DE102021202280A1

DE102021202280A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021202280A1
Application number: DE102021202280.4A
Authority: DE
Inventors: Roland GREUL; Stefan Kanngiesser; Tobias Neulen; Michael Sprinzl; David Antonio Arriola Gutierrez
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (200), wobei abhängig von Sensordaten (DatUS) einer Umfeldsensorik (108), die eine Fahrzeugumgebung erfasst, die Spurmitte einer Fahrspur bestimmt wird, auf der sich das Fahrzeug (200) in einer Ist-Position bezogen auf eine Querrichtung der Fahrspur befindet, wobei eine Soll-Trajektorie von der Ist-Position zu einer Soll-Position bezogen auf die Querrichtung der Fahrspur bestimmt wird, wobei abhängig von der Soll-Trajektorie eine Soll-Gierrate (Ψ̇Soll) bestimmt wird, wobei eine Lenkeingabe (dDrvr) des Fahrers (300) an einer Lenkeinrichtung (122) des Fahrzeugs (200) erfasst wird, wobei die Lenkeingabe (dDrvr) bei der Bestimmung der Soll-Gierrate (Ψ̇Soll) berücksichtigt wird oder die Soll-Position abhängig von der Lenkeingabe (dDrvr) entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird, und wobei ausgehend von der Soll-Gierrate (Ψ̇Soll) ein Radlenkwinkel (δRad) bestimmt wird, wobei ein Aktuator (118) eines Lenkgetriebes eines Steer-by-Wire-Systems (116) angesteuert wird, um mindestens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs (200) mit dem Radlenkwinkel (δRad) auszulenken.

Description

Stand der Technik
Aktuelle Spurführungsfunktionen („Lane Support Funktionen“, bspw. nach SAE L1/L2) unterstützen den Fahrer bei seiner Fahrzeugquerführungsaufgabe bspw. mittels einer elektromechanischen Lenkung, einem entsprechenden Algorithmus und einer Umfeldsensorik. Diese Funktionen erhöhen den Fahrkomfort für einen Fahrer, indem sie den Lenkaufwand reduzieren. Zu den Hauptfunktionen einer Spurführung zählt einerseits eine automatische Fahrzeugquerregelung auf eine Soll-Position innerhalb der eigenen Fahrspur. Andererseits zählt dazu eine automatische Generierung einer adäquaten haptischen Rückmeldung (Lenkempfehlung) am Lenkrad für den Fahrer, damit dieser das Fahrzeug auf Soll-Position hält oder bei Querabweichung das Fahrzeug wieder auf Soll-Position zurücklenkt.
Unter der Annahme, dass die Fahrspurmitte die gewünschte Soll-Position des Fahrzeugs für den Fahrer ist, wird die Fahrspurmitte als Soll-Position definiert. Dies hat zur Folge, dass jeder Lenkeingriff des Fahrers am Lenkrad, welcher für den Fahrer an sich korrekt ist, aber von der obigen Soll-Position abweicht, zu einer unerwünschten und störenden Lenkempfehlung für den Fahrer führt. Wie Studienergebnisse zeigen, ist ein solches Verhalten vom Fahrer nicht gewünscht.
Daher haben solche Spurführungsfunktionen bei Fahrern nur eine geringe Akzeptanz und werden oft dauerhaft deaktiviert. Zudem ist eine adäquate Lenkempfehlung eine applizierte Kombination aus einem herstellerspezifischen Basis-Lenkgefühl und einem Zusatz-Lenkgefühl der Spurführungsfunktion. Insbesondere bei unterschiedlichen herstellerspezifischen Basis-Lenkgefühlen (bspw. in Fahrprogrammen Komfort, Normal, Sport, usw.) besteht neben einem hohen Applikationsaufwand das Risiko, dass durch das Zusatz-Lenkgefühl das herstellerspezifische Basis-Lenkgefühl in den Hintergrund tritt bzw. verschwindet.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Vorrichtung und das Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß der unabhängigen Ansprüche wird eine Spurführung des Fahrzeugs ermöglicht, die die Akzeptanz bei Fahrern deutlich erhöht und ein herstellerspezifisches Basis-Lenkgefühl beibehält.
Das Verfahren dient zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere zur Spurführung oder Soll-Positionsführung eines Fahrzeugs relativ zu einer Fahrspur. Das Verfahren sieht vor, dass abhängig von Sensordaten einer Umfeldsensorik, die eine Fahrzeugumgebung erfasst, die Spurmitte einer Fahrspur bestimmt wird, auf der sich das Fahrzeug in einer Ist-Position bezogen auf eine Querrichtung der Fahrspur befindet bzw. bewegt, wobei eine Soll-Trajektorie von der Ist-Position zu einer Soll-Position bezogen auf die Querrichtung der Fahrspur bestimmt wird, wobei abhängig von der Soll-Trajektorie eine Soll-Gierrate bestimmt wird, wobei eine Lenkeingabe des Fahrers an einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs erfasst wird, wobei die Lenkeingabe bei der Bestimmung der Soll-Gierrate berücksichtigt wird oder die Soll-Position abhängig von der Lenkeingabe entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird, und wobei ausgehend von der Soll-Gierrate ein Radlenkwinkel bestimmt wird, wobei ein Aktuator eines Lenkgetriebes (Lenkgetriebe-Aktuator) eines Steer-by-Wire-Systems angesteuert wird, um mindestens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs mit dem Radlenkwinkel auszulenken.
Somit erhält der Fahrer keine „starren Vorgaben“ des Fahrzeugs oder der Spurführungsfunktion, sondern wird in die Spurführung des Fahrzeugs eingebunden bzw. kann diese aktiv in gewissen Grenzen vorgeben, indem eine Lenkeingabe des Fahrers erfasst und bei Bestimmung der Soll-Gierrate oder der Soll-Position berücksichtigt wird. Unerwünschte oder störende Lenkempfehlungen treten somit weitgehend nicht auf, außer bspw. bei gewünschter Systemausprägung mit zusätzlicher Lenkempfehlung nahe der erkannten Fahrspurmarkierungen bzw. Grenzen. Da das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-System aufweist und ein Radlenkwinkel durch das Lenkgetriebe unabhängig von einer Betätigung der Lenkeinrichtung durch den Fahrer vorgegeben werden kann, ist es möglich, das herstellerspezifische Basis-Lenkgefühl an der Lenkeinrichtung, bspw. durch entsprechende Applikation eines auf die Lenkeinrichtung wirkenden Aktuators, zu erhalten. Die Bestimmung eines Zusatz-Lenkgefühls ist somit zur Soll-Positionsführung nicht mehr erforderlich, so dass der Applikationsaufwand reduziert ist.
Läuft das oben beschriebene Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges ab, ist insbesondere eine direkte Vorgabe des Radlenkwinkels durch eine Lenkeingabe des Fahres nicht mehr möglich, sondern nur indirekt durch Anpassung einer Soll-Größe (bspw. Soll-Gierrate oder Soll-Position) eines „Querführungsreglers“. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die elektrische bzw. elektronische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung und dem Lenkgetriebe derart voneinander entkoppelt sind, dass eine Eingabe des Fahrers an der Lenkeinrichtung nicht einen Radlenkwinkel vorgibt, sondern eine Soll-Position bzw. Soll-Gierrate eines Querführungsreglers verschiebt. Da ein Steer-by-Wire-System vorliegt, besteht keine mechanische Kopplung zwischen Lenkeinrichtung und Lenkgetriebe.
Um ein unbeabsichtigtes Spurverlassen zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass die Lenkeingabe in Grenzen bei der Bestimmung der Soll-Gierrate berücksichtigt wird oder die Soll-Position abhängig von der Lenkeingabe in Grenzen entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird, und wobei ausgehend von der (optional begrenzten) Soll-Gierrate ein Radlenkwinkel bestimmt wird, wobei ein Akturator eines Lenkgetriebes eines Steer-by-Wire-Systems angesteuert wird, um mindestens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs mit dem Radlenkwinkel auszulenken. Im Falle einer solchen Begrenzung kann optional der Lenk(rad)aktuator zur haptischen Informationsrückmeldung an den Fahrer aktuiert werden.
Die Ist-Position des Fahrzeugs kann bspw. durch eine Querabweichung zur Spurmitte und einen Gierwinkel (Ist-Gierwinkel) des Fahrzeugs definiert sein. Die Umfeldsensorik kann die Fahrzeugumgebung in Form von Sensordaten erfassen, bspw. mittels einer Kamera. Zum Aktivieren der Spurführung bzw. der „Lane Support Function“ kann in einem ersten Rechenschritt die Spurmitte die Soll-Position sein (Spurmitte als initiale Soll-Position).
Bei der Lenkeingabe des Fahrers kann es sich um einen Lenkwinkel, eine Lenkkraft oder ein Lenkmoment handeln. Bei der Lenkeinrichtung kann es sich um ein Lenkrad, einen Side-Stick oder ein sonstiges Bedien- oder Sensorelement des Fahrzeugs handeln (bspw. Bedienelement zur Einstellung des Rückspiegels oder Sensor zur Blickwinkelerfassung des Fahrers). Wie bereits angedeutet, ist die Lenkeinrichtung Bestandteil eines Steer-by-Wire-Systems, d.h. es besteht nur eine elektrische und/oder elektronische, jedoch keine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung und dem Lenkgetriebe. Durch das Lenkgetriebe können mehr als ein lenkbares Rad ausgelenkt werden, bspw. zwei lenkbare Räder einer Achse.
Vorzugsweise kann die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel (bspw. Lenkradwinkel) der Lenkeingabe entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert werden. Die Soll-Position ist somit an den Lenkwinkel gekoppelt, d.h. jede Änderung des Lenkinkels hat eine Änderung der Soll-Position zur Folge. Die Lenkwinkeleingabe steht im Zusammenhang zur Relativposition zur Spurmitte. Der Zusammenhang zwischen Soll-Position und Lenkwinkel kann zusätzlich abhängig von der Kurvenkrümmung sein, um zwischen geraden und gekrümmten Streckenabschnitten ein unterschiedliches Verhalten aufzuprägen.
Alternativ oder ergänzend kann die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel (bspw. Lenkradwinkel) und von einem Lenkwinkelgradient (bspw. Lenkradwinkelgradient) der Lenkeingabe entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert werden. Die Soll-Position ist somit bspw. abhängig von Lenkwinkel und Lenkwinkelgradient. Beim Auslenken nach links, d.h. positiver Lenkwinkel und positiver Lenkwinkelgradient, und dadurch eine aktive Intention des Fahrers das Fahrzeugverhalten zu verändern, wird die aktuelle Soll-Position (initial die Spurmitte) auf der Fahrspur nach links verlagert. Beim Auslenken nach rechts, d.h. negativer Lenkwinkel und negativer Lenkwinkelgradient, wird die aktuelle Soll-Position (initial die Spurmitte) auf der Fahrspur nach rechts verlagert. Bei dieser Systemausprägung wird bspw. die Soll-Position gehalten, wenn der Lenkwinkel und Lenkwinkelgradient unterschiedliche Vorzeichen aufweisen oder der Lenkwinkel 0° ist. Es kann sinnvoll sein, Totzonen um den Lenkwinkel 0° und Lenkradwinkelgradient 0 °/s zu definieren. Vorteil dieser Möglichkeit ist, dass, sobald die Soll-Position erreicht ist, der Fahrer das Lenkrad bei 0° Lenkwinkel mit 0 Nm (Newtonmeter) Lenkmoment komfortabel halten kann.
Alternativ oder ergänzend kann die Soll-Gierrate abhängig von der Lenkeingabe bestimmt werden. Somit kann die Lenkeingabe direkt Einfluss auf die Soll-Gierrate haben, anstelle auf die Soll-Position.
Vorzugsweise kann die Soll-Gierrate zudem abhängig von Ausgangssignalen des Steer-by-Wire-Systems (bspw. Systemzustände und/oder Soll-Werte) bestimmt werden.
Alternativ oder ergänzend kann ein Schaltzustand (bspw. betätigt bzw. ein und unbetätigt bzw. aus) eines Bedienelements (bspw. Taster oder Knopf) einer Mensch-Maschine-Schnittstelle erfasst werden und die Soll-Gierrate oder die Soll-Position kann abhängig vom Schaltzustand des Bedienelements oder in Kombination von Schaltzustand und Lenkeingabe bestimmt werden. Das Bedienelement kann bspw. an der Lenkeinrichtung angeordnet sein.
Vorzugsweise kann die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Ist-Gierrate erfasst werden und die Soll-Gierrate kann abhängig von der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Ist-Gierrate bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend können die Umgebungstemperatur (bspw. mittels eines Außentemperatursensors des Fahrzeugs) und/oder Niederschläge (bspw. mittels eines Regensensors des Fahrzeugs) erfasst werden und die Soll-Gierrate kann abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder von den Niederschlägen bestimmt werden. Bspw. können zur Umgebungstemperatur und/oder den Niederschlägen jeweils Korrekturfaktoren ermittelt werden, die in die Berechnung der Soll-Gierrate mit einfließen.
Vorzugsweise kann in einem Schaltzustand des Bedienelements der Mensch-Maschine-Schnittstelle (bspw. Bedienelement betätigt) die Soll-Gierrate, die Soll-Position und/oder die Lenkeingabe des Fahrers in einem linearen, progressiven oder einem anderen funktionalen Zusammenhang zueinander stehen.
Vorzugsweise kann bei der Bestimmung der Soll-Gierrate oder einer Verlagerung der Soll-Position der Einfluss der Lenkeingabe in einem Werte- und/oder einem Gradientenbereich begrenzt sein.
Vorzugsweise kann ein Einschaltzustand eines Blinkers des Fahrzeugs erfasst werden, wobei abhängig von der Lenkeingabe und/oder dem Einschaltzustand des Blinkers ermittelt wird, ob der Fahrer einen Spurwechsel auf eine Nachbarspur durchführen möchte, wobei, wenn erkannt wird, dass kein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug auf der Fahrspur verbleibt, auf der es sich befindet. Somit wird durch die Berechnung der Soll-Gierrate oder der Soll-Position sichergestellt, dass das Fahrzeug mit der berechneten Soll-Gierrate oder Soll-Position innerhalb der Fahrspur bleibt, auf der es sich befindet.
Vorzugsweise kann, wenn erkannt wird, dass ein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate derart beeinflusst werden, dass das Fahrzeug auf eine Nachbarspur zu seiner momentanen Fahrspur wechselt. Somit erfolgt eine Beeinflussung der Soll-Trajektorie und/oder der Soll-Gierrate auf die Nachbarspur, um einen aktiv durch den Fahrer eingeleiteten Fahrspurwechsel über die Lenkeingabe einzuleiten und durchzuführen.
Vorzugsweise kann ausgehend von der Soll-Gierrate, der Soll-Position und/oder in Kombination mit deren Begrenzung (Werte- und/oder Gradientenbereich) eine Lenkkraft oder ein Lenkmoment ermittelt werden, wobei ein Lenkaktuator (bspw. Lenkradaktuator) eines Steer-by-Wire-Systems angesteuert wird, um die Lenkeinrichtung (bspw. Lenkrad oder SideStick) mit der ermittelten Lenkkraft oder dem ermittelten Lenkmoment anzusteuern. Hiermit kann über die Lenkeinrichtung eine haptische Rückmeldung an den Fahrer ausgegeben werden.
Vorzugsweise kann, falls die Soll-Gierrate oder die Soll-Position begrenzt wird (bspw. um bei nicht vorhandenem Fahrspurwechselwunsch innerhalb der eigenen Fahrspur zu bleiben), die Lenkkraft oder das Lenkmoment zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer angepasst, insbesondere erhöht, werden. Damit kann der Fahrer über einen solchen Zustand informiert werden. Alternativ oder ergänzend kann in stationären Fahrsituationen (bspw. Geschwindigkeit, Radlenkwinkel und/oder Gierrate konstant) an der Lenkeinrichtung die Lenkkraft auf 0 N (Newton) oder das Lenkmoment auf 0 Nm (Newtonmeter) eingeregelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer kein oder nur ein vergleichsweise geringes Haltemoment aufbringen muss und erhöht zusätzlich den Fahrkomfort. Zur Realisierung solcher optionalen Funktionsausprägungen dient ein Ausgangssignal an den Lenkaktuator (bspw. Lenkradaktuator), welches als „Anforderung Steering Wheel Actuator“ bezeichnet werden kann.
Die Vorrichtung zum Betreiben des Fahrzeugs ist dazu eingerichtet, das Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Aspekte auszuführen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs,
2 Aspekte eines Aufbaus einer Spurführung, und
3 das Modul 110 der Spurführung gemäß 2 in vergrößerter Ansicht.

1 stellt eine Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Fahrzeugs schematisch dar. Die Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Fahrzeugs ist dazu eingerichtet, das im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.
Die Vorrichtung 100 umfasst im Beispiel eine Recheneinrichtung 102, eine erste Schnittstelle 104 zum Empfangen von Eingangsgrößen und eine zweite Schnittstelle 106 zum Ausgeben von Ausgangsgrößen.
Im Beispiel umfassen die Eingangsgrößen Sensordaten Dat_US einer Umfeldsensorik, die eine Fahrzeugumgebung erfasst, und eine Lenkeingabe d_Drvr des Fahrers an einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs, bspw. einen Lenkwinkel δ_Lenk, der mittels eines Lenkwinkelsensors am Lenkrad im Fahrzeug erfasst wird. Im Beispiel umfassen die Eingangsgrößen noch die Fahrzeuggeschwindigkeit v_x, die bspw. anhand der Raddrehzahlsensoren im Fahrzeug (Odometrie) oder durch einen GPS-Sensor erfasst werden kann.
Zudem umfassen die Eingangsgrößen die Ist-Gierrate ψ̇_Ist, die bspw. von einem Gierratensensor im Fahrzeug erfasst wird. Die Eingangsgrößen umfassen im Beispiel zudem eine Schaltstellung β_Schalt eines Bedienelements einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, bspw. einem am Lenkrad im Fahrzeug angebrachten Taster oder Schalter. Im Beispiel umfassen die Eingangsgrößen zudem Ausgangssignale Dat_SbW eines Steer-By-Wire-Systems, bei denen es sich bspw. um Systemzustände und Sollwerte handelt.
Optional können die Eingangsgrößen noch eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs umfassen, die bspw. mittels eines Außentemperatursensors am Fahrzeug erfasst werden kann (nicht gezeigt). Zudem können die Eingangsgrößen die Niederschläge umfassen, die bspw. mittels eines Regensensors erfasst werden können (nicht gezeigt). Die Eingangsgrößen können zudem eine Einschaltzustand eines Blinkers umfassen, was bspw. durch die Schaltstellung eines Blinkerhebels im Fahrzeug erfasst werden kann (nicht gezeigt).
Im Beispiel umfassen die Ausgangsgrößen einen Radlenkwinkel δ_Rad zum Auslenken eines lenkbaren Rades des Fahrzeugs, bspw. durch Ansteuerung eines Lenkgetriebes. Im Beispiel umfassen die Ausgangsgrößen eine Lenkkraft L_F oder ein Lenkmoment L_M zum Ansteuern einer Lenkeinrichtung im Fahrzeug, bspw. durch Ansteuerung eines auf die Lenkeinrichtung wirkenden Lenkaktuators oder Lenkradaktuators.
Die Recheneinrichtung 102 ist im Beispiel dazu eingerichtet, abhängig von den Sensordaten Dat_US der Umfeldsensorik die Spurmitte einer Fahrspur zu bestimmen, auf der sich das Fahrzeug in einer Ist-Position bezogen auf eine Querrichtung der Fahrspur befindet. Die Ist-Position kann bspw. durch eine Querabweichung zur Spurmitte und einen Gierwinkel definiert sein.
Die Recheneinrichtung 102 ist zudem dazu eingerichtet, dass eine Soll-Trajektorie von der Ist-Position zu einer Soll-Position bezogen auf die Querrichtung der Fahrspur bestimmt wird, wobei abhängig von der Soll-Trajektorie eine Soll-Gierrate ψ̇_Soll bestimmt wird. In einem ersten Rechenschritt, bspw. zum Aktivieren der Spurführung, kann die Spurmitte die Soll-Position sein.
Die Recheneinrichtung 102 ist im Beispiel dazu eingerichtet, dass die Lenkeingabe d_Drvr bei der Bestimmung der Soll-Gierrate ψ̇_Soll berücksichtigt wird oder die Soll-Position abhängig von der Lenkeingabe d_Drvr entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird, wobei ausgehend von der Soll-Gierrate ψ̇_Soll ein Radlenkwinkel δ_Rad bestimmt wird.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel δ_Lenk oder abhängig vom Lenkwinkel δ_Lenk und von einem Lenkwinkelgradient der Lenkeingabe d_Drvr entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird oder dass die Soll-Gierrate ψ̇_Soll abhängig von der Lenkeingabe d_Drvr bestimmt wird, wie oben erläutert.
Dadurch wird ein Lenkgetriebe eines Steer-by-Wire-Systems angesteuert, um mindestens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs mit dem Radlenkwinkel δ_Rad auszulenken. Mittels des Lenkgetriebes können auch mehrere lenkbare Räder einer lenkbaren Achse, bspw. einer Vorderachse oder Hinterachse des Fahrzeugs ausgelenkt werden.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll oder die Soll-Position zudem abhängig von Ausgangssignalen Dat_SbW des Steer-by-Wire-Systems bestimmt wird und/oder dass die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll oder die Soll-Position abhängig vom Schaltzustand β_Schalt des Bedienelements oder in Kombination von Schaltzustand des Bedienelements und Lenkeingabe der Mensch-Maschine-Schnittstelle bestimmt wird.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass die Soll-Gierrate ψ̇_Soll oder die Soll-Position abhängig von der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit v_x und/oder der Ist-Gierrate ψ̇_Ist bestimmt wird. Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass die Soll-Gierrate ψ̇_Soll oder die Soll-Position abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder den Niederschlägen bestimmt wird.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass bei der Bestimmung der Soll-Gierrate ψ̇_Soll oder einer Verlagerung der Soll-Position der Einfluss der Lenkeingabe d_Drvr in einem Werte- und/oder einem Gradientenbereich begrenzt ist.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass abhängig von der Lenkeingabe d_Drvr und/oder dem Einschaltzustand des Blinkers ermittelt wird, ob der Fahrer einen Spurwechsel auf eine Nachbarspur durchführen möchte, wobei, wenn erkannt wird, dass kein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate ψ̇_Soll derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug auf der Fahrspur verbleibt, auf der es sich befindet.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass, wenn erkannt wird, dass ein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate ψ̇_Soll derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug auf eine Nachbarspur wechselt.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass ausgehend von der Soll-Gierrate ψ̇_Soll, der Soll-Position und/oder in Kombination mit deren Begrenzung (Werte- und/oder Gradientenbereich) eine Lenkkraft L_F oder ein Lenkmoment L_M ermittelt wird. Dadurch wird ein Lenkaktuator des Steer-by-Wire-Systems angesteuert, um die Lenkeinrichtung mit der ermittelten Lenkkraft L_F oder dem ermittelten Lenkmoment L_M anzusteuern.
Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass, falls die Soll-Gierrate ψ̇_Soll oder die Soll-Position begrenzt wird, die Lenkkraft L_F oder das Lenkmoment L_M zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer angepasst, insbesondere erhöht wird. Die Recheneinrichtung 102 kann eingerichtet sein, dass in stationären Fahrsituationen an der Lenkeinrichtung die Lenkkraft L_F auf 0N oder das Lenkmoment L_M auf 0 Nm eingeregelt werden, wie oben erläutert.
2 stellt Aspekte eines Aufbaus einer Spurführung in Form einer Wirkkette dar, wobei auch die Vorrichtung 100 eingezeichnet ist. Die Vorrichtung 100 weist mehrere Module 110, 112 und 114 auf.
Zudem sind in 2 ein Fahrzeug 200 und ein Fahrer 300 gezeigt. Weiter sind eine Umfeldsensorik 108, ein Steer-By-Wire-System 116 mit einem Aktuator 118 für ein Lenkgetriebe und einem Lenkaktuator oder Lenkradaktuator 120 einer Lenkeinrichtung gezeigt. Zudem sind eine Lenkeinrichtung 122 gezeigt, bei er es sich bspw. um ein Lenkrad handeln kann, sowie ein Bedienelement 124 einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, bsw. einem an der Lenkeinrichtung 122 angeordneten Taster oder Schalter. Die Komponenten werden nachfolgen erläutert.
Die Umfeldsensorik 108 weist (nicht gezeigt) einen Sensor auf, z.B. eine VideoKamera, mit dem die Fahrzeugumgebung erfasst und ein Umfeldmodell, bspw. mit virtuellen Fahrpuren, für das Fahrzeug 200 („EGO-Fahrzeug“) generiert wird. Relevant ist zunächst die Fahrspur, auf welcher das Fahrzeug 200 fährt. Diese Fahrspur („EGO-Fahrspur“) ist im „Umfeldmodell“ enthalten, welches in die Vorrichtung 100 bzw. das Modul 110 eingeht.
Basierend auf den oben mit Bezug auf 1 genannten Eingangssignalen wird im Modul 110 in einer Trajektorienplanung und -regelung die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll ermittelt und an das Modul 112 ausgegeben. Im Modul 112 erfolgt eine Gierratenregelung, wobei die Abweichung zwischen Soll-Gierrate Ψ̇_Soll und Ist-Gierrate Ψ̇_Ist minimiert wird und als Stellgröße ein Soll-Radlenkwinkel δ_Rad,Soll berechnet wird. Der Soll-Radlenkwinkel δ_Rad,Soll wird an das Modul 114 ausgegeben.
Im Modul 114 erfolgt die Berechnung des Radlenkwinkels δ_Rad (Radlenkwinkel-Anforderung) für das Steer-By-Wire-System 116 basierend auf dem empfangenen Soll-Radlenkwinkel δ_Rad,soll. Diese Berechnung kann z.B. ein Ein- und Ausblenden der Radlenkwinkel-Anforderung bei Aktivierung bzw. Deaktivierung der Spurführung, erkanntem Ausweichmanöver, anderen spezifisch erkannten Situationen oder eine andere schnittstellenspezifische Berechnung/Anpassung aufweisen. Optional können eine Lenkkraft L_F oder ein Lenkmoment L_M errechnet und an den Lenkaktuator 120 der Lenkeinrichtung 122 des Steer-by-Wire-Systems 116 gesendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Steer-by-Wire-System 116 eingesetzt. Dieses hat keine mechanische Verbindung zwischen der Lenkeinrichtung 122 und dem Lenkgetriebe. Als Lenkeinrichtung 122 dient z.B. ein Lenkrad in Kombination mit einem Lenkaktuator oder ein alternatives Eingabegerät wie z. B. SideStick, wobei die Lenkeingaben des Fahrers (Winkel/Position, Moment) mittels Sensorik erfasst und über einen Motor, bspw. einen Lenkaktuator oder Lenkradaktuator 120, aktiv ein Lenkgefühl (z.B. Basis-Lenkgefühl) für den Fahrer einregelt wird. Das Basis-Lenkgefühl ist unabhängig vom erforderlichen oder angeforderten Radlenkwinkel δ_Rad und somit bleibt das herstellerspezifische Basis-Lenkgefühl erhalten. Als Lenkgetriebe dient z.B. ein aktuiertes Lenkgetriebe (Steering-Rack-Actuator), welches die Zahnstangenposition und somit indirekt die lenkbaren Räder, bspw. die Vorderräder des Fahrzeugs 200 regelt. Das Steer-by-Wire- System 116 erlaubt eine fahrerunabhängige Beeinflussung des Lenkgetriebes durch die Spurführungsfunktion. Je nach SAE-Level-Einstufung kann diese Beeinflussung begrenzt oder unbegrenzt sein.
Mittels des Bedienelements 124 kann das Modul 110 und damit die Berechnung der Soll-Gierrate Ψ̇_Soll oder der Soll-Position beeinflusst werden.
3 zeigt das Modul 110 der Spurführung gemäß 2 in vergrößerter Ansicht, wobei die Berechnung der Soll-Gierrate Ψ̇_Soll genauer erläutert wird.
Zunächst wird basierend auf den Sensordaten Dat_US der Umfeldsensorik 108 bzw. dem daraus generierten „Umfeldmodell“ mittels dem Modul 109 die Mitte der Fahrspur errechnet, auf der sich das Fahrzeug 200 befindet. Dies ist notwendig, um beim Aktivieren des Spurführungssystems initial eine Soll-Position für die Spurführung zu haben (Spurmitte als initiale Soll-Position). Bei dem Modul 109 kann es sich um ein dem Modul 110 vorgeschaltetes Modul oder um ein Teilmodul von Modul 110 handeln.
Im Modul 110 wird anschließend ausgehend von der Ist-Position des Fahrzeugs 200 (z.B. definiert durch eine Querabweichung zur Spurmitte und einem zugehörigen Gierwinkel des Fahrzeugs) eine Soll-Trajektorie zur Soll-Position des Fahrzeugs 200 berechnet, um das Fahrzeug 200 auf die Soll-Position zurückzuführen bzw. auf dieser zu halten. Aus dieser Soll-Trajektorie wiederrum wird eine Soll-Gierrate Ψ̇_Soll berechnet.
Von wesentlicher Bedeutung für die vorliegende Ausführungsform ist das Interaktionskonzept zwischen Fahrer 300 und Spurführungsfunktion. Der Fahrer 300 kann nun mittels seiner Lenkeingabe d_Drvr (z.B. Lenkradwinkel, Lenkradmoment, ...) an der Lenkeinrichtung 122 die Berechnung der Soll-Gierrate Ψ̇_Soll beeinflussen und somit das Fahrzeugverhalten aktiv vorgeben.
Bei aktiver Spurführungsfunktion kann die Beeinflussung der Soll-Gierraten-Berechnung auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Exemplarisch sind folgende Möglichkeiten der Beeinflussung genannt:

Gemäß einer ersten Möglichkeit (Möglichkeit a) kann die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel δ_Lenk (bspw. Lenkradwinkel) und von einem Lenkwinkelgradient (bspw. Lenkradwinkelgradient) der Lenkeingabe d_Drvr entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert werden. Die Soll-Position ist somit abhängig von Lenkwinkel δ_Lenk und Lenkwinkelgradient. Beim Auslenken in Fahrtrichtung nach links, d.h. positiver Lenkwinkel δ_Lenk und positiver Lenkwinkelgradient, und dadurch eine aktive Intention des Fahrers 300 das Fahrzeugverhalten zu verändern, wird die aktuelle Soll-Position (initial die Spurmitte) auf der Fahrspur nach links verlagert. Beim Auslenken in Fahrtrichtung nach rechts, d.h. negativer Lenkwinkel und negativer Lenkwinkelgradient, wird die aktuelle Soll-Position (initial die Spurmitte) auf der Fahrspur nach rechts verlagert. Bei dieser ersten Möglichkeit wird bspw. die Soll-Position gehalten (nicht verändert), wenn der Fahrer die Lenkeinrichtung 122 so betätigt, dass Lenkwinkel und Lenkwinkelgradient unterschiedliche Vorzeichen aufweisen oder der Lenkwinkel 0° ist. Es kann sinnvoll sein, Totzonen um den Lenkwinkel 0° und Lenkradwinkelgradient 0 °/s zu definieren. Vorteil dieser Möglichkeit ist, dass, sobald die Soll-Position erreicht ist, der Fahrer 300 das Lenkrad 122 bei 0° Lenkwinkel mit 0 Nm (Newtonmeter) Lenkmoment komfortabel halten kann.

Gemäß einer zweiten Möglichkeit (Möglichkeit b) kann die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel δ_Lenk (bspw. Lenkradwinkel) der Lenkeingabe d_Drvr entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert werden. Die Soll-Position ist somit an den Lenkwinkel δ_Lenk gekoppelt, d.h. jede Änderung des Lenkwinkels δ_Lenk hat eine Änderung der Soll-Position zur Folge. Die Lenkeingabe d_Drvr steht im Zusammenhang zur Relativposition zur Spurmitte. Der Zusammenhang zwischen Soll-Position und Lenkwinkel δ_Lenk kann zusätzlich abhängig von der Kurvenkrümmung sein, um zwischen geraden und gekrümmten Streckenabschnitten ein unterschiedliches Verhalten aufzuprägen.
Gemäß einer dritten Möglichkeit (Möglichkeit c) kann die Soll-Gierrate ψ̇_Soll abhängig von der Lenkeingabe d_Drvr bestimmt werden. Somit kann die Lenkeingabe d_Drvr direkt Einfluss auf die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll haben, anstelle auf die Soll-Position.
Die oben genannten Beeinflussungen (Möglichkeit a, b oder c) können über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeug 200 ausgewählt werden. Optional können diese Beeinflussungen durch Betätigen des Bedienelements 124 gezielt aktiviert und deaktiviert werden.
Die verschiedenen Möglichkeiten der Beeinflussung können linear, progressiv oder in einem anderen funktionalen Zusammenhang zur Fahrerlenkeingabe d_Drvr stehen. Darüber hinaus kann zusätzlich die Beeinflussung fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig sein oder von anderen Zuständen des Fahrzeugs, der Lenkung oder/und Umgebung abhängen, wie oben erläutert. Optional kann die Beeinflussung im Werte- und/oder Gradientenbereich limitiert sein.
Unabhängig von der Art der Beeinflussung stellt das Modul 110 sicher, dass das Fahrzeug 200 mit der berechneten Soll-Gierrate Ψ̇_Soll, wenn erkannt wird, dass kein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug 200 auf der Fahrspur verbleibt, auf der es sich befindet. Ebenfalls denkbar ist, dass wenn erkannt wird, dass ein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie,die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug 200 auf eine Nachbarspur wechselt.
Während seiner Lenkaktivitäten spürt der Fahrer 300 stets das herstellerspezifische Basis-Lenkgefühl, da das Lenkgefühl an der Lenkeinrichtung 122 unabhängig von dem erforderlichen oder angeforderten Radlenkwinkel δ_Rad berechnet wird.
Ausgehend von der Soll-Gierrate Ψ̇_Soll, der Soll-Position und/oder in Kombination mit deren Begrenzung (Werte- und/oder Gradientenbereich) kann eine Lenkkraft L_F oder ein Lenkmoment L_M ermittelt werden, wobei der Lenkaktuator 122 des Steer-by-Wire-Systems 116 angesteuert wird, um die Lenkeinrichtung 122 mit der ermittelten Lenkkraft L_F oder dem ermittelten Lenkmoment L_M anzusteuern. Hiermit kann über die Lenkeinrichtung 122 eine haptische Rückmeldung an den Fahrer 300 ausgegeben werden.
Falls die Soll-Gierrate Ψ̇_Soll oder die Soll-Position begrenzt wird, bspw. um bei nicht vorhandenem Fahrspurwechselwunsch innerhalb der eigenen Fahrspur zu bleiben, kann die Lenkkraft L_F oder das Lenkmoment L_M zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer 300 angepasst werden, insbesondere erhöht werden. Damit kann der Fahrer 300 über einen solchen Zustand informiert werden.
Alternativ oder ergänzend kann in stationären Fahrsituationen (bspw. Geschwindigkeit, Radlenkwinkel und/oder Gierrate quasi konstant) an der Lenkeinrichtung 122 die Lenkkraft L_F auf 0 N (Newton) oder das Lenkmoment L_M auf 0 Nm (Newtonmeter) eingeregelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer 300 kein oder nur ein vergleichsweise geringes Haltemoment aufbringen muss und erhöht zusätzlich den Fahrkomfort. Hierzu dient ein Ausgangssignal L_F, L_M an den Lenkaktuator 120 der Lenkeinrichtung 122.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (200), dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von Sensordaten (Dat_US) einer Umfeldsensorik (108), die eine Fahrzeugumgebung erfasst, die Spurmitte einer Fahrspur bestimmt wird, auf der sich das Fahrzeug (200) in einer Ist-Position bezogen auf eine Querrichtung der Fahrspur befindet, wobei eine Soll-Trajektorie von der Ist-Position zu einer Soll-Position bezogen auf die Querrichtung der Fahrspur bestimmt wird, wobei abhängig von der Soll-Trajektorie eine Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) bestimmt wird, wobei eine Lenkeingabe (d_Drvr) des Fahrers (300) an einer Lenkeinrichtung (122) des Fahrzeugs (200) erfasst wird, wobei die Lenkeingabe (d_Drvr) bei der Bestimmung der Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) berücksichtigt wird oder die Soll-Position abhängig von der Lenkeingabe (d_Drvr) entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird, und wobei ausgehend von der Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) ein Radlenkwinkel (δ_Rad) bestimmt wird, wobei ein Aktuator (118) eines Lenkgetriebes eines Steer-by-Wire-Systems (116) angesteuert wird, um mindestens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs (200) mit dem Radlenkwinkel (δ_Rad) auszulenken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position abhängig vom Lenkwinkel (δ_Lenk) oder abhängig vom Lenkwinkel (δ_Lenk) und von einem Lenkwinkelgradient der Lenkeingabe (d_Drvr) entlang der Querrichtung der Fahrspur verlagert wird oder dass die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) abhängig von der Lenkeingabe (d_Drvr) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder die Soll-Position zudem abhängig von Ausgangssignalen (Dat_SbW) des Steer-by-Wire-Systems bestimmt wird, und/oder dass ein Schaltzustand (β_Schalt) eines Bedienelements (124) einer Mensch-Maschine-Schnittstelle erfasst wird und die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder die Soll-Position abhängig vom Schaltzustand (β_Schalt) des Bedienelements (124) oder in Kombination von Schaltzustand und Lenkeingabe bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit (v_x) und/oder die Ist-Gierrate (Ψ̇_Ist) erfasst werden und die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder die Soll-Position abhängig von der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit (v_x) und/oder der Ist-Gierrate (Ψ̇_Ist) bestimmt wird, und/oder dass die Umgebungstemperatur und/oder Niederschläge erfasst werden und die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder die Soll-Position abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder den Niederschlägen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schaltzustand (β_Sckalt) des Bedienelements (124) die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll), die Soll-Position und/oder die Lenkeingabe (d_Drvr) des Fahrers (300) in einem linearen, progressiven oder einem anderen funktionalen Zusammenhang stehen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder einer Verlagerung der Soll-Position der Einfluss der Lenkeingabe (d_Drvr) in einem Werte- und/oder einem Gradientenbereich begrenzt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschaltzustand eines Blinkers erfasst wird, wobei abhängig von der Lenkeingabe (d_Drvr) und/oder dem Einschaltzustand des Blinkers ermittelt wird, ob der Fahrer (300) einen Spurwechsel auf eine Nachbarspur durchführen möchte, wobei, wenn erkannt wird, dass kein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug (200) auf der Fahrspur verbleibt, auf der es sich befindet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn erkannt wird, dass ein Spurwechsel erfolgen soll, die Soll-Trajektorie, die Soll-Position und/oder die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) derart beeinflusst wird, dass das Fahrzeug (200) auf eine Nachbarspur wechselt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll), der Soll-Position und/oder in Kombination mit deren Begrenzung eine Lenkkraft (L_F) oder ein Lenkmoment (L_M) ermittelt wird, wobei ein Lenkaktuator (120) eines Steer-by-Wire-Systems (116) angesteuert wird, um die Lenkeinrichtung (122) mit der ermittelten Lenkkraft (L_F) oder dem ermittelten Lenkmoment (L_M) anzusteuern.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Soll-Gierrate (Ψ̇_Soll) oder die Soll-Position begrenzt wird, die Lenkkraft (L_F) oder das Lenkmoment (L_M) zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer (300) angepasst, insbesondere erhöht wird und/oder dass in stationären Fahrsituationen an der Lenkeinrichtung (122) die Lenkkraft (L_F) auf 0N oder das Lenkmoment (L_M) auf 0 Nm eingeregelt werden.
Vorrichtung (100) zum Betreiben eines Fahrzeugs (200), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
Comuterprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm computerlesbare Instruktionen umfasst, bei deren Ausführung durch einen Computer das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 abläuft.