschwin­ digkeitssensor 12 sowie dem manuellen Lenkdrehmoment Ts durch und addiert das Soll-Unterstützungsdrehmoment TA zu dem varia­ blen Soll-Zusatzdrehmoment T₀.
Die Fig. 2 zeigt die mechanische Struktur des elektrischen Kraftlenkungssystems, welches in Fig. 1 gezeigt ist. Das elektrische Kraftlenkungssystem umfaßt ein Lenkrad 21, eine Lenkwelle 22, welche integral mit dem Lenkrad 21 verbunden ist, ein Ritzel 24, welches mit der Lenkwelle 22 über eine Verbindungswelle 23 verbunden ist, die mit einem Paar von Universalgelenken 23a und 23b versehen ist, und ein Zahn/Gewinde-Stangen- und Ritzel-Lenkgetriebesystem 28, umfassend eine Zahn- oder Gewindestange 27, welche mit dem Ritzel 24 kämmt und Achsschenkelarme 26 linker und rechter Vorderräder W über Spurstangen 25 durch seitliche Bewegung bezüglich der Fahrzeugkarosserie betätigt. Das elektrische Kraftlenkungs­ system enthält den Elektromotor 6, welcher bezüglich der Gewindestange 27 koaxial angeordnet ist, und einen Kugel- und Muttermechanismus 29, welcher das Drehmoment des Elektromotors 6 in eine axiale Schubkraft der Gewindestange 27 umwandelt.
Das Lenksystem umfaßt ferner eine Steuer/Regel-Einheit 30, welche die Ausgabe des Elektromotors 6 gemäß dem Signal Ts von dem Lenkdrehmomentsensor 10, der dem Ritzel 24 zugeordnet ist, dem Signal θs, das von dem Lenkwinkelsensor 11 erhalten wird, der an dem Ritzel 24 angeordnet ist, um den Lenkwinkel des Lenkrads 21 zu erfassen, und dem Signal Vs von dem Fahrzeug­ geschwindigkeitssensor 12 steuert/regelt.
Die Fig. 3 zeigt die Struktur des Fahrzeugnavigationssystems 3 zum Bestimmen der Soll-Richtung des Fahrzeugs. Das Fahr­ zeugnavigationssystems 3 umfaßt ein Inertial-Navigationssystem 41, welches die Trajektorie des Fahrzeugs gemäß Signalen γ und Vs von einem Gierratensensor 14 und dem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor 12 bestimmt, eine Karteninformationsausgabeeinheit 42, welche eine CD-ROM umfassen kann, die Karteninformation enthält, eine Kartenanpassungs/Übereinstimmungseinheit 43, welche die Ist-Trajektorie des Fahrzeugs mit der Karteninfor­ mation vergleicht, ein Satellitennavigationssystem 45, welches die globale Position des Fahrzeugs gemäß einem Signal von einer GPS-Antenne 44 bestimmt, eine Positionsbestimmungsein­ heit 46, welche die Position des Fahrzeugs auf der Karte gemäß der Positionskoordinate, die durch die Kartenanpassungseinheit 43 erzeugt wird, und der Positionskoordinate, welche durch das Satellitennavigationssystem 45 erzeugt wird, bestimmt, und eine Weg-Such-Einheit 48 zum Suchen eines Wegs von einer momentanen Position des Fahrzeugs, welche durch die Positions­ bestimmungseinheit 46 bestimmt wird, zu einer Zielposition des Fahrzeugs, welche durch eine Zieleingabeeinheit 47 bestimmt wird. Die Position des Fahrzeugs kann ebenso durch ein Funk­ feuer B bestimmt werden.
Der durch die Weg-Such-Einheit 48 gesuchte Weg besteht aus einer Anzahl an Punkten. Der Ort des Fahrzeugs t Sekunden nach dem momentanen Zeitpunkt kann durch Leiten der Weginformation und der momentanen Positionsinformation zu einer Positions­ vorhersageeinheit 49 und durch Integrieren der Fahrgeschwin­ digkeit Vs des Fahrzeugs vorhergesagt werden. Die Tangential­ richtung an jedem Punkt des vorhergesagten Bewegungswegs des Fahrzeugs wird durch die Soll-Richtungsbestimmungseinheit 4 vorhergesagt. Wieweit vor dem Fahrzeug der Punkt, an welchem die Tangentialrichtung vorhergesagt werden soll, plaziert werden soll, kann gemäß der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Rechenkapazität des Steuer/Regel-Systems ausgewählt werden.
Wenn angenommen wird, daß die Richtung der Tangentiallinie des Punkts des Wegs, den das Fahrzeug in t Sekunden erreicht, αt ist, und daß die vorhergesagte Richtung des Fahrzeugs t Sekun­ den nach der momentanen Position βt ist, dann ist die Rich­ tungsabweichung zu diesem Zeitpunkt: ert = αt - βt. Somit kann das Fahrzeug dem Weg folgen, wenn der Elektromotor 6 ein Lenkdrehmoment erzeugt, so daß die Richtungsabweichung ert minimal wird. Daher wird es durch Durchführung einer Rückkopp­ lungssteuerung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors 6 zum Minimieren der Abweichung zwischen der Soll-Richtung αt und der Ist-Richtung βt des Fahrzeugs möglich, zu verhindern, daß das Fahrzeug von dem beabsichtigten Bewegungsweg oder Fahrtweg abweicht, selbst wenn der Fahrzeugfahrer nicht aufmerksam genug ist oder eingenickt ist.
Die Drehmoment-Steuerung/Regelung des Elektromotors 6 kann bezüglich der vorangehend beschriebenen Art und Weise, welche auf der Minimierung der Richtungsabweichung ert beruht, in unterschiedlicher Art und Weise durchgeführt werden. Bei­ spielsweise ist es anstelle des Ermittelns der Richtungsabwei­ chung ert ebenso möglich, eine Abweichung γert einer Ist-Gier­ rate γRt, welche von dem Gierratensensor 14 erhalten wird, von einem vorhergesagten Wert γPt einer Gierrate zu erhalten, welche für den Zeitpunkt t anhand der Form der Straße vor dem Fahrzeug durch Verwendung einer Referenzgierratenberechnungs­ einheit 51, wie in Fig. 4 dargestellt, vorhergesagt wird. Das Drehmoment des Elektromotors 6 wird in Rückkopplung derart geregelt, daß diese Gierratenabweichung γert minimiert wird.
Die Struktur der vorangehend erwähnten Aufmerksamkeitsbestim­ mungseinheit 9 wird nachfolgend beschrieben. Es ist bekannt, daß ein Fahrzeugfahrer dazu neigt, einen korrigierenden Lenk­ vorgang zu wiederholen, wenn er sich schläfrig fühlt und seine Aufmerksamkeit verlorengeht. Wenn er kurzzeitig einnickt, dann weicht das Fahrzeug von dem geeigneten Bewegungsweg ab. Er wacht jedoch unmittelbar danach auf und führt einen korrigie­ renden Lenkvorgang durch. In einem nicht vollständig wachen Zustand neigt der Fahrzeugfahrer dazu, diesen Vorgang zu wiederholen. Das Endergebnis ist ein wiederholter Lenkvorgang, welcher bei dem gegebenen Straßenzustand nicht erforderlich ist. Wenn dieser Zustand auftritt, dann nimmt der akkumulierte Wert des Lenkdrehmoments (oder der Gewindestangenschubkraft) von einem normalen Wert zu, wie in Fig. 5 gezeigt. Daher gibt dies ein Maß für die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers.
Beispielsweise wird die Anzahl des Auftretens eines Lenkdreh­ moments, welches in einem vorbestimmten Frequenzbereich liegt und welches einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, gezählt, und die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers wird durch Nachschlagen in einer Aufmerksamkeitsbestimmungstabelle ausge­ wertet, welche die Anzahl des Auftretens als einen Index verwendet. Die Unterscheidung zwischen einem normalen kor­ rigierenden Lenkvorgang und einem abnormalen Lenkvorgang aufgrund eines Mangels an Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers kann durch Nachschlagetabellen unter Verwendung der Größe des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit als Indizes durchgeführt werden (Fig. 6).
Ein Aufmerksamkeitskoeffizient K₁ kann somit als ein Wert definiert werden, welcher progressiv zunimmt, wenn die Auf­ merksamkeit des Fahrzeugfahrers abnimmt. Der Aufmerksamkeits­ koeffizient K₁ wird mit dem Soll-Zusatzdrehmoment in der Soll-Zusatzdrehmomentbestimmungseinheit 7 multipliziert, so daß der Verstärkungsgrad des Systems zum Bestimmen des Soll-Zusatz­ drehmoments für eine bestimmte Richtungsabweichung erhöht wird, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers abnimmt. Dies bedeutet, daß die Neigung des Systems zum Beibehalten des beabsichtigten Bewegungswegs zunimmt, und mit anderen Worten, das Ausmaß der Lenkautomatisierung nimmt zu, wenn die Auf­ merksamkeit des Fahrzeugfahrers abnimmt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers hoch ist, der Verstärkungsgrad des Systems zum Bestimmen des Soll-Zu­ satzdrehmoments für eine vorgegebene Richtungsabweichung verringert, so daß das Lenk-Steuer/Regel-System weniger in die beabsichtigte Lenkanstrengung des Fahrzeugfahrers eingreift (Fig. 7). Der zusätzliches Drehmoment-Befehlswert T₀ kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
T₀ = f₁(K₁, ert, Vs)
Es ist möglich, ein oszillierendes Drehmoment an das Lenkrad anzulegen, um den Fahrzeugfahrer wach zu machen, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. In diesem Falle kann die Amplitude Tv des oszillierenden Drehmoments als eine Funktion der Abweichung ert, des Aufmerksamkeitskoeffizienten K₁ und der Fahrzeugge­ schwindigkeit Vs gegeben sein, oder
Tv = f₂(K1, ert, Vs)
Ein Beispiel dieser Beziehung ist in Fig. 8 wiedergegeben.
Der Befehlsdrehmomentwert Tc, welcher an den Elektromotor 6 auszugeben ist, ist somit als eine Gesamtsumme des zusätzli­ chen Drehmoments T₀, des Unterstützungsdrehmoments TA und des oszillierenden Drehmoments Tv gegeben, wie in Fig. 9 gezeigt.
Die bei einem Abfall der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers auftretenden abrupten Lenkvorgänge treten ohne Berücksichti­ gung des Zustands der Straße auf. Es ist anzunehmen, daß, wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers gering ist, die Ist-Gierrate von der vorhergesagten Gierrate, welche aus dem Zustand oder der Form der Straße vorhergesagt wird, signifi­ kant abweicht. Daher ist es ferner möglich, die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers aus dem Ausmaß der Abweichung der Ist-Gierrate von der vorhergesagten Gierrate zu bestimmen. Wenn gewünscht, dann kann die Genauigkeit der Bestimmung der Auf­ merksamkeit des Fahrzeugfahrers weiter verbessert werden, indem die beiden Verfahren, welche auf den Änderungen des Lenkdrehmoments (oder der Gewindestangenschubkraft) bzw. den Änderungen in der Gierrate beruhen, kombiniert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers aus einem Betriebszustand des Fahrzeugs, wie z. B. dem Lenkdrehmoment, der Gewindestangenschubkraft und/oder der Gierrate bestimmt, und der bestimmte Pegel der Aufmerksam­ keit des Fahrzeugfahrers wird in vorteilhafter Weise in der Steuer/Regel-Eigenschaft des Lenk-Steuer/Regel-Systems wider­ gespiegelt. Mit anderen Worten, das Niveau der Automatisierung des Lenk-Steuer/Regel-Systems wird in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Niveau der Aufmerksamkeit des Fahrzeug­ fahrers verändert.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, welche in den beiliegenden Ansprüchen angegeben ist, abzuweichen.
Die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers wird aus einem Be­ triebszustand des Fahrzeugs (2) bestimmt, beispielsweise dem Lenkdrehmoment, der Gewindestangenschubkraft und/oder der Gierrate, und der bestimmte Wert der Aufmerksamkeit des Fahr­ zeugfahrers wird vorteilhafterweise in der Steuer/Regel-Eigen­ schaft des Lenk-Steuer/Regel-Systems wiedergegeben. Wenn die Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers sehr gering ist und der Fahrzeugfahrer sogar eingenickt ist, dann macht das Lenk- Steuer/Regel-System seinen Eingriff in die Lenk-Steuerung/Regelung maximal, so daß das Fahrzeug (2) automatisch auf seinem Weg entlang des geeigneten Bewegungswegs gehalten wird. Wenn gewünscht, dann kann der Fahrzeugfahrer durch Anlegen eines Vibrations-Drehmoments an das Lenkrad gewarnt werden. Im Gegensatz dazu wird jedoch, wenn die Aufmerksamkeit des Fahr­ zeugfahrers hoch ist, die Einwirkung des Steuer/Regel-Systems auf die Lenk-Steuerung/Regelung minimal gemacht, so daß der beabsichtigen Lenkanstrengung des Fahrzeugfahrers durch das Lenk-Steuer/Regel-System nicht entgegengewirkt wird, selbst wenn ein extremer Lenkvorgang durchgeführt wird.

Claims (8)

1. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System, umfassend:
ein manuelles Lenkeingabemittel (21) zum manuellen Betätigen eines Lenksystems eines Fahrzeugs (2),
ein Stellglied (6) zum Vorsehen eines zusätzlichen Lenkdrehmoments (T₀) bei dem Lenksystem,
ein Ist-Richtungserfassungsmittel (1) zum Erfassen einer Ist-Bewegungsrichtung (β) des Fahrzeugs (2),
ein Soll-Richtungsbestimmungsmittel (4) zum Definie­ ren einer Soll-Bewegungsrichtung (α) des Fahrzeugs (2),
ein Abweichungsberechnungsmittel (5) zum Bestimmen einer Abweichung (er) der Ist-Bewegungsrichtung (β) von der Soll-Bewegungsrichtung (α),
ein Steuer/Regel-Mittel (30) zum Steuern/Regeln des Stellglieds (6), um die durch das Abweichungsberechnungs­ mittel (5) bestimmte Abweichung (er) zu verringern, und
ein Aufmerksamkeitsbestimmungsmittel (9) zum Bestim­ men einer Aufmerksamkeit eines Fahrzeugfahrers aus einem Betriebszustand des Fahrzeugs (2),
wobei das Steuer/Regel-Mittel ein Befehlsdrehmoment für das Stellglied (6) für einen gegebenen Wert der Ab­ weichung (er) bei einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers erhöht.
2. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ist-Richtungserfassungsmittel einen geomagneti­ schen Sensor umfaßt und daß das Soll-Richtungsbestim­ mungsmittel (4) ein globales Positionierungssystem (GPS) umfaßt, welches eine Form einer Straße vor dem Fahrzeug (2) bestimmen kann.
3. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer/Regel-Mittel (30) einen Rückkopplungsreg­ ler umfaßt, welcher ein zusätzliches Befehlsdrehmoment für das Stellglied (6) befiehlt, um die durch das Abwei­ chungsberechnungsmittel (5) bestimmte Abweichung (er) zu minimieren.
4. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regel-Verstärkungsgrad des Rückkopplungsreglers in Proportion zu einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers erhöht wird.
5. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufmerksamkeitsbestimmungsmittel (9) ein Mittel zum Sammeln von Daten über ein an das manuelle Lenkeinga­ bemittel (21) angelegtes manuelles Lenkdrehmoment umfaßt.
6. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Sammeln von Daten über das manuelle Lenkdrehmoment ein Mittel zum Erfassen jedes Vorkommens eines einen Schwellenwert überschreitenden manuellen Lenkdrehmoments umfaßt sowie ein Mittel zum Zählen dieser Vorkommen eines manuellen Lenkdrehmoments, welches den Schwellenwert überschreitet.
7. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Richtungsbestimmungsmittel (4) ein globales Positionierungssystem (GPS) umfaßt, welches die Form einer Straße vor dem Fahrzeug bestimmen kann, und daß das Aufmerksamkeitsbestimmungsmittel ein Mittel (14) zum Be­ stimmen einer Ist-Gierrate (γRt) des Fahrzeugs (2), ein Mittel (51) zum Vorhersagen einer Referenzgierrate (γPt), welche aus der Form einer Straße vor dem Fahrzeug (2) vorhergesagt wird, die durch das globale Positionierungs­ system bestimmt wird, sowie ein Mittel zum Sammeln von Daten über eine Abweichung der Ist-Gierrate (γRt) von der Referenz-Gierrate (γPt) umfaßt.
8. Fahrzeuglenk-Steuer/Regel-System, umfassend:
ein manuelles Lenksteuereingabemittel (21) zum manu­ ellen Betätigen eines Lenksystems eines Fahrzeugs (2),
ein Stellglied (6) zum Vorsehen eines zusätzlichen Lenkdrehmoments bei dem Lenksystem,
ein Navigationsführungsmittel (3) zum Vorhersagen eines Fahrtwegs des Fahrzeugs (2),
ein ist-Giererfassungsmittel (14) zum Erfassen einer Ist-Gierrate (γRt) des Fahrzeugs (2),
ein Soll-Gierbestimmungsmittel (51) zum Bestimmen einer Soll-Gierrate des Fahrzeugs gemäß dem durch das Navigationsführungsmittel (3) vorhergesagten Fahrtweg,
ein Abweichungsberechnungsmittel zum Bestimmen einer Abweichung (γert) der Ist-Gierrate (γRt) von der Soll-Gier­ rate (γPt),
ein Steuer/Regel-Mittel zum Steuern/Regeln des Stellglieds (6), um die durch das Abweichungsberechnungs­ mittel (5) bestimmte Abweichung (γert) zu verringern, und
ein Aufmerksamkeitsbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Aufmerksamkeit eines Fahrzeugfahrers aus einem Betriebszustand des Fahrzeugs (2), wobei das Steuer/Re­ gel-Mittel ein Befehlsdrehmoment für das Stellglied (6) für einen gegebenen Wert der Abweichung (γert) bei einer Abnahme der Aufmerksamkeit des Fahrzeugfahrers erhöht.
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