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DE102004058676A1 - Lane keeping system for motor vehicles with trajectory determination - Google Patents

Lane keeping system for motor vehicles with trajectory determination Download PDF

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Publication number
DE102004058676A1
DE102004058676A1 DE200410058676 DE102004058676A DE102004058676A1 DE 102004058676 A1 DE102004058676 A1 DE 102004058676A1 DE 200410058676 DE200410058676 DE 200410058676 DE 102004058676 A DE102004058676 A DE 102004058676A DE 102004058676 A1 DE102004058676 A1 DE 102004058676A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
trajectory
vehicle
lane
steering
slave controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200410058676
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Scherl
Michael Weilkes
Lutz Buerkle
Tobias Rentschler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE200410058676 priority Critical patent/DE102004058676A1/en
Priority to PCT/EP2005/055196 priority patent/WO2006061273A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/24Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
    • B62D1/28Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines Fahrzeugs in seiner Fahrspur, umfassend einen Lenksteller (3), mit dem ein Lenkmoment (M¶A¶) auf die Lenkung (1) des Fahrzeugs (11) ausgeübt werden kann, und ein Fahrspurerkennungssystem (12), mit dem die relative Position des Fahrzeugs (11) bezüglich seiner Fahrspur (10) sowie eine Fahrspurkrümmung ermittelt werden kann. Ein besonders robustes LKS-Regelungssystem umfasst eine Einrichtung (14) zur Trajektorienbestimmung, die aus den vom Fahrspurerkennungssystem (12) ermittelten geometrischen Daten eine Trajektorie (kappa) ermittelt, der das Fahrzeug (11) folgen sollte, sowie einen Trajektorien-Folgeregler (15), dem eine Information (kappa) über die Trajektorie (13) als Führungsgröße zugeführt wird und der die Fahrzeugbewegung derart regelt, dass das Fahrzeug (11) der Trajektorie (13) folgt.The invention relates to a device for holding a vehicle in its lane, comprising a steering actuator (3), with which a steering torque (M¶A¶) can be exerted on the steering (1) of the vehicle (11), and a lane recognition system (12 ), with which the relative position of the vehicle (11) with respect to its lane (10) and a lane curvature can be determined. A particularly robust LKS control system comprises a device (14) for trajectory determination, which determines a trajectory (kappa) from the geometric data determined by the lane recognition system (12), which should follow the vehicle (11), and a trajectory slave controller (15). to which information (kappa) is supplied via the trajectory (13) as a reference variable and which controls the vehicle movement in such a way that the vehicle (11) follows the trajectory (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines Fahrzeugs in seiner Fahrspur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The The invention relates to a device for holding a vehicle in his lane according to the generic term of claim 1, and a corresponding method according to the preamble of claim 8.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Systeme bekannt, die den Fahrer eines Kfz darin unterstützen, das Fahrzeug in seiner Fahrspur zu halten. Diese Systeme werden auch als LKS-Systeme (LKS: Lane Keeping Support) bezeichnet. Bekannte LKS-Systeme umfassen im wesentlichen ein Fahrspurerkennungssystem, wie z.B. ein Videosystem, mit dem die relative Position des Fahrzeugs in der Fahrspur (die sogenannte Ablage), die Orientierung des Fahrzeugs und der Verlauf der Fahrspur bestimmt werden können. Wenn der vom Fahrer gewählte Lenkwinkel von dem durch den Fahrspurverlauf vorgegebenen Soll-Lenkwinkel zu stark abweicht, werden mit Hilfe eines Lenkstellers, wie z.B. eines Servomotors, künstliche Lenkkräfte auf die Lenkung des Fahrzeugs ausgeübt. Diese Lenkkräfte sind so stark, dass sie vom Fahrer haptisch erfasst werden können und den Fahrer darauf hinweisen, wie er die Lenkung betätigen müsste, um das Fahrzeug in seiner Fahrspur zu halten.Out The prior art, a variety of systems are known that the Assisting drivers of a motor vehicle to keep the vehicle in its lane. These systems will be also referred to as LKS systems (LKS: Lane Keeping Support). Known LKS systems essentially comprise a lane detection system, such as. a video system that shows the relative position of the vehicle in the lane (the so-called shelf), the orientation of the vehicle and the course of the lane can be determined. If the steering angle selected by the driver from the predetermined by the lane course target steering angle strongly deviates, are with the help of a steering actuator, such. one Servomotor, artificial Steering forces on the steering of the vehicle exercised. These steering forces are so strong that they can be haptically captured by the driver and tell the driver how he would have to operate the steering to to keep the vehicle in its lane.

Das Fahrspurerkennungssystem kann z.B. als Videosystem realisiert sein, dessen Videosignale von einer Signalverarbeitungssoftware verarbeitet werden, die die gewünschten geometrischen Daten (Ablage, Orientierung, Fahrbahnkrümmung) liefert. Andere Fahrspurerkennungssysteme umfassen z. B. einen Magnetsensor, der die Fahrzeugposition in Verbindung mit in der Fahrbahn integrierten Magneten ermittelt oder wahlweise auch Radarsensoren.The Lane detection system may e.g. be realized as a video system, whose video signals are processed by a signal processing software Be the ones you want geometric data (storage, orientation, road curvature) supplies. Other lane detection systems include e.g. B. a magnetic sensor, the vehicle position in conjunction with integrated in the roadway Magnets detected or optionally also radar sensors.

Aus den geometrischen Positionsdaten und der Fahrbahnkrümmung wird dann mittels eines mathematischen Referenzmodells (mathematischer Algorithmus) ein Referenz-Lenkwinkel berechnet, der an der Lenkung eingeschlagen werden müsste, um das Fahrzeug optimal in seiner Fahrspur zu halten. Bei einer Abweichung des Fahrer-Lenkwinkels vom Referenz-Lenkwinkel wird dann mit Hilfe eines Lenkstellers ein Unterstützungsmoment auf die Lenkung aufgebracht. Dieses Unterstützungsmoment wird dabei anhand einer vorgegebenen Kennlinie berechnet, die einen funktionellen Zusammenhang zwischen dem Unterstützungsmoment und der Lenkwinkeldifferenz darstellt.Out the geometric position data and the road curvature then by means of a mathematical reference model (mathematical Algorithm) calculates a reference steering angle, which is at the steering would have to be taken to keep the vehicle optimally in its lane. At a Deviation of the driver steering angle from the reference steering angle then becomes with the help of a steering actuator a support torque on the steering applied. This support moment is calculated on the basis of a given characteristic curve, which is a functional relationship between the assist torque and the steering angle difference represents.

Hierzu wird auch auf die Druckschriften Naab, Reichhart: "Driver Assistance Systems for Lateral and Longitudinal Vehicle Guidance-Heading Control and Active Cruise Support" AVEC 94, und Shimakage, Kawazoe, Sadano, Murakami: "Design of Lane-Keeping Control with Steering Torque input for a Lane-Keeping Support System", SAE Technical Papers 2001-01-0480 verwiesen.For this is also on the pamphlets Naab, Reichhart: "Driver Assistance Systems for Lateral and Longitudinal Vehicle Guidance Heading Control and Active Cruise Support "AVEC 94, and Shimakage, Kawazoe, Sadano, Murakami: "Design of Lane-Keeping Control with Steering Torque input for Lane-Keeping Support System ", SAE Technical Papers 2001-01-0480.

Bekannte LKS-Systeme sind bisher nicht in der Lage, das Fahrzeug automatisch in seiner Fahrspur zu halten, sondern haben lediglich die Aufgabe, den Fahrer bei einer Abweichung seiner Lenkaktivität von der durch den Fahrspurverlauf vorgegebenen Soll-Lenkbewegung durch gerichtete, künstliche Lenkradkräfte zu unterstützen. Der Fahrer muss also nach wie vor aktiv lenken.Known LKS systems have so far not been able to drive the vehicle automatically keep in his lane, but only have the job the driver in a deviation of his steering activity of the by the lane course predetermined target steering movement by directed, artificial steering wheel forces to support. The driver must therefore continue to steer actively.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein LKS-System zu schaffen, das in der Lage ist, das Fahrzeug selbsttätig in einer vorgegebenen Fahrspur zu halten, ohne dass der Fahrer hierzu die Lenkung aktiv betätigen muss.It It is therefore the object of the present invention to provide an LCS system, which is capable of automatically driving the vehicle in a predetermined lane to hold without the driver must actively operate the steering for this purpose.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Is solved this task according to the invention by the specified in claim 1 and in claim 8 Characteristics. Further embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, aus den vom Fahrspurerkennungssystem gelieferten Daten und aktuellen Fahrzustandsgrößen, wie z.B. der Gierrate, eine Trajektorie (d.h. Bewegungsbahn) zu ermitteln, der das Fahrzeug folgen sollte, und die Fahrzeugquerbewegung mit Hilfe eines Trajektorien-Folgereglers und eines Lenkstellers derart zu regeln, dass das Fahrzeug der Trajektorie folgt. Dem Trajektorien-Folgeregler wird hierzu eine Information über die Trajektorie (wie z.B. eine wegabhängige Krümmung) als Führungsgröße zugeführt.One essential idea of the invention is that of the lane detection system supplied data and current driving state variables, such as the yaw rate, to determine a trajectory (i.e., trajectory) of the vehicle should follow, and the vehicle traverse movement with the help of a trajectory follower and a steering actuator to regulate such that the vehicle of the trajectory follows. The trajectory follower is this information about the Trajectory (such as a path-dependent curvature) supplied as a reference variable.

Ein erfindungsgemäßes LKS-System umfasst somit eine Vorrichtung zur Trajektorienbestimmung und einen nachgeschaltetem Trajektorien-Folgeregler, sowie einen Lenksteller als Stellglied der Regelung. Eine solche Kombination aus Trajektorienbestimmung und nachgeschaltetem Trajektorien-Folgeregler hat den wesentlichen Vorteil, dass das Fahrzeug automatisch in der vorgegebenen Fahrspur gehalten werden kann, ohne dass der Fahrer aktiv in die Lenkung eingreifen muss.One Inventive LKS system thus comprises a device for trajectory determination and a downstream trajectory follower, as well as a steering actuator as an actuator of the scheme. Such a combination of trajectory determination and downstream trajectory follower has the essential Advantage that the vehicle automatically in the specified lane can be held without the driver being active in the steering must intervene.

Die Einrichtung zur Trajektorienbestimmung und der Trajektorien-Folgeregler sind vorzugsweise als Software in einem Kfz-Steuergerät hinterlegt.The Device for trajectory determination and trajectory slave controller are preferably deposited as software in a vehicle control unit.

Als Regelgrößen werden vorzugsweise der Schwimmwinkel und/oder die Gierrate des Fahrzeugs herangezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung regelt der Trajektorien-Folgeregler neben dem Schwimmwinkel und/oder der Gierrate des Fahrzeugs vorzugsweise auch einen Radwinkel bzw. eine hierzu proportionale Größe. Die zusätzliche Regelung des Radwinkels hat den Vorteil, dass Verzögerungszeiten im Stellglied (Lenksteller) und der Regelstrecke (Lenkung) vom Trajektorien-Folgeregler berücksichtigt werden können.When Controlled variables become preferably the float angle and / or the yaw rate of the vehicle used. According to one preferred embodiment The invention regulates the trajectory slave controller next to the slip angle and / or the yaw rate of the vehicle preferably also a wheel angle or a size proportional thereto. The additional regulation of the wheel angle has the advantage of having delay times in the actuator (steering actuator) and the controlled system (steering) of the trajectory slave controller be taken into account can.

Der Trajektorien-Folgeregler berechnet in Abhängigkeit von der bzw. den Regelabweichungen der Regelgröße(n) vorzugsweise einen Lenkradwinkel (oder eine äquivalente Größe) die vom Lenksteller eingestellt werden soll.Of the Trajectory slave controller calculated as a function of the control deviation (s) the controlled variable (s) preferably a steering wheel angle (or an equivalent Size) the to be adjusted by the steering actuator.

Die Sollwerte der einzelnen Regelgrößen (Gierrate, Schwimmwinkel und/oder Radwinkel) werden vorzugsweise von einem Steuergerät unter Berücksichtigung der Trajektorie aus dem bekannten Einspurmodell abgeleitet. Die Ist-Werte der Regelgröße(n) werden vorzugsweise sensorisch mittels entsprechender Sensoren erfasst.The Setpoint values of the individual controlled variables (yaw rate, Slip angle and / or wheel angle) are preferably of a control unit considering the trajectory derived from the known single-track model. The Actual values of the controlled variable (s) preferably detected by sensors using appropriate sensors.

Der Trajektorien-Folgeregler ist vorzugsweise als Zustandsregler realisiert und z. B. als Software in einem Steuergerät hinterlegt.Of the Trajectory slave controller is preferably implemented as a state controller and Z. B. deposited as software in a control unit.

Ein erfindungsgemäßes LKS-System umfasst entsprechend einen geschlossenen Regelkreis mit einer Vorrichtung zur Trajektorienbestimmung, einen nachgeschaltetem Trajektorien-Folgeregler und einem Lenksteller, wobei der Trajektorien-Folgeregler das Regelglied und der Lenksteller das Stellglied der Regelung bildet.One Inventive LKS system accordingly comprises a closed loop with a device for trajectory determination, a downstream trajectory follower and a steering actuator, being the trajectory follower the control element and the steering actuator forms the control element of the control.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be exemplified below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung der Lenkung eines Kfz; 1 a schematic representation of the steering of a motor vehicle;

2 die Bewegungsbahn eines Fahrzeugs in einer Fahrspur; 2 the trajectory of a vehicle in a lane;

3 eine Blockdarstellung eines Regelsystems zum Halten des Fahrzeugs in seiner Fahrspur; und 3 a block diagram of a control system for holding the vehicle in its lane; and

4 eine Ausführungsform eines Trajektorien-Folgereglers für drei Regelgrößen. 4 an embodiment of a trajectory follower for three controlled variables.

1 zeigt eine Vorderradlenkung 1 eines Kfz mit einem Lenkrad 2, einer Lenkstange 5, einem Lenkgetriebe 6 mit einem Übersetzungsverhältnis N und einer Spurstange 8, mittels der ein Vorderrad 7 gelenkt wird. Die Lenkung 1 umfasst ferner einen Lenksteller 3, wie z.B. einen Servomotor, mit dem über einen Riementrieb 4 ein Moment MA auf die Lenkstange 5 ausgeübt werden kann. Das Übersetzungsverhältnis ist dabei mit NA bezeichnet. 1 shows a front wheel steering 1 a car with a steering wheel 2 , a handlebar 5 a steering gear 6 with a gear ratio N and a tie rod 8th , by means of a front wheel 7 is steered. The steering 1 further comprises a steering actuator 3 , such as a servomotor, with the via a belt drive 4 a moment M A on the handlebar 5 can be exercised. The transmission ratio is denoted by N A.

Die dargestellte Lenkung ist mechanisch identisch aufgebaut wie die meisten herkömmlichen Kfz-Lenkungen und wird hier im Rahmen eines LKS-Regelsystems dazu genutzt, das Fahrzeug 11 (2) durch Ausüben eines künstlichen Führungsmoments MA in seiner Fahrspur 10 zu halten.The illustrated steering is mechanically identical to most conventional vehicle steering systems and is used here as part of a LKS control system to the vehicle 11 ( 2 ) by exerting an artificial guiding moment M A in its lane 10 to keep.

2 zeigt die Bewegungsbahn eines Fahrzeugs 11 in einer Fahrspur 10, die durch Fahrspurmarkierungen 9 begrenzt ist. Das Fahrzeug 11 umfasst ein Fahrspurerkennungssystem 12, wie z. B. ein Bildverarbeitungssystem, das die relative Position des Fahrzeugs 11 bezüglich der Fahrbahnmarkierungen 9 (die sogenannte Ablage), die Orientierung des Fahrzeugs 11, sowie den Fahrbahnverlauf ermittelt. Das Bildverarbeitungssystem umfasst eine Videokamera und eine spezielle Bildverarbeitungssoftware, die aus den Bilddaten die gewünschten geometrischen Daten (Ablage, Orientierung und Fahrspurverlauf) ermittelt. 2 shows the trajectory of a vehicle 11 in a lane 10 by lane markings 9 is limited. The vehicle 11 includes a lane detection system 12 , such as As an image processing system, the relative position of the vehicle 11 regarding the lane markings 9 (the so-called filing), the orientation of the vehicle 11 , as well as the road course determined. The image processing system includes a video camera and a special image processing software that determines the desired geometric data (storage, orientation and lane course) from the image data.

Die geometrischen Daten werden dann einer Einrichtung 14 (siehe 3) zur Trajektorienbestimmung zugeführt, die daraus unter Berücksichtigung aktueller Fahrzustandsgrößen, wie z.B. der Gierrate oder der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Trajektorie 13 berechnet, der das Fahrzeug 11 folgen sollte, um in der Fahrspur 10 zu bleiben. Die Trajektorie 13 hat vorzugsweise einen Verlauf, der möglichst in der Mitte der Fahrbahn 10 liegt.The geometric data then becomes a device 14 (please refer 3 ) for trajectory determination, which, taking into account current driving state variables, such as the yaw rate or the vehicle speed, a trajectory 13 calculates the vehicle 11 should follow to get in the lane 10 to stay. The trajectory 13 preferably has a course that is possible in the middle of the roadway 10 lies.

3 zeigt einen Überblick über das gesamte LKS-Regelsystem. Das LKS-Regelsystem umfasst im wesentlichen das Fahrspurerkennungssystem 12 einschließlich Bildverarbeitungssoftware, die Einrichtung 14 zur Trajektorienbestimmung und einen nachfolgenden Regelkreis 16. Der Regelkreis 16 umfasst einen Trajektorien-Folgeregler 15, sowie einen Block 3, in dem ein LKS-Algorithmus und ein Lenksteller, wie z. B. einen Servomotor, zusammengefasst sind. Das Fahrzeug 11 bildet die Regelstrecke der Regelung. 3 shows an overview of the entire LKS control system. The LKS control system essentially comprises the lane detection system 12 including image processing software, the facility 14 for trajectory determination and a subsequent control loop 16 , The control loop 16 includes a trajectory follower 15 , as well as a block 3 in which an LKS algorithm and a steering controller, such. B. a servomotor, are summarized. The vehicle 11 forms the controlled system of the regulation.

Die Trajektorie 13 wird vorzugsweise als ein Krümmungsverlauf κ(x) in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg (x) berechnet und an den Trajektorien-Folgeregler 15 ausgegeben. Die Trajektorieninformation κ kann aber auch ein fester (wegunabhängiger) Wert sein.The trajectory 13 is preferably calculated as a curvature curve κ (x) as a function of the distance traveled (x) and to the trajectory slave controller 15 output. The trajectory information κ can also be a fixed (path-independent) value.

Der Trajektorien-Folgeregler 15 regelt im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Regelgrößen, nämlich die Gierrate dψ/dt, den Schwimmwinkel β und den Radwinkel δ und berechnet daraus unter Berücksichtigung der Trajektorie 13 einen Lenkradwinkel δL. Der im Block 3 enthaltene LKS-Algorithmus erzeugt daraus eine Stellgröße (z.B. ein Moment) für den Lenksteller, der dann ein entsprechendes Führungsmoment MA auf die Lenkung 1 des Fahrzeugs 11 ausübt. Durch diese Regelung kann ein natürliches, an das Lenkverhalten des Fahrers angenähertes Lenkverhalten erreicht werden.The trajectory follower 15 controls in the present embodiment, three control variables, namely the yaw rate dψ / dt, the slip angle β and the wheel angle δ and calculates it taking into account the trajectory 13 a steering wheel angle δ L. The one in the block 3 contained LKS algorithm generates from this a manipulated variable (eg a moment) for the steering actuator, which then has a corresponding guide moment M A on the steering 1 of the vehicle 11 exercises. By this regulation, a natural, similar to the steering behavior of the driver steering behavior can be achieved.

Die in 3 dargestellten Elemente 12, 1416 sind vorzugsweise als Software in einem Kfz-Steuergerät hinterlegt.In the 3 illustrated elements 12 . 14 - 16 are preferably deposited as software in a vehicle control unit.

4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Trajektorien-Folgereglers 15 zur Regelung des Radwinkels δ, des Schwimmwinkels β und der Giergeschwindigkeit dψ/dt. Der Trajektorien-Folgeregler 15 umfasst drei Knoten 18, 19, 20, an denen jeweils die Regeldifferenz der Regelgrößen δ, β, dψ/dt ermittelt wird. Die Sollwerte (mit dem Index stat versehen) der einzelnen Regelgrößen werden dabei aus dem stationären Einspurmodell der Fahrzeugquerbewegung abgeleitet und unter Berücksichtigung der Trajektorieninformation x berechnet. Die stationären Sollgrößen δstat, βstat, dψ/dtstat können z. B. wie folgt berechnet werden:

Figure 00070001
dψ/dtstat = v·κ (3)wobei l der Achsabstand des Fahrzeugs, lv der Abstand der Vorderachse zum Fahrzeugschwerpunkt, lh der Abstand der Hinterachse zum Fahrzeugschwerpunkt, m die Fahrzeugmasse, v die Fahrzeuggeschwindigkeit, Ch, Cv die Achssteifigkeit an der Vorder- bzw. der Hinterachse und κ die von der Einrichtung 14 zur Trajektorienbestimmung berechnete Sollkrümmung. 4 shows a detailed view of the trajectory follower 15 for regulating the wheel angle δ, the slip angle β and the yaw rate dψ / dt. The trajectory follower 15 includes three nodes 18 . 19 . 20 , on each of which the control difference of the controlled variables δ, β, dψ / dt is determined. The setpoint values (provided with the index stat) of the individual control variables are derived from the stationary single-track model of the vehicle lateral movement and calculated taking into account the trajectory information x. The stationary setpoint variables δ stat , β stat , dψ / dt stat can, for. B. calculated as follows:
Figure 00070001
dψ / dt stat = v · κ (3) where l is the center distance of the vehicle, l v is the distance between the front axle and the center of gravity of the vehicle, l h is the distance between the rear axle and the center of gravity of the vehicle, m is the vehicle mass, v is the vehicle speed , C h , C v is the axle stiffness at the front or rear axle and κ those of the institution 14 Calculated desired curvature for trajectory determination.

Der eigentliche Regelalgorithmus 17 ist vorzugsweise als Zustandsregler, wie z.B. als LQR-Zustandsregler realisiert. Dieser Reglertyp zeigt eine gute Stabilität und eine hohe Robustheit gegenüber Parameterschwankungen der Regelstrecke. Andere Reglertypen, die dem System eine robuste Stabilität einprägen, sind ebenfalls geeignet.The actual control algorithm 17 is preferably implemented as a state controller, such as LQR state controller. This controller type shows a good stability and a high robustness against parameter fluctuations of the controlled system. Other types of controllers that imprint sturdy stability on the system are also suitable.

Im Fahrbetrieb wird die zuvor berechnete Trajektorie 13 vom Fahrzeug 11 abgefahren und stetig neu berechnet, vorzugsweise wenn die Regelgüte Q des Trajektorien-Folgereglers 15 einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Die Regelgüte Q kann z.B. über die Auswertung der quadratischen Abweichungen der Regeldifferenzen ermittelt werden, wobei gilt: Q = ∫(dψ/dtstat – dψ/dt)2 + (βstat – β)2+ (δstat – δ)2/dt (4) When driving, the previously calculated trajectory 13 from the vehicle 11 traced and constantly recalculated, preferably when the Q of the trajectory follower 15 falls below a predetermined value. The control quality Q can be determined, for example, by evaluating the quadratic deviations of the control differences, where: Q = ∫ (dψ / dt stat - dψ / dt) 2 + (β stat - β) 2 + (δ stat - δ) 2 / dt (4)

Wenn die Trajektorie 13 als wegabhängige Funktion κ(x) berechnet wird, fährt der Trajektorien-Folgeregler 15 diese Funktion bis zu einer definierten Wegstrecke xend ab. Die Strecke xend kann z. B. der in einem Rechenzyklus zurückgelegte Weg sein oder z. B. von der Vorausschauweite des Fahrspurerkennungssystems 12 oder der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 11 abhängen und sollte die Vorausschauweite des Fahrspurerkennungssystems 12 nicht überschreiten. Nach dem Abfahren der Wegstrecke xend wird dann eine neue Trajektorieninformation κ auf Basis des geänderten Fahrspurverlaufs ermittelt.If the trajectory 13 is calculated as a path-dependent function κ (x), the trajectory slave controller moves 15 this function up to a defined distance x end . The distance x end can z. B. be covered in a computing cycle way or z. From the look ahead range of the lane detection system 12 or the speed v of the vehicle 11 and should be the foresight of the lane detection system 12 do not exceed. After traveling the distance x end , a new trajectory information κ is then determined on the basis of the changed lane course.

Bei Verwendung eines festen (wegunabhängigen) Krümmungswerts κ, wird die Trajektorieninformation κ vorzugsweise in kürzeren vorgegebenen Zeitabständen berechnet.at Using a fixed (path-independent) curvature value κ, the Trajectory information κ preferably in shorter predetermined intervals calculated.

11
Lenkungsteering
22
Lenkradsteering wheel
33
Lenksteller mit LKS-Algorithmussteering actuator with LKS algorithm
44
Riemenbelt
55
Lenkstangehandlebars
66
Lenkübersetzungsteering ratio
77
Vorderradfront
88th
Spurstangetie rod
99
Fahrspurmarkierunglane marker
1010
Fahrbahnroadway
1111
Fahrzeugvehicle
1212
FahrspurerkennungssystemLane departure warning system
1313
Trajektorietrajectory
1414
Einrichtung zur TrajektorienbestimmungFacility for trajectory determination
1515
Trajektorien-FolgereglerTrajectory slave controller
1616
Regelkreisloop
1717
Regelalgorithmuscontrol algorithm
18, 19, 2018 19, 20
Subtrahierknotensubtracting node
κ(x)κ (x)
Trajektorienkrümmungtrajectory curvature
δδ
Radwinkelwheel angle
δL δ L
Lenkradwinkelsteering wheel angle
ββ
Schwimmwinkelfloat angle
dψ/dtdψ / dt
Gierrateyaw rate

Claims (10)

Vorrichtung zum Halten eines Fahrzeugs (11) in seiner Fahrspur (10), umfassend – einen Lenksteller (3), mit dem ein Lenkmoment (MA) auf die Lenkung (1) des Fahrzeugs (11) ausgeübt werden kann, und – ein Fahrspurerkennungssystem (12), mit dem die relative Position des Fahrzeugs (11) bezüglich seiner Fahrspur (10) sowie eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs ermittelt werden kann, gekennzeichnet durch – eine Vorrichtung (14) zur Trajektorienbestimmung, die aus den vom Fahrspurerkennungssystem (12) erhaltenen geometrischen Daten eine Trajektorie (13) ermittelt, der das Fahrzeug folgen sollte, und – einen Trajektorien-Folgeregler (15), dem eine Information (κ) über die Trajektorie (13) als Führungsgröße zugeführt wird und der die Fahrzeugbewegung derart regelt, dass das Fahrzeug (11) der Trajektorie (13) folgt.Device for holding a vehicle ( 11 ) in its lane ( 10 ), comprising - a steering actuator ( 3 ), with which a steering torque (M A ) on the steering ( 1 ) of the vehicle ( 11 ), and - a lane detection system ( 12 ), which determines the relative position of the vehicle ( 11 ) with regard to its lane ( 10 ) as well as information regarding the lane course can be determined, characterized by a device ( 14 ) for trajectory determination, which is derived from the traffic lane recognition system ( 12 ) obtained a trajectory ( 13 ), which should follow the vehicle, and - a trajectory follower ( 15 ), which receives information (κ) about the trajectory ( 13 ) is supplied as a reference variable and controls the vehicle movement such that the vehicle ( 11 ) of the trajectory ( 13 ) follows. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trajektorien-Folgeregler (15) den Schwimmwinkel (β) und/oder die Gierrate (dψ/dt) des Fahrzeugs (11) regelt.Device according to Claim 1, characterized in that the trajectory slave controller ( 15 ) the slip angle (β) and / or the yaw rate (dψ / dt) of the vehicle ( 11 ) regulates. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trajektorien-Folgeregler den Radwinkel (δ) oder ein proportionale Größe regelt.Device according to Claim 1 or 2, characterized that the trajectory slave controller the wheel angle (δ) or a proportional size regulates. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener Regelkreis (18) vorgesehen ist, in dem der Trajektorien-Folgeregler (15) das Regelglied und der Lenksteller (3, 16) das Stellglied der Regelung bildet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a closed loop ( 18 ), in which the trajectory slave controller ( 15 ) the control member and the steering actuator ( 3 . 16 ) forms the actuator of the control. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trajektorien-Folgeregler (15) ein Zustandsregler ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the trajectory slave controller ( 15 ) is a state controller. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Trajektorien-Folgeregler (15) zugeführte Trajektorien-Information (κ) eine Krümmung (κ(x)) als Funktion des Weges (x) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the trajectory slave controller ( 15 ) is a curvature (κ (x)) as a function of the path (x). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Trajektorien-Information (κ) eine Soll-Gierrate (d ψ/dtstat), ein Soll-Schwimmwinkel (βstat) und/oder ein Soll-Radwinkel (δstat) berechnet werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that from the trajectory information (κ) a desired yaw rate (d ψ / dt stat ), a target slip angle (β stat ) and / or a desired wheel angle (δ stat ) be calculated. Verfahren zum Halten eines Fahrzeugs (11) in seiner Fahrspur (10), bei dem mittels eines Fahrspurerkennungssystems (12) die relative Position des Fahrzeugs (11) bezüglich seiner Fahrspur (10) ermittelt und mit Hilfe eines Lenkstellers (3) ein Lenkmoment (MA) auf die Lenkung (1) des Fahrzeugs (11) ausgeübt wird, um das Fahrzeug (11) in seiner Fahrspur (10) zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass aus den vom Fahrspurerkennungssystem (12) erhaltenen geometrischen Daten eine Trajektorie (13) ermittelt wird, der das Fahrzeug (11) folgen sollte, und einem Trajektorien-Folgeregler (15) eine Trajektorien-Information (κ) als Führungsgröße zugeführt wird, der die Fahrzeugbewegung derart regelt, dass das Fahrzeug (11) der Trajektorie (13) folgt.Method for holding a vehicle ( 11 ) in its lane ( 10 ), in which by means of a lane detection system ( 12 ) the relative position of the vehicle ( 11 ) with regard to its lane ( 10 ) and with the help of a steering actuator ( 3 ) a steering torque (M A ) on the steering ( 1 ) of the vehicle ( 11 ) is applied to the vehicle ( 11 ) in its lane ( 10 ), characterized in that from the lane detection system ( 12 ) obtained a trajectory ( 13 ) determining the vehicle ( 11 ) and a trajectory follower ( 15 ) a trajectory information (κ) is supplied as a reference variable which controls the vehicle movement in such a way that the vehicle ( 11 ) of the trajectory ( 13 ) follows. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Giergeschwindigkeit (d ψ/dt) und/oder der Schwimmwinkel (β) die Regelgrößen bilden.Method according to claim 8, characterized in that that the yaw rate (d ψ / dt) and / or the slip angle (β) form the controlled variables. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radwinkel (δ) oder eine proportionale Größe eine weitere Regelgröße bildet.Method according to claim 9, characterized in that that the wheel angle (δ) or a proportional size one forms another controlled variable.
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