WO2024100106A1 - Steuervorrichtung und verfahren zum steuern eines betriebs eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2024100106A1
WO2024100106A1 PCT/EP2023/081127 EP2023081127W WO2024100106A1 WO 2024100106 A1 WO2024100106 A1 WO 2024100106A1 EP 2023081127 W EP2023081127 W EP 2023081127W WO 2024100106 A1 WO2024100106 A1 WO 2024100106A1
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WO
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motor vehicle
steering
control device
curve
controlling
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PCT/EP2023/081127
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English (en)
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Jakob Huemer
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/1581—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by comprising an electrical interconnecting system between the steering control means of the different axles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device or control unit for controlling an operation of a motor vehicle, a motor vehicle with the control device and/or a (control) method for controlling an operation of a motor vehicle.
  • a computer program is provided which comprises instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out the method.
  • a computer-readable medium is provided which comprises instructions which, when the instructions are executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out the method.
  • FAS Driver assistance systems
  • A Driver Assistance Systems
  • driver assistance systems that are designed to automatically control the longitudinal and lateral guidance of a motor vehicle. This can include assisted turning at intersections in urban areas, whereby so-called steer-by-wire systems offer an increased potential for control options for driver assistance systems compared to conventional steering systems with mechanical power transmission.
  • the object of the present disclosure is to provide an improved device and/or an improved method, each of which is suitable for enriching the prior art.
  • control device for controlling the operation of a motor vehicle, wherein the control device is designed to determine a course of a curve radius and/or a curve curvature, and to control a steering of the motor vehicle based on the determined course of the curve radius and/or the curve curvature.
  • Controlling the steering comprises continuously controlling a steering ratio of the steering and/or setting a fixed value for the steering ratio based on the curve radius and/or the curve curvature, optionally corresponding to an average value of the curve radius and/or the curve curvature.
  • the control device or control unit can be part of the driver assistance system or represent it.
  • the control device can be, for example, an electronic control unit (ECU).
  • the electronic control unit can be an intelligent processor-controlled unit that can communicate with other modules via a central gateway (CGW), for example, and that can form the vehicle's on-board network via field buses such as the CAN bus, LIN bus, MOST bus, FlexRay and/or automotive Ethernet, e.g. together with telematics control units and/or environmental sensors.
  • CGW central gateway
  • control device controls functions relevant to the driving behavior of the motor vehicle, such as the steering, the engine control, the power transmission, and/or the braking system.
  • driver assistance systems such as a parking assistant, an adapted speed control (ACC, Adaptive Cruise Control), a lane departure warning system, a lane change assistant, a traffic sign recognition system, a light signal recognition system, a start-off assistant, a Night vision assistant and/or an intersection assistant are controlled by the control device.
  • curve radius or radius of a curve can be understood as the radius that the motor vehicle travels when it follows a target trajectory through the curve.
  • curve radius can also be understood as the radius of the curve or the roadway or lane as it appears on a digital map or according to an environment model (e.g. based on optical detection by means of a camera). The same applies to the term curve curvature.
  • the curve radius refers to its size or amount, or optionally a change in the amount, during the course of the curve. The same applies to the curve curvature.
  • Cornering can involve turning manoeuvres and/or driving around particularly tight bends, e.g. at a hairpin bend on a serpentine road.
  • control means controlling and/or regulating or controlling and/or regulating or controlling and/or regulating.
  • the (automated) steering control can, according to some embodiments, be carried out in support of an otherwise manual lateral guidance of the motor vehicle. In other embodiments, the automated steering control can be carried out without manual intervention.
  • the control device described above offers a number of advantages. Among other things, it allows a steering wheel angle to be set in longitudinal and transverse turning situations, taking into account the curve radius and/or the curve curvature in the turning situation, as described in more detail below. Possible further developments of the control device described above are explained in detail below.
  • the control device can be designed to determine a desired trajectory of the motor vehicle when cornering and to determine the course of the curve radius and/or the curve curvature based on the desired trajectory.
  • target refers to a desired or to-be-achieved value.
  • actual value is the value that actually exists in reality.
  • trajectory can be understood as a path along which the motor vehicle moves or should move.
  • the trajectory can also include a temporal component, i.e. when should the motor vehicle be where.
  • the control device can be configured to determine the target trajectory based on a current position of the motor vehicle and map data.
  • the desired trajectory is determined based on the course of the curve radius and/or the curve curvature.
  • the map data may include a lane centerline of a turning lane and/or a trajectory of at least one motor vehicle that has already completed the turn, and the control device may be configured to determine the target trajectory based on the lane centerline and/or the trajectory.
  • the control device can be designed to determine the desired trajectory based on a longitudinal and lane guidance that was determined based on sensor data from an environmental sensor system of the motor vehicle.
  • the control device can be designed to take into account a yaw rate, a longitudinal acceleration and/or a lateral acceleration of the motor vehicle, which was or were determined based on sensor data from at least one driving dynamics sensor of the motor vehicle, when generating the control signal.
  • the steering can be controlled in such a way that a steering wheel angle of a steering wheel of the motor vehicle does not exceed a predetermined maximum steering wheel angle.
  • a driving situation can be assumed in which a (motor) vehicle enters an intersection with longitudinal and transverse guidance assisted by an ADAS system and performs a turning maneuver to the left or right.
  • map information e.g. a measured lane center line of the turning lane
  • the map information can also be determined from statistical evaluations of trajectories driven by a vehicle fleet during the turning maneuver.
  • the target trajectory can also be derived from lane guidance that is determined using the vehicle's environmental sensors (e.g. radar, lidar, camera system with image processing, etc.).
  • the curve radius and/or the curve curvature of the trajectory of the turning maneuver can be determined from the target trajectory obtained in this way.
  • a defined course of the rotational movement of the vehicle's steering wheel can be realized by controlling the steering ratio by knowing the curve radius and/or the curve curvature of the target trajectory.
  • the steering wheel movement can thus be controlled depending on the curve radius and/or the curve curvature to be realized, among other things.
  • the steering ratio can be continuously controlled according to the curve radius and/or the curve curvature or can be set to a fixed value, e.g. according to the minimum or maximum curve radius and/or the curve curvature of the turning maneuver.
  • the steering ratio between the steering wheel angle and the actual steering angle can be controlled and optionally regulated using various methods/systems, e.g. by adjusting a steering ratio on a front axle steering system using a superposition gear (so-called “active front axle steering”), by adjusting a steering ratio by setting a steering angle on an active rear axle steering system and/or by adjusting a steering ratio of a steer-by-wire system on the front and/or rear axle.
  • active front axle steering e.g. by adjusting a steering ratio on a front axle steering system using a superposition gear (so-called “active front axle steering”), by adjusting a steering ratio by setting a steering angle on an active rear axle steering system and/or by adjusting a steering ratio of a steer-by-wire system on the front and/or rear axle.
  • a driving situation can be assumed in which a vehicle enters an intersection with longitudinal/lateral guidance assisted by an ADAS system and performs a turning maneuver to the right with a minimum curve radius of e.g. 10m.
  • the target trajectory and the target speed of the turning maneuver can be determined from the precise positioning of the vehicle when entering the intersection and a measured center line.
  • a target curve of the steering ratio can be determined in order to implement a defined steering wheel angle curve that does not require changing the grip on the steering wheel during the turning maneuver.
  • the steering torques to be implemented can be set with the appropriate steering ratio using a steer-by-wire system.
  • the motor vehicle may be a passenger car, in particular an automobile, or a commercial vehicle, such as a truck.
  • the motor vehicle can be automated.
  • the motor vehicle can be designed to at least partially and/or at least temporarily assume longitudinal guidance and/or transverse guidance by means of the control device during automated driving of the motor vehicle.
  • Automated driving can be carried out in such a way that the movement of the motor vehicle is (largely) autonomous. Automated driving can be controlled at least partially and/or temporarily by the control device.
  • the motor vehicle intervenes in the lateral guidance of the motor vehicle actively, e.g. by adjusting an actual steering wheel position, and optionally passively, e.g. by displaying a turning instruction, through a driver assistance system.
  • a method for controlling the operation of a motor vehicle comprises determining a course of a curve radius and/or a curve curvature and controlling a steering of the motor vehicle based on the determined course of the curve radius and/or the curve curvature.
  • Controlling the steering comprises continuously controlling a steering ratio of the steering and/or setting a fixed value for the steering ratio based on the curve radius and/or the curve curvature, optionally corresponding to an average value of the curve radius and/or the curve curvature.
  • the control method may be a computer-implemented method, ie one, several or all steps of the method can be carried out at least partially by a computer or a device for data processing, optionally the control device. What is described above with reference to the control device and the motor vehicle also applies analogously to the control method and vice versa.
  • a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out or implement the method described above.
  • a program code of the computer program can be in any code, in particular in a code that is suitable for controlling motor vehicles.
  • a computer-readable medium in particular a computer-readable storage medium, is provided.
  • the computer-readable medium comprises instructions which, when executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out the method described above.
  • a computer-readable medium may be provided that comprises a computer program as defined above.
  • the computer-readable medium may be any digital data storage device, such as a USB stick, a hard disk, a CD-ROM, an SD card or an SSD card.
  • the computer program does not necessarily have to be stored on such a computer-readable storage medium in order to be made available to the motor vehicle, but can also be obtained via the Internet or otherwise externally.
  • Fig. 1 shows schematically a motor vehicle with a control device according to the disclosure in an exemplary driving situation in a bird's eye view
  • Fig. 2 shows a schematic flow diagram of a method according to the disclosure for controlling an operation of the motor vehicle, which is carried out by the control device in the driving situation shown in Fig. 1.
  • the motor vehicle 1 which is only shown schematically in Figure 1, has a steering wheel 5, a front axle steering 6, a rear axle steering 7, the three aforementioned parts of a steering or steering system of the motor vehicle 1, and a control device 8 connected to both the front axle steering 6, the rear axle steering 7 and the steering wheel 5.
  • the steering system or steering of the motor vehicle 1 is a so-called steer-by-wire system.
  • Steer-by-wire is a system in vehicle technology in which a steering command from the steering wheel 5 is forwarded via one or more control devices exclusively electrically (but optionally with a mechanical fallback level) to a respective electromechanical actuator of the front axle steering 6 and the rear axle steering 7, which executes the steering command. In such a system, there is no mechanical connection between the steering wheel 5 and the steered wheels of the motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 shown in Figure 1 is approaching an intersection 9 at which it will turn either to the right or to the left under the control of the control device 8.
  • the control device carries out the (control) method described in detail below with reference to Figure 2.
  • the control device 8 determines or ascertains a target trajectory 21 for cornering, which in the present case is a turning maneuver of the motor vehicle 1.
  • the Control device 8 determines the target trajectory 21 based on a current position of motor vehicle 1 and map data in which a lane center line 2 of a turning lane 22 is stored. It should be noted that, in addition or alternatively, when determining the target trajectory 21, a trajectory stored in the map data can be used, which is based on recorded trajectories from several motor vehicles in a motor vehicle fleet that have already carried out the turning maneuver. It is also conceivable, in addition or alternatively, i.e. optionally also without the map data, that the control device 8 determines the target trajectory 21 based on lane guidance that was determined based on sensor data from an environmental sensor system (not shown) of motor vehicle 1.
  • the control device 8 determines or ascertains a course of a curve radius 10 of the target trajectory 21 based on the target trajectory 21.
  • the curve radius 10 can vary along the turning maneuver. This is the case, for example, in the example shown in Figure 1 when the motor vehicle 1 turns left. When turning left, the curve radius 10 increases in the course of the turning maneuver, i.e. the curvature of the target trajectory 21 decreases.
  • the control unit 8 controls the front and rear axle steering 6, 7, or more precisely the actuators provided for each of them, and thus at least the lateral guidance of the motor vehicle 1 based on the determined course of the curve radius 10 so that the motor vehicle 1 follows the target trajectory 21 as precisely as possible during the turning maneuver. It is also conceivable for the control unit to carry out the turning maneuver completely automatically, i.e. in addition to the lateral guidance, it also controls the longitudinal guidance of the motor vehicle 1 during the turning maneuver. In doing so, the control unit 8 takes into account a yaw rate, a longitudinal acceleration and/or a lateral acceleration of the motor vehicle 1, which were determined based on sensor data from at least one (not shown) driving dynamics sensor of the motor vehicle 1.
  • the steering can also be controlled in various ways that can be combined with one another. For example, a continuous control of a steering ratio of the steering and/or a setting of a fixed value for the steering ratio, optionally corresponding to an average value of the curve radius 10, can be carried out by the control device 8. However, the steering can also be controlled, additionally or alternatively, in such a way that a steering wheel angle of the steering wheel 5 of the steering of the
  • Motor vehicle 1 does not exceed a predetermined maximum steering wheel angle, ie so that a driver does not have to overreach during the turning maneuver.

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung ausgestaltet ist, um eine Soll-Trajektorie für ein Abbiegemanöver des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, einen Verlauf eines Kurvenradius und/oder einer Kurvenkrümmung der Soll-Trajektorie basierend auf der Soll-Trajektorie zu ermitteln, und eine Lenkung des Kraftfahrzeugs basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung zu steuern. Das Steuern der Lenkung kann ein kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung und/oder ein Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung, optional entsprechend einem Mittelwert des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung, umfassen.

Description

STEUERVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM STEUERN EINES BETRIEBS EINES KRAFTFAHRZEUGS
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.
In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Automobilen, werden vermehrt Fahrerassistenzsysteme verbaut.
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.
Dabei existieren Fahrerassistenzsysteme, welche ausgestaltet sind, um eine Längsund 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.
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. 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.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die nebengeordneten Ansprüche und die Unteransprüche haben jeweils optionale Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. Nachfolgend werden mögliche Weiterbildungen der oben beschriebenen Steuervorrichtung im Detail erläutert.
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.
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.
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.
Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, um die Soll-Trajektorie basierend auf einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs und Kartendaten zu bestimmen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Soll-Trajektorie basierend auf dem Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung ermittelt wird.
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.
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. 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.
Das Steuern der Lenkung kann so erfolgen, dass ein Lenkradwinkel eines Lenkrads der Lenkung des Kraftfahrzeugs einen vorbestimmten maximalen Lenkradwinkel nicht übersteigt.
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.
Angenommen werden kann im Allgemeinen eine Fahrsituation, bei der ein (Kraft-) Fahrzeug durch ein ADAS-System assistiert längs-Zquergeführt 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.).
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. 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.
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.
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.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit der oben beschriebenen Steuereinheit bereitgestellt. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, insbesondere ein Automobil, oder ein Nutzfahrzeug, wie einen Lastkraftwagen, handeln.
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.
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.
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.
Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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.
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. Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung und zum Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das Steuerverfahren und umgekehrt.
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.
Das oben mit Bezug zur Steuervorrichtung, zum Kraftfahrzeug und zum Verfahren Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und umgekehrt.
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.
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.
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.
Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Steuervorrichtung, zum Computerprogramm und zum Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das computerlesbare Medium und umgekehrt. Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu Figuren 1 und 2 beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer offenbarungsgemäßen Steuervorrichtung in einer beispielhaften Fahrsituation in einer Vogelperspektive, und
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines von der Steuervorrichtung in der in Figur 1 dargestellten Fahrsituation ausgeführten, offenbarungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Betriebs des Kraftfahrzeugs.
Das in Figur 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 .
Das in Figur 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 Figur 2 im Detail beschriebene (Steuer-) Verfahren aus.
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.
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 Figur 1 angedeutet, kann der Kurvenradius 10 entlang des Abbiegemanövers variieren. Dies ist beispielsweise im in Figur 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.
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. 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.
Bezugszeichenliste
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

Claims

Patentansprüche Steuervorrichtung (8) zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um:
- einen Verlauf eines Kurvenradius und/oder einer Kurvenkrümmung (10) zu ermitteln, und
- eine Lenkung (5 - 7) des Kraftfahrzeugs (1 ) basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung (10) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Steuern der Lenkung (5 - 7) ein kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung (5 - 7) und/oder ein Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung basierend auf dem Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung (10) umfasst. Steuervorrichtung (8) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um eine Soll-Trajektorie (21 ) des Kraftfahrzeugs (1 ) bei einer Kurvenfahrt zu ermitteln und den Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung (10) basierend auf der Soll- Trajektorie (21 ) zu ermitteln. Steuervorrichtung (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um die Soll-Trajektorie (21 ) basierend auf einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs (1 ) und Kartendaten zu bestimmen. Steuervorrichtung (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartendaten eine Spurmittellinie (2) einer Abbiegespur (22) und/oder eine Trajektorie zumindest eines Kraftfahrzeugs, welches die Kurvenfahrt bereits durchgeführt hat, umfassen und die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um basierend auf der Spurmittellinie (2) und/oder der Trajektorie die Soll- Trajektorie (21 ) zu ermitteln.
5. Steuervorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um die Soll-Trajektorie (21 ) basierend auf einer Spurführung, die basierend auf Sensordaten einer Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wurde, zu bestimmen.
6. Steuervorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) ausgestaltet ist, um beim Erzeugen des Steuersignals eine Gierrate, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1), die basierend auf Sensordaten zumindest eines Fahrdynamiksensors des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wurde bzw. wurden, zu berücksichtigen.
7. Steuervorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der Lenkung (5 - 7) so erfolgt, dass ein Lenkradwinkel eines Lenkrads (5) der Lenkung (5 - 7) des Kraftfahrzeugs (1) einen vorbestimmten maximalen Lenkradwinkel nicht übersteigt.
8. Kraftfahrzeug (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) die Steuervorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
9. Verfahren zum Steuern eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs (1 ), wobei das Verfahren umfasst:
- Ermitteln (S2) eines Verlaufs eines Kurvenradius und/oder einer Kurvenkrümmung (10), und
- Steuern (S3) einer Lenkung (5 - 7) des Kraftfahrzeugs (1 ) basierend auf dem ermittelten Verlauf des Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung (10) dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern (S3) der Lenkung (5 - 7) umfasst:
- kontinuierliches Steuern einer Lenkübersetzung der Lenkung (5 - 7) und/oder Einstellen eines festen Wertes für die Lenkübersetzung basierend auf dem Kurvenradius und/oder der Kurvenkrümmung (10). Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm bzw. das computerlesbare Medium Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach
Anspruch 9 auszuführen.
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