DE102010062012A1

DE102010062012A1 - Fahrerassistenzsystem mit Querführungsunterstützung

Info

Publication number: DE102010062012A1
Application number: DE102010062012A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kämpchen Nico; Dr. Spannheimer Helmut; Dr. Schaller Thomas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit Querführungsunterstützung an einem nicht spurgebundenen Kraftfahrzeug, das eine vor dem Fahrzeug liegende Fahrspur erfasst und Lenkmomente im Lenksystem des Fahrzeugs erzeugt, mit Hilfe derer alleine oder im Zusammenwirken mit vom Fahrer des Kraftfahrzeugs an das Lenksystem angelegten Handmomenten das Fahrzeug in der Fahrspur gehalten wird, wobei das Fahrerassistenzsystem den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrbahn-Verlaufslinie erfasst und dann, falls die Fahrzeug-Längsachse oder Trajektorie des Fahrzeugs um mehr als einen Schwellwert von der Fahrspur-Verlaufslinie abweicht, ein solches Lenkmoment bereitstellt, dass der besagte Winkel minimiert wird, wobei sich das Fahrzeug bis zu einem gewissen Maß abseits der Fahrspurmitte befinden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit Querführungsunterstützung an einem nicht spurgebundenen Kraftfahrzeug, das eine vor dem Fahrzeug liegende Fahrspur erfasst und Lenkmomente im Lenksystem des Fahrzeugs erzeugt, mit Hilfe derer alleine oder im Zusammenwirken mit vom Fahrer des Kraftfahrzeugs an das Lenksystem angelegten Handmomenten das Fahrzeug in der Fahrspur gehalten wird. Zum technischen Umfeld wird lediglich beispielshalber auf die DE 10 2008 011 128 A1 verwiesen; die vorliegende Erfindung bedarf jedoch ausdrücklich nicht eines in diesem Stand der Technik beschriebenen Modells eines elastischen Bandes.
Es wird angestrebt, das Führen eines nicht spurgebundenen Kraftfahrzeugs für den Fahrer dieses Fahrzeugs einfacher zu gestalten und auf diese Weise nicht nur das Führen des Fahrzeugs komfortabler zu gestalten, sondern auch die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. In Entwicklung und teilweise bereits in Serie befinden sich daher Spurhalteassistenzsysteme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die mittels einer Kamera die vor dem Fahrzeug liegende Fahrspur insbesondere anhand der auf die Fahrbahn aufgezeichneten Spur-Leitlinien oder anhand von Fahrbahn-Begrenzungen zu erfassen in der Lage sind. Das Spurhalteassistenzsystem kann nun ausgelegt sein, das Fahrzeug in dieser erkannten Fahrspur – vorzugsweise unter Einhaltung eines geringen Sicherheitsabstandes zu den Spur-Leitlinien oder Fahrbahn-Begrenzungen – zu halten, d. h. dann, wenn das Fahrzeug aufgrund einer Unachtsamkeit des Fahrers diese Fahrspur zu verlassen droht, ein derartiges sog. Rückführmoment in das Lenksystem des Fahrzeugs einzuleiten, dass das Fahrzeug in die Fahrspur zurück geführt wird. Die Einleitung des genannten Rückführmoments erfolgt dabei üblicherweise durch geeignete Ansteuerung eines im Lenksystem vorgesehenen Servo-Motors, der auch ein Unterstützungsmoment bereit stellt, welches den Fahrer beim Aufbringen eines von ihm gewünschten Lenkmoments unterstützt. Selbstverständlich darf dabei ein vom Spurhalteassistenzsystem erzeugtes Rückführmoment betragsmäßig nicht so groß sein, dass das Fahrzeug gegen den Willen des Fahrers in der Fahrspur gehalten wird; vielmehr muss es dem Fahrer stets möglich sein, sich über das Spurhalteassistenzsystem hinwegzusetzen und selbst die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs zu bestimmen. Hierfür legt der Fahrer ein entsprechend großes sog. Handmoment an das Lenkrad des Lenksystems an, wodurch eine sog. Spezifikationsgrenze des Spurhalteassistenzsystems überschritten wird, was zu dessen Deaktivierung führt. Das Spurhalteassistenzsystem kann also nur Rückführmomente bis zu einem gewissen, relativ geringen Betrag in das Lenksystem einleiten. Neben dieser Betragsbegrenzung gibt es weitere sinnvolle sog. Spezifikationsgrenzen eines Spurhalteassistenzsystems, die beispielsweise durch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gebildet sein können. Beispielsweise kann aus Sicherheitsgründen festgelegt sein, dass das Spurhalteassistenzsystem nur bei Fahrgeschwindigkeiten kleiner als 40 km/h aktiv ist, d. h. insbesondere im Kolonnenverkehr sowie im sog. Stop-and-Go-Betrieb, wo ein Spurhalteassistenzsystem dem Fahrer eine große Erleichterung bringen kann.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2010 029 222.2 ist auf die Problematik eingegangen, dass mit einem soweit erläuterten Spurhalteassistenzsystem in Abhängigkeit davon, wie groß der genannte Sicherheitsabstand zu den Rändern der Fahrbahn oder Fahrspur, d. h. beispielsweise zu den auf der Fahrbahn aufgezeichneten Spur-Leitlinien, gewählt wird, entweder im Falle eines geringen Sicherheitsabstandes keine nennenswerte Steigerung des Komforts erzielt werden kann, oder im Falle eines sehr großen Sicherheitsabstandes der Fahrer zwar ein komfortables Fahrverhalten erfährt, dabei jedoch zu stark aus seiner weiterhin beizubehaltenden Verantwortung genommen wird, was gemeinhin als „Out-of-the-Loop-Problematik” bezeichnet wird. Wird nämlich der genannte Sicherheitsabstand zu den Rändern relativ groß gewählt, so kann sich der Fahrer praktisch ohne eigene Beteiligung alleine vom Spurhalteassistenzsystem komfortabel chauffieren lassen, da dieses ohne für den Fahrer spürbare störende Lenkeingriffe das Fahrzeug exakt innerhalb der engen Grenzen, die durch einen relativ großen Sicherheitsabstand zu den Rändern der Fahrspur gebildet sind, hält. Eine solche letztgenannte Systemauslegung ist jedoch unerwünscht, da der Fahrer hierdurch dazu verleitet wird, seine Verantwortung für das Führen des Kraftfahrzeugs vollständig an das Spurhalteassistenzsystem abzugeben und sich quasi vollständig aus dem „Loop”, d. h. dem „Regelkreis” der Fahrzeug-Führung herauszunehmen. Wird hingegen der besagte Sicherheitsabstand gering gewählt, so muss der Fahrer entweder kontinuierlich selbst das Fahrzeug hoch konzentriert innerhalb der Fahrspur halten oder es wird, falls er dies nicht tut, das Fahrzeug quasi in Schlangenlinien vom Spurhalteassistenzsystem durch die Fahrspur geführt, indem immer wieder der Rand bzw. eine den Sicherheitsabstand berücksichtigende Grenze der Fahrspur erreicht wird, von dem das Spurhalteassistenzsystem das Fahrzeug immer wieder in Richtung Fahrspur-Mitte wegführt.
Wenngleich dieser geschilderten Problematik auch mit der vorliegenden Erfindung entgegen gewirkt werden kann, wird an dieser Stelle hierauf sowie auf die in der genannten nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2010 029 222.2 vorgeschlagenen Maßnahmen nicht näher eingegangen, wenngleich diese soeben genannten Maßnahmen auch mit der vorliegenden Erfindung kombinierbar sind. Vielmehr soll vorliegend aufgezeigt werden, wie ein Fahrerassistenzsystem mit Querführungsunterstützung hoch komfortabel gestaltet werden kann, ohne dass dieses Assistenzsystem kontinuierlich eingreifen muss, was quasi einer „Entmündigung” des Fahrers gleichkäme bzw. den Fahrer in unerwünschter Weise zum absoluten Nichtstun verleiten würde (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Fahrerassistenzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrspur-Verlaufslinie erfasst und dann, falls die Fahrzeug-Längsachse oder die Trajektorie des Fahrzeugs um mehr als einen Schwellwert von der Fahrbahn-Verlaufslinie abweicht, ein solches Lenkmoment bereitstellt, dass der besagte Winkel minimiert wird, wobei sich das Fahrzeug bis zu einem gewissen Maß abseits der Fahrspurmitte befinden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem richtet das Fahrzeug im wesentlichen in Richtung der vorausliegenden Fahrspur aus. Im Fall einer geradlinig verlaufenden Fahrspur ist also das vom Fahrerassistenzsystem erzeugte Lenkmoment geeignet, das Fahrzeug parallel zur Mittellinie der Fahrspur auszurichten. Dabei kann die Ausrichtung des Fahrzeugs unterschiedlich definiert sein und sich entweder direkt an der Längsachse des Fahrzeugs orientieren oder an der Trajektorie des Fahrzeugs, d. h. an dessen Bewegungs-Vektor, von welchem nur die Orientierung im Raum und nicht der Wert der Fortbewegungs-Geschwindigkeit relevant ist. Gleiches gilt für den Fall einer gekrümmt verlaufenden Fahrspur, d. h. wenn eine Fahrbahn mit Kurvenverlauf voraus liegt, und wobei das vom Fahrerassistenzsystem erzeugte Lenkmoment geeignet ist, die Längsachse des Fahrzeugs oder dessen Trajektorie parallel zur jeweiligen Tangente an die gekrümmte Fahrspur-Verlaufslinie auszurichten. Stets wird dabei ein seitlicher Versatz des Fahrzeugs zur Fahrspurmitte vom Fahrerassistenzsystem soweit toleriert, als dieser seitliche Versatz eine bestimmte Grenze nicht überschreitet. Im bislang geschilderten Regelbetrieb des Fahrerassistenzsystems toleriert das Fahrerassistenzsystem somit, wenn sich das Fahrzeug bis zu einem gewissen Maß seitlich abseits der Fahrspurmitte befindet und wird alleine bei einer solchen seitlichen Abweichung bzw. einem solchen Quer-Versatz zur Fahrspur-Verlaufslinie, welche das Fahrerassistenzsystem vorrangig in die Mitte der Fahrspur legt bzw. anhand der Mitte der Fahrspur bestimmt, nicht tätig. Hingegen versucht das Fahrerassistenzsystem, den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer ermittelten, dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrbahn-Verlaufslinie zu minimieren.
Diese genannte Minimierung des Winkels zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrbahn-Verlaufslinie wird bzw. kann in der Praxis nicht kontinuierlich erfolgen, denn eine sinnvolle Regelstrategie kann nur dann robust reagieren, wenn eine gewisse Abweichung zuverlässig erkannt wird, was vorliegend aufgrund der mit einer Kamera nur optisch festgestellten vorausliegenden Fahrspur-Verlaufslinie nicht unproblematisch ist. Daher kann der im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs genannte Schwellwert für den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrbahn-Verlaufslinie, oberhalb dessen das Fahrerassistenzsystem erfindungsgemäß unterstützend tätig wird, auf einen regelungstechnisch sinnvollen niedrigen Wert gesetzt werden. Insbesondere in diesem Fall stellt sich eine robuste Regelstrategie ein, wenn der Betrag des gegebenenfalls bereit gestellten Lenkmoments annähernd (direkt) proportional zur Größe des erfassten zu minimierenden Winkels ist. Es kann jedoch der besagte Schwellwert auch derart gewählt werden, dass das gegebenenfalls bereit gestellte Lenkmoment einen für den Fahrer spürbaren Betrag besitzt.
Wie bereits erwähnt toleriert ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem einen seitlichen Versatz des Fahrzeugs bezüglich der Fahrspurmitte, solange die Ausrichtung des Fahrzeugs (sei es über die Fzg.-Längsachse oder über die Trajektorie) im wesentlichen der Fahrbahn-Verlaufslinie entspricht und solange dieser seitliche Versatz eine bestimmte Grenze nicht überschreitet. Fall letzteres erfolgt und das Fahrzeug somit den Rand der vom Assistenzsystem bestimmten Fahrspur, die üblicherweise etwas enger ist als der Bereich zwischen den auf der Fahrbahn erkannten oder ermittelten Spur-Leitlinien bzw. Fahrbahnrändern, berührt, so kann das Fahrerassistenzsystem eine an den Fahrer gerichtete Spurverlassens-Warnung erzeugen und/oder ein Lenkmoment erzeugen, das geeignet ist, das Kraftfahrzeug in die Fahrspur zurück zu führen. Dabei kann durchaus das eingangs bereits genannte und in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2010 029 222.2 beschriebene Verfahren umgesetzt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008011128 A1 [0001]
DE 102010029222 [0003, 0004, 0008]

Claims

Fahrerassistenzsystem mit Querführungsunterstützung an einem nicht spurgebundenen Kraftfahrzeug, das eine vor dem Fahrzeug liegende Fahrspur erfasst und Lenkmomente im Lenksystem des Fahrzeugs erzeugt, mit Hilfe derer alleine oder im Zusammenwirken mit vom Fahrer des Kraftfahrzeugs an das Lenksystem angelegten Handmomenten das Fahrzeug in der Fahrspur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem den Winkel zwischen der Fahrzeug-Längsachse oder der Trajektorie des Fahrzeugs und einer dem Verlauf der vorausliegenden Fahrspur entsprechenden Fahrbahn-Verlaufslinie erfasst und dann, falls die Fahrzeug-Längsachse oder Trajektorie des Fahrzeugs um mehr als einen Schwellwert von der Fahrspur-Verlaufslinie abweicht, ein solches Lenkmoment bereitstellt, dass der besagte Winkel minimiert wird, wobei sich das Fahrzeug bis zu einem gewissen Maß abseits der Fahrspurmitte befinden kann.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer geradlinig verlaufenden Fahrspur das vom Fahrerassistenzsystem erzeugte Lenkmoment geeignet ist, die Längsachse des Fahrzeugs oder dessen Trajektorie parallel zur Mittellinie der Fahrspur auszurichten.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer gekrümmt verlaufenden Fahrspur das vom Fahrerassistenzsystem erzeugte Lenkmoment geeignet ist, die Längsachse des Fahrzeugs oder dessen Trajektorie parallel zur jeweiligen Tangente an die gekrümmte Fahrspur-Verlaufslinie auszurichten.
Fahrerassistenzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Schwellwert derart gewählt ist, dass das gegebenenfalls bereit gestellte Lenkmoment einen für den Fahrer spürbaren Betrag besitzt.
Fahrerassistenzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des gegebenenfalls bereit gestellten Lenkmoments annähernd proportional zur Größe des erfassten zu minimierenden Winkels ist.
Fahrerassistenzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass das Fahrzeug den Rand der Fahrspur berührt, eine Spurverlass-Warnung erzeugt wird und/oder ein Lenkmoment erzeugt wird, das geeignet ist, das Kraftfahrzeug in die Fahrspur zurück zu führen.