DE102011088768B4 - Kraftfahrzeug mit mindestens einem fahrstabilitätsbezogenen Fahrerassistenzsystem - Google Patents

Abstract

Kraftfahrzeug mit mindestens einem fahrstabilitätsbezogenen Fahrerassistenzsystem, dem ein elektronisches Steuergerät zugeordnet ist, wobei das elektronische Steuergerät ein Programmmodul (10) enthält, durch das das Fahrerassistenzsystem in einen Lernmodus zum Trainieren des Fahrkönnens eines Fahrers versetzbar ist, wenn mindestens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wobei im Lernmodus durch Benutzung ohnehin vorhandener Sensoren und/oder Aktuatoren des Fahrerassistenzsystems entgegen seiner bisher bestimmungsgemäßen Aufgaben fahrdynamische Störungen induzierbar sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem fahrstabilitätsbezogenen Fahrerassistenzsystem.
• Aus der DE 10 2009 040 677 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem bekannt, bei dem ein Lernen der angepassten Bedienung des Fahrzeugs bei autonom eingreifenden Fahrerassistenzsystemen erzielt werden soll.
• Des Weiteren beschreibt die DE 10 2005 019 705 A1 ein Fahrerassistenzsystem, welches in einen Demonstrations- und/oder Lernmodus versetzbar ist, in welchem gegenüber einem Normalbetrieb veränderte Bedingungen für die Ausgabe von Informationen, insbesondere einer Warnung, gelten. Der Demonstrations- und/oder Lernmodus ist durch einen Bediener, insbesondere den Fahrer, gezielt aktivierbar.
• Außerdem offenbart die DE 10 2010 003 210 A1 ein Verfahren zur Simulation eines kritischen Fahrzustands. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, Auswirkungen einer kritischen Fahrsituation künstlich zu erzeugen, so dass beispielsweise ein Fahrschüler einer Störeinwirkung ausgesetzt werden kann. Diese künstliche Erzeugung kann von einem Fahrlehrer bei Bedarf zu jeder Zeit reproduzierbar eingeleitet werden.
• Zudem beschreibt die DE 10 2009 039 774 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein für den Fahrer verfügbares Leistungsmerkmal und/oder wenigstens eine Fahrfunktion eines Systems des Kraftfahrzeugs aktiviert oder deaktiviert wird und/oder wenigstens ein Schwellwert für einen automatischen Fahreingriff, insbesondere durch ein Sicherheitssystem, angepasst wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass dem Fahrer, insbesondere auf dessen Anforderung hin und/oder automatisch durch ein Fahrerassistenzsystem, Fahraufgaben gestellt werden.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, durch das der Fahrer trotz Vorhandensein eines Fahrerassistenzsystems das sichere eigenverantwortliche Fahren nicht verlernt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
• Sicheres Autofahren bedeutet mehr als nur die perfekte „einfache“ Bedienung des Fahrzeugs, die man in der Fahrschule lernt. Vielmehr muss man fahrphysikalische und verkehrstechnische Grenzen kennen und in Notfällen auch beherrschen können.
• Bei modernen Fahrzeugen werden durch präzises Lenk- und Eigenlenkverhalten sowie durch ABS, ESP/DSC und weitere Fahrerassistenzsysteme Notfälle immer seltener. Völlig auszuschließen sind kritische Situationen jedoch heute und in Zukunft aber nicht, wie das Beispiel von plötzlich einsetzendem Glatteis zeigt. Damit ergibt sich die Frage, ob ein erfahrener Pilot mit modernen Fahrzeugen das versierte Autofahren verlernt, und wie ein Neuling zu einem bezüglich der Fahrphysik „guten“ Autofahrer werden kann.
• Grundvoraussetzung für die Beherrschung des Fahrzeugs ist das vollständige Situationsbewusstsein des Fahrers, das den zeitlichen Verlauf des Fahrvorganges, vorhandene und mögliche Störungen und die weitere Entwicklung beinhaltet.
• Heutige Fahrzeuge fahren auf griffiger Fahrbahn durchweg bis in höhere Querbeschleunigungsbereiche fast wie „auf Schienen“, während Fahrer bei alten Modellen schon bei moderaten Kurvengeschwindigkeiten und Fahrbahnstörungen mit Gier-, Schwimm- und Wankbewegungen zu rechnen hatten, ebenso auch mit Wechsel des Eigenlenkens insbesondere von Unterzu Übersteuern. Damals musste man mit Abweichungen vom idealen Fahrverhalten vertraut sein. Zudem konnten versierte Fahrer trotz gegenüber heute schlechterem Lenkverhalten (Reibungen, Elastizitäten usw.) Fahrspurabweichungen aufgrund ihrer Erfahrung einigermaßen bis gut ausregeln.
• Für heute und morgen können daraus 2 Fragen abgeleitet werden:
• • Wie kann Fahrern das Gefühl vermittelt werden, dass Situationsbewusstsein auch bei schon weitgehend problemlos funktionierenden Fahrzeugen erforderlich ist, um auch seltene und schwierige Situationen beherrschen zu können?
• • Wie kann darauf aufbauend den Fahrern die Fähigkeit vermittelt werden, dann auch situationsgerecht reagieren zu können?
• Für Autofahrer und ihre Fahrzeuge bekannt ist ein Vorschlag ( DE 10 2009 040 677 A1 ), bei dem der Fahrer die Wirkungsweise autonomer Fahrmanöver von Fahrerassistenzsystemen kennenlernen kann. Dies soll durch gezielte Eingabe des Fahrers erfolgen.
• Im Gegensatz dazu ist es Aufgabe des vorliegenden Vorschlages, dem Fahrer ohne helfende Fahrerassistenz-Eingriffe in automatischer Funktion zu zeigen, dass das weitgehend perfekte Fahren moderner Fahrzeuge durchaus seine Grenzen haben kann. Hierzu sollen die Fähigkeiten der Fahrerassistenzsysteme einschließlich aktiver Fahrwerks-Regelsysteme genutzt werden, und zwar zeitweise durch künstliche Beeinträchtigung des idealen Fahrens in unkritischen Situationen. Um das zu erreichen, müssen typische Störungsbewegungen vorzugsweise auch früherer Fahrzeuge und deren Ursachen mit moderner Messtechnik erfasst, gespeichert und in der Fahrerassistenz-Elektronik moderner Modelle verfügbar gemacht werden. Mit diesen gespeicherten Ursache-Wirkungsbeziehungen können dann mittels moderner aktiver Fahrwerksysteme (je nach Verfügbarkeit) die künstlichen Abweichungen vom idealen Fahren situationsgerecht eingesetzt werden. Dieser Modus kann dann wirksam werden, wenn bei einem Oldtimer in vergleichbarer Fahrsituation (z.B. Kurve mit Fahrbahnunebenheiten und/oder wechselnder Griffigkeit) schon leichte Störbewegungen und Fahrspurabweichungen auftreten würden. Die heutige Fahrdynamik-Sensorik erkennt solche Situationen und induziert über aktive Systeme (z.B. ESP/DSC, elektromechanische Lenkung, Torque Vectoring, verstellbare Stabilisatoren), leichte Störungen im Bewegungsverlauf des Fahrzeugs. Sollte ein ungeübter Fahrer dadurch verunsichert werden, wird dies über dessen unangepasstes Lenkverhalten (Amplituden, Frequenzen,...) sowie unmotivierte Geschwindigkeitsänderungen erkannt. Der Lernmodus wird dann schnellstmöglich wieder abgeschaltet. Bei anderer Gelegenheit kann dieser Modus in schwächerer Form wieder versucht werden, bis der ungeübte Fahrer nicht mehr verunsichert wird, und situationsgerecht reagieren kann. Bei einem schon geübten Fahrer können diese künstlichen Störungen in stärkerer Form induziert werden.
• Der Lernmodus soll natürlich nur in völlig unkritischen Situationen aktiviert werden, die vom Fahrzeug und dessen Umfelderkennung, evtl. ergänzt durch Car2X-Kommunikation, festgestellt werden. Sinnvoll dürfte eine entsprechende Information an den Fahrer (Anzeige,...) sein, wenn dieser Modus aktiv ist, um das Situationsbewußtsein des Fahrers zu schärfen. Denkbar ist weiterhin, diesen Modus in den Fahrerlebnisschalter aufzunehmen, evtl. unter dem Motto einer speziellen Form der „Freude am Fahren“.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt schematisch ein Programmmodul, das in einem elektronischen Steuergerät des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs integriert ist und für die Realisierung eines Lernmodus erforderlich ist.
• Ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug ist mit mindestens einem fahrstabilitätsbezogenen Fahrerassistenzsystem - insbesondere einem Fahrdynamikregelsystem ABS, ASC, DSC usw. - dem üblicherweise ein elektronisches Steuergerät zugeordnet ist, ausgestattet. Das elektronische Steuergerät enthält erfindungsgemäß ein Programmmodul 10, durch das das Fahrerassistenzsystem in einen Lernmodus zum Trainieren des Fahrkönnens eines Fahrers versetzbar ist, wenn mindestens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Im Lernmodus sind durch Benutzung ohnehin vorhandener Sensoren und/oder Aktuatoren des Fahrerassistenzsystems entgegen seiner bisher bestimmungsgemäßen Aufgaben fahrdynamische Störungen induzierbar. Hierbei ist unter „induzieren“ sowohl aktiv verursachen aber auch passiv zulassen - also zulassen, indem das bestimmungsgemäße Ausregeln des Fahrerassistenzsystems unterlassen wird - zu verstehen.
• Das Programmmodul 10 beginnt mit Startmodul 1, das beispielweise zeit- oder ereignisgesteuert aufgerufen wird. Anschließend wird in einem Analysemodul 2a mittels vorhandener Sensoren die Kritikalität fahrdynamischer Parameter festgestellt, wobei eine erste vorgegebene Bedingung zur Aktivierung des Lernmodus eine vergleichsweise niedrige Kritikalität ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein manuell zu betätigendes Bedienelement 2b zum willkürlichen Einschalten des Lernmodus durch den Fahrer vorhanden sein, so dass der Einschaltzustand des Bedienelements 2b eine zweite Bedingung zum Aktivieren des Lernmodus ist.
• Das Programmmodul 10 enthält einen Kennfeldkomplex 3, durch den empirisch ermittelte fahrdynamischen Ursache-Wirkungsbeziehungen abgespeichert sind, die vorliegen, wenn ein Fahrerassistenzsystem Störungen nicht ausregelt. Zur Erstellung dieses Kennfeldkomplexes können vorzugsweise auch Oldtimer oder sogenannte Jungtimer (ab 1980), die noch nicht mit heute eingesetzten Fahrerassistenzsystemen einschließlich ABS ausgestattet waren, vermessen werden. Die Induzierung der Wirkung auf die erkannte Ursache hin wird somit intensivere Störungen verursachen als bei heute mit Fahrerassistenzsystemen insbesondere in Form von Fahrdynamikregelsystemen ausgestatteten Fahrzeugen.
• Das Programmmodul 10 enthält weiterhin ein Vergleichsmodul 4, das bei Vorliegen einer erkannten fahrdynamischen Störung mit niedriger Kritikalität, die Induzierung der dieser Ursache im Kennfeldkomplex 3 zugeordneten Wirkung aktiviert, d.h. beispielsweise in einem ersten Schritt als Störung nicht ausregelnd zulässt oder in einem zweiten Schritt die Intensität der Störung erhöht. Hierbei werden ohnehin vorhandene Aktuatoren im Fahrzeug verwendet, um insbesondere Gier-, Schwimm-, Wank- und/oder Lenkstörungen zu erzeugen. Derartige Aktuatoren können radselektiv ansteuerbare Radbremsen, aktive Lenküberlagerungsgetriebe, verstellbare Stabilisatoren, Längs- und Querkupplungen zur achs- oder radselektiven Antriebsmomentverteilung, aktive Luftfedern usw. sein. Der Lernmodus kann auch Umfeldbedingungen wie Eisglätte, Regen, Schlaglöcher, Kurven usw. für ein Fahrertraining ausnutzen. Zur Erfassung der Umfeldbedingungen ist in heutigen Fahrzeugen ebenfalls schon eine Vielzahl von Sensoren, wie z. B. Lenkwinkelsensoren, Regensensor, Querbeschleunigungssensoren, Kameras, GPS-Sensor für die Abfrage von Navigationsdaten usw., vorhanden.
• Der Vollständigkeit halber werden im Folgenden mit Bezug auf den Kennfeldkomplex 3 bekannte fahrdynamische Ursache-Wirkungsbeziehungen beispielhaft aufgezählt:
• Mögliche Ursachen: (zu hohe) Fahrzeuggeschwindkeit (v), Glätte (niedriger Reibwert µ oder Reibwertänderungen dµ/dt), Kurvenfahrt (Querbeschleunigung a_q), unebene Fahrbahn (Radfederbewegungen, vertikale Schwingungen vs_r), links-rechts-Unebenheiten (links-rechts Schwingungen Irs_r).
• Mögliche Wirkungen (einzeln oder in Kombination): Gieren, Schwimmen, Wanken, Lenkungseinflüsse.
• Gieren: Der Gierwinkel α bezeichnet das Ausmaß der Drehung eines Fahrzeuges um seine Hochachse, durch die das Fahrzeug daran gehindert wird, sich geradeaus zu bewegen.
• Schwimmen: Der Schwimmwinkel β ist der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und seiner Längsachse. Bei hohen Querbeschleunigungen ist der Schwimmwinkel maßgeblich für die Beherrschbarkeit von Fahrzeugen aufgrund der mangelnden Seitenführung der Hinterachse.
• Wanken (auch Rollen): Drehwinkel γ eines Kraftfahrzeuges um seine Längsachse (Wankachse). Beispielsweise bei Kurvenfahrt und/oder bei Fahrbahnunebenheiten rollt das Kraftfahrzeug um seine Längsachse gewöhnlich nach außen und/oder wankt hin und her.
• Lenkungseinflüsse: Lenkstörung in Form von passiven, ungewollten Lenkwinkeln δ und/oder Lenkmomenten.
• Das Programmmodul enthält ein Überwachungsmodul 5, das die Reaktion des Fahrers auf die Induzierung dieser Störungen hin überprüft und mittels eines Abfragemoduls 6 entweder bei angemessener Fahrerreaktion durch ein erstes Reaktionsmodul 7 die Intensität der Störung erhöht oder bei unangemessener (unsicherer) Fahrerreaktion durch ein zweites Reaktionsmodul 8 die Störung durch den ursprünglich bestimmungsgemäßen Einsatz des Fahrerassistenzsystems ausregelt.
• Das Programmmodul 10 beendet den Lernmodus im Endmodul 9, wenn entweder der Fahrer diesen durch Betätigung des Bedienelementes 2b ausschaltet oder ein erfolgreiches Fahrertraining mit genügend hoher Intensität abgeschlossen ist oder die Kritikalität der erfassten fahrdynamischen Parameter eine vorgegebene Gefährdungsschwelle übersteigt.

Claims (7)

1. Kraftfahrzeug mit mindestens einem fahrstabilitätsbezogenen Fahrerassistenzsystem, dem ein elektronisches Steuergerät zugeordnet ist, wobei das elektronische Steuergerät ein Programmmodul (10) enthält, durch das das Fahrerassistenzsystem in einen Lernmodus zum Trainieren des Fahrkönnens eines Fahrers versetzbar ist, wenn mindestens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wobei im Lernmodus durch Benutzung ohnehin vorhandener Sensoren und/oder Aktuatoren des Fahrerassistenzsystems entgegen seiner bisher bestimmungsgemäßen Aufgaben fahrdynamische Störungen induzierbar sind.
2. Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul (10) ein Analysemodul (2a) enthält, durch das mittels der vorhandenen Sensoren die Kritikalität fahrdynamischer Parameter festgestellt wird, wobei eine erste vorgegebene Bedingung zur Aktivierung des Lernmodus eine niedrige Kritikalität ist.
3. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein manuell zu betätigendes Bedienelement (2b) zum willkürlichen Einschalten des Lernmodus durch den Fahrer vorhanden ist und dass der Einschaltzustand des Bedienelements (2b) eine zweite Bedingung zum Aktivieren des Lernmodus ist.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul (10) einen Kennfeldkomplex (3) enthält, durch den empirisch ermittelte fahrdynamischen Ursache-Wirkungsbeziehungen abgespeichert sind, die vorliegen, wenn ein Fahrerassistenzsystem Störungen nicht ausregelt.
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul (10) ein Vergleichsmodul (4) enthält, das bei Vorliegen einer erkannten fahrdynamischen Störung mit niedriger Kritikalität die Induzierung der dieser Ursache im Kennfeldkomplex (3) zugeordneten Wirkung aktiviert.
6. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul ein Überwachungsmodul (5) enthält, das die Reaktion des Fahrers auf die Induzierung der Störung hin überprüft und entweder bei angemessener Fahrerreaktion die Intensität der Störung erhöht oder bei unangemessener Fahrerreaktion die Störung durch den ursprünglich bestimmungsgemäßen Einsatz des Fahrerassistenzsystems ausregelt.
7. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmmodul (10) den Lernmodus beendet, wenn entweder der Fahrer diesen durch Betätigung des Bedienelementes (2b) ausschaltet oder ein erfolgreiches Fahrertraining mit genügend hoher Intensität abgeschlossen ist oder die Kritikalität der erfassten fahrdynamischen Parameter eine vorgegebene Gefährdungsschwelle übersteigt.

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