DE10359965A1

DE10359965A1 - Verfahren zur Betätigung eines Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug sowie Lenk- und Bremssystem

Info

Publication number: DE10359965A1
Application number: DE10359965A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Raab
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2004-07-08

Abstract

Bei einem Verfahren zur Betätigung des Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug wird die aktuelle Fahrzeugposition (x¶ist¶) auf der Straße (2) mittels eines Straßenerkennungssystems erfasst und mit einem der Streckenführung entsprechenden Sollwert (x¶soll¶) verglichen. Im Falle einer unzulässigen Abweichung vom Sollwert (x¶soll¶) wird das Lenksystem und/oder das Bremssystem im Fahrzeug (1) selbsttätig betätigt. Im Falle einer vom Straßenerkennungssystem erkannten Straßenabzweigung (3) bekommt eine vom Fahrer erzeugten Lenk- und/oder Bremsbetätigung Vorrang vor einer selbsttätigen Einstellung des Lenk- und Bremssystems.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung eines Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug sowie auf ein Lenk- und Bremssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 6.
Verfahren und Vorrichtungen zur Betätigung eines Lenk- und/oder Bremssystems sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Modifikation bekannt.
In der Druckschrift DE 43 32 836 C1 ist eine Vorrichtung zur spurhaltungsgeregelten Lenkung eines Fahrzeuges beschrieben.
In der Druckschrift DT 2 112 669 ist eine Blockierschutzvorrichtung beschrieben, bei der die Möglichkeit des Lenkbremsens vorgesehen ist.
In der Druckschrift DE 199 48 913 A1 wird ein automatisches Lenksystem für ein Fahrzeug beschrieben, welches in Abhängigkeit von Signalen, die über ein satellitengestütztes Navigationssystem sowie ein kameragestütztes Bilderfassungssystem geliefert werden, gemäß einem in einer Recheneinheit hinterlegten Gierratenmodell Lenksignale erzeugt, die einem Lenkmotor zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels zugeführt werden. Mit Hilfe des Navigationssystems kann die Krümmung des aktuell befahrenen Straßenabschnittes bestimmt werden, mit Hilfe des Bilderfassungssystems können weiße Fahrbahnlinien, die die Fahrbahn begrenzen, bestimmt werden, wobei aus beiden Informationen die Soll- und Istwerte für die Position des Fahrzeuges bestimmt und der Ermittlung des selbsttätig einzustellenden Lenkwinkels zugrunde gelegt werden. Über die selbsttätige Korrektur des Lenkwinkels kann gemäß der hinterlegten Beziehung für die Gierrate das Fahrzeug selbsttätig in die gewünschte Spur gelenkt werden. Auf diese Weise kann ein autonomes Fahren unterstützt werden.
Für den Fall, dass sich auf der Fahrbahn ein Hindernis befindet, dem der Fahrer durch eine entsprechende Lenkbewegung ausweichen möchte, wird das selbsttätig ermittelte und dem Lenkmotor aufgegebene Lenkmoment außer Kraft gesetzt, um die vom Fahrer erzeugte Lenkbewegung nicht zu behindern. Ein Fahrereingriff ist andererseits zwingend erforderlich, um eine Kollision mit dem Hindernis zu vermeiden.
Vor dem Hintergrund dieses bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein teilweise oder vollständig autonomes Fahren in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen, das auch im Falle einer Straßenabzweigung maximale Sicherheit gewährleistet.
Dieses Problem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei dem erfindungsgemäßen Lenk- und Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Lenk- und Bremssystem so lange in Abhängigkeit von Signalen des Straßenerkennungssystems selbsttätig eingestellt, bis vom Straßener kennungssystem eine Straßenabzweigung vom Straßenverlauf erkannt wird und darüber hinaus eine vom Fahrer erzeugte Lenk- und/oder Bremsbetätigung festgestellt wird. Die selbsttätige Einstellung des Lenk- und Bremssystems greift vorteilhaft subsidiär ein, mit der Folge, dass die automatische Lenk- und Bremsbetätigung so lange durchgeführt wird, bis sich das Fahrzeug einer Abzweigung nähert und außerdem der Fahrer entweder die Lenkung oder die Bremse bzw. beide Aggregate betätigt. Sofern der Fahrer aber weder Lenkung noch Bremse betätigt, bleibt das automatische Lenk- und Bremssystem zweckmäßig in Kraft und führt das Fahrzeug selbsttätig über den Straßenabschnitt mit der Abzweigung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden selbsttätige, das Fahrzeug stabilisierende Eingriffe in das Lenk- und Bremssystem auch im Falle einer Straßenabzweigung und eines gleichzeitig erfolgenden Fahrereingriffes zugelassen, sofern hierdurch kein Widerspruch zum Fahrerwunsch entsteht. Dieser selbsttätige Eingriff verbessert die Fahrstabilität in Kurven, ohne dass hierdurch der Fahrereingriff eingeschränkt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, das automatische Lenk- und Bremssystem völlig außer Kraft zu setzen, sobald eine Straßenabzweigung erkannt wird.
Als Straßenerkennungssystem kommt sowohl ein satellitengestütztes Navigationssystem als auch ein kameragestütztes Bilderfassungssystem bzw. ein kameraunabhängiges Spurerkennungssystem in Betracht. Über das Straßenerkennungssystem ist die aktuelle Fahrzeugposition festzustellen und ein entsprechendes Positions-Istsignal erzeugbar. In Verbindung mit einer in einer Regel- und Steuereinheit abgespeicherten digita len Straßenkarte, aus der die Sollposition des Fahrzeuges zu ermitteln und entsprechende Sollsignale erzeugbar sind, kann gemäß einer hinterlegten Regelstrategie im Falle einer unzulässigen Abweichung zwischen Ist- und Sollsignal ein Stellsignal zur selbsttätigen Beaufschlagung der Lenkung und/oder der Bremse erzeugt werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit selbsttätig arbeitendem Lenk- und Bremssystem, wobei das Kraftfahrzeug mit einem Straßenerkennungssystem ausgestattet ist, welches in der Lage ist, eine Straßenabzweigung zu erkennen,
2a ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten zur selbsttätigen Einstellung eines Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung eines Fahrereingriffes im Falle einer Straßenabzweigung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2b ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten zur selbsttätigen Einstellung eines Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung eines Fahrereingriffes im Falle einer Straßenabzweigung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1, welches auf der Straße 2 fährt, ist mit einem automatischen, selbsttätig arbeitenden Lenk- und Bremssystem ausgestattet, welches ein autonomes Fahren erlaubt. Das Lenk- und Bremssystem umfasst ein Straßenerkennungssystem, welches die aktuelle Fahrzeugposition des Fahrzeuges 1 auf der Straße 2 erkennt und ein entspre chendes Positions-Istsignal erzeugt, sowie einen Sollwertgeber zur Erzeugung eines Positions-Sollsignals für die Sollposition des Fahrzeuges 1 auf der Straße 2. Der Sollwertgeber bezieht Informationen aus einer digitalen, in einer Regel- und Steuereinheit des Lenk- und Bremssystems abgespeicherten Straßenkarte. In der Regel- und Steuereinheit wird das Positions-Istsignal mit dem Positions-Sollsignal verglichen und im Falle einer unzulässigen Abweichung ein Stellsignal erzeugt, welches im Lenk- und Bremssystem der Lenkung und/oder der Bremse zugeführt wird, um die Abweichung zu korrigieren und das Fahrzeug 1 auf den gewünschten Kurs zu bringen.
Bei dem Straßenerkennungssystem handelt es sich insbesondere um ein satellitengestütztes Navigationssystem, mit dessen Hilfe die absoluten Koordinaten des Fahrzeuges 1 bestimmbar sind. Darüber hinaus umfasst das Straßenerkennungssystem auch ein kameragestütztes Bild- bzw. Spurerkennungssystem, welches in der Lage ist, seitliche Fahrbahnbegrenzungen zu erkennen, insbesondere auf die Fahrbahn aufgebrachte weiße Linien. Dieses Spurerkennungssystem dient zur Ergänzung des Navigationssystems und ist in der Lage, die Qualität der über das Navigationssystem erfolgten Positionsbestimmung zu verfeinern bzw. zu verbessern, indem die aktuelle, laterale Fahrzeugposition in Bezug auf die seitlichen Begrenzungslinien festgestellt wird.
Das Fahrzeug 1 fährt in Pfeilrichtung 4 auf der Straße 2. Wird über das Navigationssystem festgestellt, dass das Fahrzeug 1 sich einer Straßenabzweigung 3 nähert, kann das Lenk- und Bremssystem im Kraftfahrzeug 1 automatisch in einen neuen Modus geschaltet werden, gemäß dem eine vom Fahrer erzeugte Lenk- und/oder Bremsbetätigung einer selbsttätigen Einstellung des Lenk- und Bremssystems vorgeht. Hierdurch soll vermieden werden, dass das Lenk- und Bremssystem selbsttätig Stellsignale erzeugt, welche dem Fahrerwunsch zuwiderlaufen. Falls der Fahrer in die Lenkung oder die Bremse eingreift, soll eine derartige Fahrerbetätigung Vorrang vor einer selbsttätigen Einstellung des Lenk- und Bremssystems haben, so dass sichergestellt ist, dass der Fahrer über die Straßenabzweigung 3 ohne Behinderung durch das Lenk- und Bremssystem in Pfeilrichtung 5 abfahren kann. Sofern jedoch der Fahrer in Pfeilrichtung 6 weiter auf der Straße 2 fahren möchte und die Straßenabzweigung 3 passieren möchte, kann über das Lenk- und Bremssystem das Fahrzeug 1 selbsttätig weitergeführt werden, solange kein Fahrereingriff erfolgt.
Auch im Falle eines Fahrens entlang der Straßenabzweigung 3 kann es zweckmäßig sein, zumindest das für Fahrzeug 1 stabilisierende Regeleingriffe in das Lenk- und Bremssystem zuzulassen.
In 2a ist das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Im Verfahrensschritt V1 wird zunächst über das Navigationssystem GPS die aktuelle Istposition x_ist des Fahrzeuges 1 festgestellt. Im folgenden Verfahrensschritt V2 kann über eine im Fahrzeug 1 mitgeführte Kamera – beispielsweise eine CCD-Kamera – die aktuelle Istposition x_ist des Fahrzeuges 1 durch Bildverarbeitung unter Berücksichtigung der von der Kamera erfassten, seitlichen Begrenzungslinien verbessert werden.
Im darauf folgenden Verfahrensschritt V3 wird die Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 anhand einer in einer Steuereinheit im Fahrzeug 1 digital abgespeicherten Straßenkarte bestimmt. Somit liegen im Fahrzeug 1 sowohl die Information über die Istposition x_ist als auch die Information über die Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 vor.
Anhand der im Navigationssystem GPS bestimmten absoluten Position des Fahrzeuges 1 und der Bilderfassung sowie der über die Straßenkarte bestimmten Sollposition x_soll kann festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug 1 einer Straßenabzweigung 3 nähert. Diese Abfragung wird im folgenden Verfahrensschritt V4 durchgeführt. Sofern eine Straßenabzweigung 3 festgestellt wird, wird der ja-Verzweigung entsprechend verfahren und unmittelbar zum Anfang des Verfahrens, dem Verfahrensschritt V1, zurückgekehrt. Sofern aber keine Straßenabzweigung 3 festgestellt wird, wird der nein-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt V5 fortgefahren.
Im Verfahrensschritt V5 wird in Kombination mit dem folgenden Verfahrensschritt V6 die automatische Spurführung des Fahrzeuges 1 durchgeführt. Im Verfahrensschritt V5 wird zunächst abgefragt, ob die aktuelle Istposition x_ist der Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 entspricht. Sofern dies der Fall ist, müssen keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden; in diesem Fall wird der ja-Verzweigung entsprechend zum Anfang des Verfahrens zurückgekehrt. Falls aber eine signifikante Abweichung zwischen Istposition x_ist und Sollposition x_soll festgestellt wird, wird der nein-Verzweigung entsprechend zum folgenden Verfahrensschritt V6 fortgefahren, in welchem ein selbsttätiger Lenk- und/oder Bremseingriff durchgeführt wird. Gegebenenfalls kann auch in das Motormanagement eingegriffen werden und die Befeuerung des Motors gesteuert werden. Anschließend wird zum ersten Verfahrensschritt V1 zurückgekehrt.
In 2b ist das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Im Verfahrensschritt V11 wird zunächst über das Navigationssystem GPS die aktuelle Istposition x_ist des Fahrzeuges 1 festgestellt. Im folgenden Verfahrensschritt V12 kann über eine im Fahrzeug 1 mitgeführte Kamera – beispielsweise eine CCD-Kamera – die aktuelle Istposition x_ist des Fahrzeuges 1 durch Bildverarbeitung unter Berücksichtigung der von der Kamera erfassten, seitlichen Begrenzungslinien verbessert werden.
Im darauf folgenden Verfahrensschritt V13 wird die Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 anhand einer in einer Steuereinheit im Fahrzeug 1 digital abgespeicherten Straßenkarte bestimmt. Somit liegen im Fahrzeug 1 sowohl die Information über die Istposition x_ist als auch die Information über die Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 vor.
In dem sich anschließenden Verfahrensschritt V14 wird ermittelt, ob die aktuelle Istposition x_ist der Sollposition x_soll des Fahrzeuges 1 entspricht. Sofern dies der Fall ist, müssen keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden; in diesem Fall wird der ja-Verzweigung entsprechend zum Anfang des Verfahrens zurückgekehrt. Falls aber eine signifikante Abweichung zwischen Istposition x_ist und Sollposition x_soll festgestellt wird, wird der nein-Verzweigung entsprechend zum folgenden Verfahrensschritt V15 fortgefahren.
Anhand der im Navigationssystem GPS bestimmten absoluten Position des Fahrzeuges 1 und der Bilderfassung sowie der über die Straßenkarte bestimmten Sollposition x_soll kann festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug 1 einer Straßenabzweigung 3 nähert. Diese Abfragung wird in dem Verfahrensschritt V15 durchgeführt.
Sofern keine Straßenabzweigung 3 festgestellt wird, wird der nein-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt V16 fortgefahren. In diesem Verfahrensschritt werden fahrerunabhängige Lenk- und/oder Bremseneingriffe und gegebenenfalls auch Motoreingriffe zur Spurhaltung bzw. Spurführung durchge führt. Schließlich wurde im Verfahrensschritt V14 eine Abweichung festgestellt und da keine Straßenabzweigung vorliegt, muss es sich um eine nicht vom Fahrer gewollte Abweichung zwischen der Istposition x_ist und der Sollposition x_soll handeln. Anschließend an den Verfahrensschritt V16 wird erneut der Verfahrensschritt V11 durchgeführt.
Wird dagegen im Verfahrensschritt V15 eine Straßenabzweigung 3 festgestellt, wird der ja-Verzweigung entsprechend verfahren und es schließt sich der Verfahrensschritt V17 an. Es liegt die Situation vor, dass eine Abweichung zwischen der Istposition x_ist und der Sollposition x_soll vorliegt, die auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass sich das Fahrzeug im Bereich einer Straßenabzweigung befindet.
In dem Verfahrensschritt V17 wird überprüft, ob entsprechende Betätigungen des Fahrers vorliegen, die zu fahrerabhängigen Lenk- und/oder Bremseingriffen führen oder die zumindest ein Indiz dafür sind, dass der Fahrer den Wunsch nach solchen Lenk- und/oder Bremseingriffen hat.
Wird im Verfahrensschritt V17 festgestellt, dass solche Betätigungen des Fahrers vorliegen, was gleichbedeutend damit ist, dass die im Verfahrensschritt V14 festgestellte Abweichung zwischen der Istposition x_ist und der Sollposition x_soll aufgrund der im Verfahrensschritt V15 festgestellten Straßenabzweigung vom Fahrer gewollt ist, so wird anschließend an den Verfahrensschritt V17 ein Verfahrenschritt V18 ausgeführt, in welchem Brems- und/oder Lenkeingriffe entsprechend den Vorgaben des Fahrers ausgeführt werden. Anschließend an den Verfahrensschritt V18 wird zu dem Verfahrensschritt V11 zurückgesprungen.
Wird dagegen in dem Verfahrensschritt V17 festgestellt, dass entsprechende Betätigungen des Fahrers nicht vorliegen, was gleichbedeutend damit ist, dass die im Verfahrensschritt V14 festgestellte Abweichung zwischen der Istposition x_ist und der Sollposition x_soll trotz der im Verfahrensschritt V15 festgestellten Straßenabzweigung nicht vom Fahrer gewollt ist, so wird anschließend an den Verfahrensschritt V17 der Verfahrensschritt V16 ausgeführt, in welchem fahrerunabhängige Lenk- und/oder Bremseneingriffe und gegebenenfalls auch Motoreingriffe zur Spurhaltung bzw. Spurführung durchgeführt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen wird auch verhindert, dass ein Fahrzeug unbeabsichtigt von der Fahrbahn abkommt, wenn beispielsweise der Fahrer eingeschlafen ist. Diese Art des unbeabsichtigten Verlassens der Fahrbahn lässt sich aus den Fahrereingriffen, beispielsweise aus der Lenkaktivität des Fahrers und der Fahrzeuggeschwindigkeit ableiten. Beim unbeabsichtigten Verlassen der Fahrbahn treten nur kleine Änderungen im Lenkwinkel und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit auf. Von daher kann das unbeabsichtigte Verlassen der Fahrbahn von einem beabsichtigten Verlassen der Fahrbahn unterschieden werden, bei dem größerer Änderungen im Lenkwinkel und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit auftreten.
Durch die zur Spurführung vorgenommenen Bremseneingriffe wird rechtzeitig vor Abkommen des Fahrzeuges von der Fahrbahn ein auf das Fahrzeug wirkendes Giermoment erzeugt, durch welches das Fahrzeug wieder auf Kurs gebracht wird.

Claims

Verfahren zur Betätigung eines Lenk- und Bremssystems in einem Kraftfahrzeug, bei dem die aktuelle Fahrzeugposition (x_ist) auf der Straße (2) mittels eines Straßenerkennungssystems erfasst und mit einem der Streckenführung entsprechenden Sollwert (x_soll) verglichen wird und im Falle einer unzulässigen Abweichung vom Sollwert (x_soll) das Lenksystem und/oder das Bremssystem im Fahrzeug (1) selbsttätig betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer vom Straßenerkennungssystem erkannten Straßenabzweigung (3) eine vom Fahrer erzeugte Lenk- und/oder Bremsbetätigung einer selbsttätigen Einstellung des Lenk- und Bremssystems vorgeht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Straßenabzweigung (3) jede selbsttätige Einstellung des Lenk- und Bremssystems außer Kraft gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) stabilisierende, selbsttätige Eingriffe in das Lenk- und Bremssystem auch im Falle einer Straßenabzweigung (3) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Straßenerkennungssystem ein satellitengestütztes Navigationssystem in Verbindung mit einer digital abgespeicherten Straßenkarte eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Straßenerkennungssystem ein kameragestütztes Spurerkennungssystem eingesetzt wird.
Lenk- und Bremssystem in einem Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Straßenerkennungssystem, welches ein die aktuelle Fahrzeugposition des Fahrzeugs (1) repräsentierendes Positions-Istsignal (x_ist) erzeugt, mit einem Sollwertgeber zur Erzeugung eines Positions-Sollsignals (x_soll) und mit einer Regel- und Steuereinheit, in der das Positions-Istsignal (x_ist) mit dem Positions-Sollsignal (x_soll) verglichen und im Falle einer unzulässigen Abweichung ein Stellsignal zur Beaufschlagung der Lenkung und/oder der Bremse erzeugt wird.