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DE60311503T2 - Mit video verbesserte stabilitätssteuerung bei strassenfahrzeugen - Google Patents

Mit video verbesserte stabilitätssteuerung bei strassenfahrzeugen Download PDF

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DE60311503T2
DE60311503T2 DE60311503T DE60311503T DE60311503T2 DE 60311503 T2 DE60311503 T2 DE 60311503T2 DE 60311503 T DE60311503 T DE 60311503T DE 60311503 T DE60311503 T DE 60311503T DE 60311503 T2 DE60311503 T2 DE 60311503T2
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DE
Germany
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vehicle
steering
lane
driver
torque
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Expired - Lifetime
Application number
DE60311503T
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DE60311503D1 (de
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John William COURTENAY
Richard 61 Bitteswell Road Mark TUCKER
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.)
TRW Ltd
Original Assignee
TRW Ltd
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Publication date
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Publication of DE60311503T2 publication Critical patent/DE60311503T2/de
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Stabilitätsregelung bei Straßenfahrzeugen unter Verwendung einer Form von Verbesserung auf Videobasis.
  • Vor Kurzem wurde ein so genanntes aktives Drehmomentüberlagerungssystem (Active Torque Overlay, ATO) entwickelt, das auf der Integration von EPS (Elektronische Servolenkung/Electronic Power Steering) und ABS/VSC (Fahrzeugstabilitätsprogramm/Vehicle Stability Control) basiert und bei dem es sich um ein Verfahren zum Einbringen eines Drehmoments in die Lenkung handelt, um das Lenkgefühl anzupassen oder den Fahrer bei Grenzbereichs-/Notfallmanövern zu unterstützen. In diesem Zusammenhang ist ein "Grenzbereichsmanöver" ein Manöver, das an den oder in der Nähe der Handhabungsgrenzen des Fahrzeugs stattfindet.
  • Die folgenden Szenarien, die an den oder in der Nähe der Handhabungsgrenzen des Fahrzeugs stattfinden profitieren von ATO:
  • 1. Übersteuern
  • Im Anfangsstadium des Übersteuerns wirkt ATO, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen. ATO fordert ein zusätzliches Hilfsdrehmoment vom EPS an. Wenn sich das Übersteuern über einen definierten Schwellenwert hinaus ausbildet, wirkt das VSC, um das Fahrzeug durch Bremseneingriff zu stabilisieren.
  • 2. Untersteuern
  • Im Anfangsstadium des Untersteuerns wirkt ATO, um dem Fahrer Informationen zum Eintreten des Untersteuerns zurückzumelden. ATO passt das Hilfsdrehmoment des EPS an, um die Reduktion der vom Fahrer über das Lenkrad gespürten Zahnstangenkraft zu überhöhen. Diese Regelung wird als haptische Untersteuerungsrückmeldung bezeichnet. Falls sich das Untersteuern über einen definierten Schwellenwert hinaus ausbildet, wirkt das VSC durch Bremseneingriff, um ein Giermoment bereitzustellen, um die wahrgenommene Fahrzeugtrajektorie beizubehalten.
  • 3. Split-μ-Bremsen
  • Bei einem Split-μ-Stopp wird aufgrund der asymmetrischen Längsbremskräfte ein Giermoment am Fahrzeug erzeugt. Bei passiven Fahrzeugen wird der Aufbau von Bremsdruck begrenzt, damit der Fahrer die erforderliche Lenkkorrektur aufbringen kann, um eine gewünschte Trajektorie beizubehalten. Die ATO-Regelung unterstützt jedoch den Fahrer beim Ausgleichen dieses Giermoments, indem sie ein Drehmoment auf das Lenksystem aufbringt, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das erforderliche Gegenmoment zum Stabilisieren des Fahrzeugs zu erreichen. Aufgrund der verbesserten Stabilität können aggressiveres Bremsen und damit verkürzte Anhaltewege erreicht werden.
  • In all diesen Szenarien können die Regelungssysteme die Stabilität des Fahrzeugs wiederherstellen oder bei der Wiederherstellung helfen und/oder versuchen, eine wahrgenommene Trajektorie beizubehalten. Sie können jedoch nicht garantieren, dass das Fahrzeug in die korrekte Fahrtrichtung zurückversetzt wird, da sie keine Mittel zum Erkennen der Fahrtrichtung haben. Statt dessen korrigiert notwendigerweise der Fahrer die Fahrtrichtung.
  • Video-Fahrspurerkennungssysteme bieten bekannterweise ein Mittel zum Erkennen der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs. Solche Fahrspurerkennungssysteme sind für einige Funktionen von Fahrerassistenzsystemen (Driver Assistance Systems, DAS) eingesetzt worden, beispielsweise Fahrspurhalteassistent (Lane Departure Warning), Fahrspurhaltung (Lane Keeping) und Zielwahl für Abstandsregeltempomat (Autonomous Cruise Control, ACC).
  • Aus US 2002/000 7239 ist eine Fahrspurhaltevorrichtung bekannt, die ein erstes Betätigungssystem mit einem automatischen Lenkantrieb umfasst, um den Vorderradlenkwinkel eines Fahrzeugs auf einen berechneten Soll-Vorderradlenkwinkel zur Fahrspurhaltung zu bringen und ein zweites Betätigungssystem umfasst, wie beispielsweise ein Verteilungsregelsystem für die vordere und hintere Rollsteifigkeit, ein Verteilungsregelsystem für die vordere und hintere Antriebskraft, ein Hinterradlenksystem und ein Regelungssystem für die Differentialbegrenzungskraft. Durch Regeln des zweiten Betätigungssystems entsprechend der automatischen Lenkungsbetätigung verstellt ein Regelungsgerät die Lenkcharakterstik des Fahrzeugs in eine Richtung, um die Gierantwort oder in eine Richtung, um die Federungssteifigkeit und damit die Fahrstabilität zu verbessern. Die Vorrichtung umfasst eine Kamera, die Fahrspurmarkierungen definiert und verwendet einen Elektromotor zum Beeinflussen des Fahrers, um das Fahrzeug innerhalb der Fahrspurmarkierungen zu halten. Die Vorrichtung beabsichtigt, den Fahrkomfort eines geführten Fahrzeugs zu verbessern, indem sie seine Federungssteifigkeit regelt. Wenn ein geführtes Fahrzeug durch eine Kurve fährt, wird ein Giermoment ausgebildet, das vom Fahrer gespürt werden kann. Das System versucht, den Aufbau dieses Giermoments vorherzusehen, so dass es die Federungssteifigkeit rechtzeitig anpassen kann, um Fahrzeugneigung, -rollen und -federn zu regeln.
  • Gemäß einem Aspekt nutzt die vorliegende Erfindung die Integration der Verfahren von ATO und Video-Fahrspurerkennung, um die Fahrzeugregelung zu verbessern und den Fahrer beim Beibehalten der korrekten Fahrtrichtung unter Grenzfahrbedingungen zu unterstützen. Die Regelungsstrategien werden hierin als Regler zur "Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung" bezeichnet.
  • Die Erfindung stellt außerdem ein Stabilitätsregelungssystem für Straßenfahrzeuge bereit, das dazu angepasst ist, mittels Abweichungserfassung unter Verwendung eines Videobildverarbeitungssystems, Fahrspur- oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen zu korrigieren oder auszugleichen, wie sie einem Fahrzeug aufgezwungen würden, das eine dynamische Zustandsänderung erfährt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stabilitätsregelsystem für Straßenfahrzeuge bereitgestellt, das dazu angepasst ist, mittels Abweichungserfassung unter Verwendung eines Videobildverarbeitungssystems Fahrspur- oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen von einer vorgesehenen Trajektorie während eines Grenzfahrmanövers zu korrigieren oder auszugleichen, das an den oder in der Nähe der Handhabungsgrenzen des Fahrzeug stattfindet, wie es einem Fahrzeug aufgezwungen würde, das eine dynamische Zustandsänderung erfährt, wobei das Regelsystem einen Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung umfasst, der Video-Fahrspurerkennungsmessungen zusammen mit Fahrzeugdynamikinformationen, einschließlich Trägheits-, Bremsen- und Lenkungsmessungen nutzt, um elektronische Servolenkungssysteme (Electronic Power Steering, EPS) und Fahrzeugstabilitätsprogrammsysteme (Vehicle Stability Control, VSC) des Fahrzeugs zu regeln, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das Fahrzeug zu stabilisieren und/oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen von einer vorgesehenen Fahrzeugtrajektorie in einem Grenzfahrzustand zu korrigieren, wobei der Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung Folgendes umfasst:
    Szenario-Kontrollmittel, die Fahrzeugmessungen und Human-Machine-Interface-(HMI)Eingaben empfangen und daraus den dynamischen Zustand des Fahrzeugs, wie beispielweise Untersteuern/Übersteuern/starkes Bremsen und die Absichten des Fahrers, wie beispielsweise Fahrspurwechsel, abschätzen und die eine Vielzahl von jeweils verschiedenen gemessenen dynamischen Zuständen des Fahrzeugs und Fahrerabsichten entsprechenden Szenario-Flags generieren, die dazu dienen, den Regler zu informieren, welche Art von Fahrzeugregelaktion erforderlich ist;
    Positions- und Gierraten-Regelmittel, die Fahrzeugmessdaten und Fahrspurerkennungsdaten empfangen und eine zum Zurückversetzen des Fahrzeugs in die Mitte seiner Fahrspur erforderliche Gesamtgierratenanforderung oder eine für einen Fahrspurübergang erforderliche Gesamtgierratenanforderung, falls ein Fahrspurwechsel-Flag erfasst wird, berechnen; und
    Lenk- und Bremsregelmittel, die die berechnete Gesamtgierratenanforderung gemäß dem Szenario-Flag entsprechend einem vorherrschenden gemessenen dynamischen Zustand des Fahrzeugs proportional zwischen EPS- und VSC-System des Fahrzeugs aufteilen.
  • Vorzugsweise wird im Fall eines vom Fahrzeug-VSC erfassten Untersteuerungs-Fahrzeugszustands ein entsprechendes Rad dazu angeordnet, gebremst zu werden, um ein erwünschte Gierrate gemäß einem über das Lenkrad ausgedrückten Fahrerbefehl zu erreichen, und um außerdem das Fahrzeug zu verzögern, um die Untersteuerung zu verringern.
  • Vorteilhafterweise wird, sobald die Untersteuerung ausreichend verringert wurde, so dass die Vorderreifen nicht mehr gesättigt sind, ein Drehmoment dazu angeordnet, von der Lenkung angefordert zu werden, um den Fahrer bei der Korrektur allfälliger Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die von einem Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst wurden, der die Video-Fahrspurerkennungsmessungen bereitstellt.
  • Vorzugsweise werden zum Zweck vorbeugender Untersteuerung oder Übersteuerung die Video-Fahrspurerkennungsmessungen verwendet, um Vorausschau-Informationen einer Kurve zu beschaffen, wobei der Regler dazu angeordnet ist, Bremseneingriff anzufordern, um das Fahrzeug auf eine angemessene Geschwindigkeit zu verzögern, so dass die Kurve sicher durchfahren werden kann, ohne dass Untersteuerung oder Übersteuerung hervorgerufen wird.
  • Vorzugsweise wird im Fall eines vom Fahrzeug-VSC erfassten Übersteuerungs-Fahrzeugzustands ein Drehmoment dazu angeordnet, auf die Lenkung aufgebracht zu werden, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen, wonach, wenn die Übersteuerung bis zu einem Schwellenwert fortschreitet, das VSC dazu angeordnet wird, ein entsprechendes Rad zu bremsen, um das Fahrzeug zu stabilisieren und eine erwünschte Gierrate gemäß einem Fahrerbefehl über das Lenkrad zu erreichen.
  • Vorteilhafterweise wird während Übersteuerungskorrekturphasen oder der Übersteuerungsregelung ein zusätzliches Überlagerungsdrehmoment dazu angeordnet, von der Lenkung angefordert zu werden, um den Fahrer bei der Korrektur von Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die von einem Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst erden, der die Video-Fahrspurerkennungsmessungen bereitstellt.
  • Vorteilhafterweise kann während starkem Bremsen beim Fahren in einer Fahrspur unter Nutzung von Fahrzeugträgheits-, Lenkungs- und Video-Fahrspurerkennungsmessungen ein Drehmoment vom Lenksystem angefordert werden, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen und das Fahrzeug bei der Bremsung in dieser Fahrspur zu halten.
  • Vorzugsweise wird der Fahrer bei einem Split-μ-Stopp dabei unterstützt, das Giermoment infolge der asymmetrischen Längsbremskraft auszugleichen, indem ein Drehmoment an das Lenksystem angefordert wird, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das erforderliche Gegendrehmoment zu erreichen.
  • Vorteilhafterweise wird ein zusätzliches Drehmoment zum Unterstützen des Fahrers beim Korrigieren von Fahrspurabweichungen, die vom Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst wurden, verwendet, um das erste erwähnte Drehmoment zu verstärken.
  • Vorteilhafterweise wird, wenn ein vom Fahrer gewählter Fahrspurwechsel vom Video-Fahrspurerkennungssensor zusammen mit dem Lenksensor und dem Fahrzeugträgheitssensor erfasst wird, ein Drehmoment dazu angeordnet, vom Lenksystem angefordert zu werden, um den Fahrer beim Ausführen des Fahrspurwechsels zu unterstützen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Verweis auf die beliegenden Zeichnungen und wie darin veranschaulicht weiter beschrieben, wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das die Regelungsalgorithmusstruktur eines Reglers zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Fahrspurpositions- und Gierreglers zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 ein schematisches Diagramm ist, das die Lenk- und Bremsanforderungszuordnung zeigt;
  • 4 ein schematisches Diagramm eines Lenkanforderungsreglers ist; und
  • 5 ein schematisches Diagramm eines Anwendungsreglers ist.
  • Ein Assistenzsystem gemäß der Erfindung nutzt Video-Erkennungsmessungen eines Video-Fahrspurerkennungssensors, der Teil eines Fahrspurführungssystems (oder Spurhalteassistenzsystems) sein kann, aber nicht notwendigerweise ist. Das EPS und VSC werden mit der Fahrspurerkennung kombiniert, um dem Fahrer in einem oder allen der folgenden Szenarios Unterstützung zu liefern:
  • (a) Untersteuern
  • In diesem Szenario erfasst das VSC eine Untersteuerung (typischerweise in einer Kurve) und bremst das entsprechende Rad (typischerweise, aber nicht notwendigerweise das hintere innere), um die gewünschte Gierrate zu erreichen (gemäß dem Befehl des Fahrers über das Lenkrad). Das Bremsen der Räder wirkt außerdem, um das Fahrzeug zu verzögern. Das Verringern der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert die Untersteuerung bzw. hilft, die Untersteuerung zu verringern. Sobald die Untersteuerung verringert ist, so dass die Vorderreifenkräfte nicht mehr gesättigt sind, wird von der Lenkung ein Drehmoment angefordert, um den Fahrer beim Korrigieren der Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die vom Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst werden.
  • (b) Vorbeugendes Untersteuern/Übersteuern
  • In diesem Szenario wird die Videofahrspurerkennung verwendet, um Vorausschau-Informationen einer Kurve zu beschaffen. Der Regler fordert Bremseneingriff an, um das Fahrzeug auf eine angemessene Geschwindigkeit zu verzögern, so dass die Kurve sicher durchfahren werden kann, ohne dass Untersteuerung oder Übersteuerung hervorgerufen wird. Diese Strategie kann mit Vorausschau-Informationen weiter verbessert werden, die von einem landkartenbasierten GPS-System erhalten werden.
  • (c) Übersteuern
  • Ein Übersteuerungsszenario wird vom VSC erfasst. In einem Fahrzeug mit ATO-Funktionalität erfolgt das erste Mittel zum Regeln der Übersteuerung über die Lenkung, wobei ein Drehmoment auf die Lenkung aufgebracht wird, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen. Wenn die Übersteuerung bis zu einem Schwellenwert fortschreitet, bremst das VSC das entsprechende Rad (typischerweise aber nicht notwendigerweise das vordere äußere), um das Fahrzeug zu stabilisieren und die gewünschte Gierrate zu erreichen (gemäß dem Befehl des Fahrers über das Lenkrad). Das Bremsen verringert außerdem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Während und/oder anschließend an die Übersteuerungskorrekturphasen der Übersteuerungsregelung wird ein zusätzliches Überlagerungsdrehmoment von der Lenkung angefordert, um den Fahrer bei der Korrektur von Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die vom Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst werden.
  • (d) Bremsen
  • In manchen Fällen kann ein Fahrzeug während starkem Bremsen instabil werden. Das liegt an Lastverlagerungen entlang dem Fahrzeug, die eine Verringerung der vertikalen Kraft auf die Hinterreifen und eine Erhöhung der vertikalen Kraft auf die Vorderreifen bewirken. Das führt dazu, dass die Hinterreifen eine verringerte Krafterzeugungsfähigkeit haben und die Vorderreifen eine erhöhte Seitenkrafterzeugungsfähigkeit haben. Unter Nutzung von Trägheits-, Lenkungs-, und Video-Fahrspurerkennungsmessungen wird ein Drehmoment vom Lenksystem angefordert, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen und das Fahrzeug bei einer solchen Bremsung in der Fahrspur zu halten.
  • Bei einem Split-μ-Stopp unterstützt der ATO-Regler den Fahrer beim Ausgleichen des Giermoments infolge der asymmetrischen Längsbremskräfte, indem er ein Drehmoment an das Lenksystem anfordert, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das erforderliche Gegendrehmoment zu erreichen. Ein zusätzliches Drehmoment zum Unterstützen des Fahrers beim Korrigieren von Fahrspur abweichungen, die vom Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst werden, verstärkt dieses Drehmoment.
  • (e) Fahrspurwechselunterstützung
  • Die Video-Fahrspurerkennung zusammen mit den Lenkungs- und Fahrzeugträgheitssensoren erkennt einen Fahrspurwechsel. Ein Drehmoment wird vom Lenksystem angefordert, um den Fahrer beim Ausführen des Fahrspurwechsels zu unterstützen.
  • Ein Fahrzeug kann, beispielsweise bei scharfen Fahrspurwechseln (wie beispielsweise einem Notfahrspurwechsel) zum Übersteuern gebracht werden. Bei einem scharfen Fahrspurwechsel verringert die Fahrspurwechselunterstützung die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug übersteuert. In extremen Fällen, in denen das Fahrzeug dennoch übersteuert (möglicherweise durch einen Belagswechsel während eines Fahrspurwechsels hervorgerufen), wird die in (c) beschriebene Regelung angewandt.
  • Bei einem Fahrspurwechsel mit Bremsen wird die angeforderte Bremskraft so verteilt, dass ein Giermoment bereitgestellt wird, um den Fahrer beim Ausführen des Fahrspurwechsels zu unterstützen.
  • In der Regelungsalgorithmusstruktur von 1 ermöglicht die Verwendung von Szenario-Flags zum Regeln von Gewinnen im Algorithmus, dass der Regler auf jedes Handhabungsszenario unterschiedlich reagieren kann. Daher ist die eine Struktur für alle fünf, vorangehend hierin beschriebenen Szenarien (a) bis (e) geeignet.
  • Als Beispiel der Ausführung des vorliegenden Systems wird nun ein einfaches Auslegungsbeispiel für den Fall des Übersteuerns (c) beschrieben.
  • Das System von 1 hat folgende Eingaben:
  • Fahrzeugmessdaten
    • 1. Vom Fahrzeuglenksystem erhaltene Lenkradwinkel- und Drehgeschwindigkeitsmessungen.
    • 2. Raddrehzahlmessungen und Bremsdruckabschätzungen/-messungen von den Fahrzeugbremssystemen (einschließlich beispielsweise einem VSC-System).
    • 3. Von einem Fahrzeugträgheitssensor erhaltene Gierrate.
    • 4. Von beispielsweise verarbeiteten Raddrehzahlmessungen erhaltene Fahrzeuglängsgeschwindigkeit.
  • Fahrspurerkennungsdaten (von einem Videosensor)
    • 5. Seitlicher Positionsfehler von der Mitte der Fahrspur.
    • 6. Kurswinkelfehler von der Mitte der Fahrspur.
    • 7. Fahrspurkrümmung.
  • HMI- und automatische Eingaben
    • 8. Mensch-Maschine-Schnittstellen-(HMI-)Eingaben (beispielsweise Ein/Aus-Schalter, Aktivierungsschalter, Blinker).
    • 9. Automatische Schalter (beispielsweise ein Sicherheitsüberwachungssystem zum Erkennen von Bauteilstörungen).
  • Das System hat außerdem folgende Ausgaben:
    • 1. Lenksäulendrehmomentanforderung an die Lenkung (z. B. an EPS-System)
    • 2. Bremsdruckanforderungen an die Bremssysteme (z. B. ein VSC-System)
    • 3. Ausgaben an die HMI (z. B. Moduslampe, Summer))
  • Die verschiedenen Blöcke in 1 werden nun beschrieben.
  • Modusregelungsblock (10)
  • Der Systemmodus (beispielsweise "Aktiv", "Aus" oder "Standby") kann manuell vom Fahrer oder automatisch von einem anderen System (beispielsweise einem Sicherheitsüberwachungssystem zum Erkennen von Bauteilstörungen) eingestellt werden. Der Modus-Flag wird an den Anwendungsregelungsblock 24 ausgegeben.
  • Szenario-Kontrollblock (12)
  • Der Szenario-Kontrollblock 12 kann sich beispielsweise im Fahrzeug-VSC-System befinden. Die Fahrzeugmessungen und gewisse HMI-Eingaben (z. B. Blinker) werden verwendet, um den dynamischen Zustand des Fahrzeugs (beispielsweise Untersteuern/Übersteuern/starkes Bremsen) und die Absichten des Fahrers (beispielsweise Fahrspurwechsel) abzuschätzen. Die Ausgabe ist eine Reihe von Szenario-Flags, die den Regler darüber informieren, welche Fahrzeugregelungsaktion verfügbar ist. Die Szenario-Flag-Signale werden an den nachfolgend beschriebenen Positions- und Gierregelungsblock 14 und Lenk- und Bremsregelungsblock 18 ausgegeben.
  • Positions- und Gierratenregelungsblock (14)
  • Die Fahrspurerkennungsdaten und Längsgeschwindigkeitsdaten werden verwendet, um die Gierrate zu berechnen, die benötigt wird, um das Fahrzeug in die Mitte der Fahrspur zurückzuführen. Wenn der Szenario-Flag angibt, dass ein Fahrspurwechsel gewünscht wird, wird eine geeignete Gierrate für den Fahrspurübergang berechnet.
  • Lenk- und Bremsregelungsblock (16)
  • Der Lenk- und Bremsregelungsblock 16 umfasst drei Hauptuntersysteme.
  • (a) Lenk- und Bremsgieranforderungs-Zuordnungsblock (18)
  • Die vom Politions- und Gierratenregelungsblock 18 angeforderte Gesamtgierrate wird gemäß den Szenario-Flags auf das Lenk- und das Bremssystem aufgeteilt. Die vom Lenksystem angeforderte Gierrate wird an den Lenkanforderungsregelungsblock 20 ausgegeben. Die vom Bremssystem angeforderte Gierrate wird an den Bremsanforderungsregelungsblock 22 ausgegeben.
  • Wenn beispielsweise der Szenario-Flag angibt, dass das Fahrzeug übersteuert, ist es möglicherweise wirksamer, ein einziges Rad zu bremsen und zu lenken, als alle vier Räder zu bremsen und zu lenken. Daher würde die Gierratenanforderung in einem gewissen Verhältnis (aus den Szenario-Flags bestimmt) zwischen dem Bremssystem für das entsprechende Rad und dem Lenksystem aufgeteilt.
  • (b) Lenkanforderungsregelungsblock (20)
  • Die Lenkgierratenanforderung wird mit Rückmeldungsmessungen des aktuellen Lenkradwinkels und der Drehgeschwindigkeit verglichen. Die Ausgabe ist eine unterstützende Lenksäulendrehmomentanforderung, die an das EPS-System weitergeleitet wird.
  • (c) Bremsanforderungsregelungsblock (22)
  • Die Bremsgierratenanforderung wird mit Rückmeldungsabschätzungen der Bremsdrücke verglichen. Die Ausgänge sind Bremsdruckanforderungen, die an das VSC-System weitergeleitet werden.
  • Anwendungsregelungsblock (24)
  • Der Anwendungsregler 24 funktioniert als Modusschalter für das System und kann außerdem als Sicherheits-Abschaltsystem dienen. Wenn der Modus-Flag vom Modusregelungsblock 10 angibt, dass das System "Aktiv" ist, werden die Lenk- und Bremsanforderungen an das EPS- und das VSC-System übertragen. Andernfalls erfolgt eine Nullausgabe. HMI-Ausgaben werden verwendet, um dem Fahrer den Systemstatus zu zeigen.
  • Es wird nun eine einfache Ausführung der in 1 gezeigten Algorithmusstruktur gezeigt. Für eine Produktionsversion werden weitere Erweiterungen (wie Sicherheitsprüfungen, Gültigkeitsprüfungen und Fehlerunanfälligkeit) benötigt, die die Einzelheiten des Systems wesentlich komplizierter machen. Daher wird dieses Beispiel nur als Beispiel angegeben, um die Grundfunktionalität des Systems zu veranschaulichen. Für dieses Beispiel wird ein typisches Übersteuerungsszenario herangezogen.
  • Positions- und Gierregler
  • Der in 2 gezeigte Positions- und Gierregler 14 ist für alle fahrspurinternen und Fahrspurwechselszenarien geeignet. Für Fahrspurwechselszenarien wird eine einer Fahrspurbreite entsprechende Abweichung zum seitlichen Positionsfehler addiert, bis das Fahrspurerkennungssystem angibt, dass das Fahrzeug die Fahrspurbegrenzung überquert hat.
    • • Die Straßenkrümmungsrate wird im Block 26 unter Verwendung des Produkts aus Straßenkrümmung und Längsgeschwindigkeit berechnet. Das liefert die der Straßenkrümmung entsprechende erforderliche Fahrzeuggierrate.
    • • Der seitliche Positionsfehler gibt an, welche zusätzliche Gierrate erforderlich ist, um das Fahrzeug in die Mitte der Fahrspur zurückzuführen. Der Gewinn k2 ist an Fahrzeugeigenschaften und -geschwindigkeit angepasst, um die gewünschte Antwort zu liefern.
    • • Das Produkt aus Längsgeschwindigkeit und Kursfehler im Block 28 liefert ein Maß für die Quergeschwindigkeit in der Fahrspur. Dies wird über den Gewinn k1 (angepasst an die Fahrzeugeigenschaften und mit der Fahrzeuggeschwindigkeit eingebracht) eingespeist, um für Dämpfung der Fehlerantwort zu sorgen.
    • • Die Ausgangsgierratenanforderung ist die Summe der Anforderung aus Straßenkrümmung und der Anforderung aus seitlichem Positionsfehler.
  • Lenk- und Bremsgieranforderungszuordnung
  • Die wirksamste Möglichkeit zum Erreichen der angeforderten Gierrate wird abgeschätzt, indem eine Nachschlagtabelle 30 verwendet wird, die als Folge von Gewinnen dient, die je nach Szenario und Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden können. Das teilt die Gesamt-Eingangsgierratenanforderung in Lenk- und Bremsgierratenanforderungen auf, wie in 3 gezeigt.
  • In diesem einfachen Übersteuerungsbeispiel könnten die Szenario-Flags angebeben, dass Bremsen unwirksam wäre, so dass Bremsen allein benötigt wird, um die Gesamtgierratenanforderung zu erreichen. Die Nachschlagtabelle gibt Nullen für die Bremsanforderungen aus und leitet die Gierratenanforderung an den Lenkanforderungsregler weiter.
  • Lenkanforderungsregler
  • Der Lenkanforderungsregler 20 arbeitet unabhängig vom aktuellen Szenario, da dies bereits früher im Algorithmus berücksichtigt wurde. Daher ist dieser Regler für alle Szenarien geeignet, bei denen Lenkung benötigt wird.
  • Rückmeldungen von der Lenksäule werden verwendet, um die gewünschte Antwort auszulegen, wie in 4 gezeigt. Die Gewinne k3 und k4 werden gemäß den Fahrzeugeigenschaften und der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst. Der Gierratenfehler wird dann vom Gewinn k5 (mit der Fahrzeuggeschwindigkeit eingebracht) auf eine Motordrehmomentanforderung skaliert.
  • Der Bremsanforderungsregler 22 arbeitet auf sehr ähnliche Weise unter Verwendung von Abschätzungen von Bremsdruckrückmeldungen. Zum Regeln jedes Rads wird ein eigener Bremsregler verwendet.
  • Anwendungsregler
  • Für dieses einfache Beispiel dient der Anwendungsregler 24 als "EIN/AUS"-Schalter, wie in 5 gezeigt. Die Standardeinstellung für den Schalter ist "AUS", wobei eine Nullausgabe an das EPS- und das VSC-System geliefert wird. Wenn der Modus-Flag angibt, dass das System "Aktiv" ist, leitet der Schalter die Lenk- und Bremsanforderungen an das EPS- und das VSC-System weiter.
  • Wie zuvor deutlich gemacht, wurde das vorliegende System in seinem Grundformat beschrieben. Wenn beispielsweise hochwertigere Informationen zur Umgebung benötigt werden, kann ein Vorgehen darin bestehen, die Ausgaben von mehreren Sensoren zu kombinieren. Beispielweise benötigt Video einen freien optischen Weg. Dies ist die Haupteinschränkung der Reichweite von Fahrspurerkennungssystemen (~80 m). Es können Navigationssysteme verwendet werden um diese Reichweite wesentlich zu vergrößern und um weiter nützliche Informationen zu liefern, wie beispielsweise Straßengefälle, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Straßenkrümmung.
  • Die Funktionalität der hierin beschriebenen Algorithmus-Grundstruktur zeigt, wie er dazu ausgelegt ist, für alle fünf Handhabungsszenarios generisch zu sein. Eine vollständigere Auslegung enthält weiter unterstützende Untersysteme, wie beispielsweise:
    • • Sicherheits- und Failsafe-Systeme
    • • Redundanz
    • • Fehlerunanfälligkeit
    • • Regelungsverfeinerungen
    • • Datengültigkeitsprüfungen
  • Die Natur dieser Untersysteme wurde jedoch hierin nicht beschrieben, da sie die Funktionalität des Hauptreglersystems nicht beeinflussen.

Claims (15)

  1. Stabilitätsregelsystem für Straßenfahrzeuge, das dazu angepasst ist, mittels Abweichungserfassung unter Verwendung eines Videobildverarbeitungssystems Fahrspur- oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen von einer vorgesehenen Trajektorie während eines Grenzfahrmanövers zu korrigieren oder auszugleichen, das an den oder in der Nähe der Handhabungsgrenzen des Fahrzeugs stattfindet, wie es einem Fahrzeug aufgezwungen würde, das eine dynamische Zustandsänderung erfährt, wobei das Regelsystem einen Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung (8) umfasst, der Video-Fahrspurerkennungsmessungen zusammen mit Fahrzeugdynamikinformationen, einschließlich Trägheits-, Bremsen- und Lenkungsmessungen nutzt, um elektronische Servolenkungssysteme (Electronic Power Steering, EPS) und Fahrzeugstabilitätsprogrammsysteme (Vehicle Stability Control, VSC) des Fahrzeugs zu regeln, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das Fahrzeug zu stabilisieren und/oder Fahrzeugtrajektorienabweichungen von einer vorgesehenen Fahrzeugtrajektorie in einem Grenzfahrzustand zu korrigieren, wobei der Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung (8) Folgendes umfasst: Szenario-Kontrollmittel (12), die Fahrzeugmessungen und Human-Machine-Interface-(HMI)Eingaben empfangen und daraus den dynamischen Zustand des Fahrzeugs, wie beispielweise Untersteuern/Übersteuern/starkes Bremsen und die Absichten des Fahrers, wie beispielsweise Fahrspurwechsel, abschätzen und die eine Vielzahl von jeweils verschiedenen gemessenen dynamischen Zuständen des Fahrzeugs und Fahrerabsichten entsprechenden Szenario-Flags generieren, die dazu dienen, den Regler zu informieren, welche Art von Fahrzeugregelaktion erforderlich ist; Positions- und Gierraten-Regelmittel (14), die Fahrzeugmessdaten und Fahrspurerkennungsdaten empfangen und eine zum Zurückversetzen des Fahrzeugs in die Mitte seiner Fahrspur erforderliche Gesamtgierratenanforderung oder eine für einen Fahrspurübergang erforderliche Gesamtgierratenanforderung, falls ein Fahrspurwechsel-Flag erfasst wird, berechnen; und Lenk- und Bremsregelmittel (16), die die berechnete Gesamtgierratenanforderung gemäß dem Szenario-Flag entsprechend einem vorherrschenden gemessenen dynamischen Zustand des Fahrzeugs proportional zwischen EPS- und VSC-System des Fahrzeugs aufteilen.
  2. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Anwendungsregelungsmittel (24), das an ein Modusregelungsmittel (10) gekoppelt ist und als Modusschalter zum Verbinden der von der Lenk- und Bremsregelung erzeugten Lenk- und Bremsanforderungen mit dem EPS- und dem VSC-System des Fahrzeugs wirkt, wenn das Modusregelungsmittel (10) angibt, dass das System aktiv ist.
  3. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lenk- und Bremsregelungsmittel (16) Folgendes umfasst: einen Lenk- und Bremsgieranforderungszuordner (18), eine Lenkanforderungsregelung (20); und eine Bremsanforderungsregelung (22), wobei der Lenk- und Bremsgieranforderungszuordner (18) die von der Positions- und Gierratenregelung (14) angeforderte Gierrate gemäß den Szenario-Flags auf die Lenkanforderungs- und Bremsanforderungsregelung aufteilt.
  4. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 3, wobei in der Lenkanforderungsregelung (20) die Lenkgierratenanforderung mit Rückmeldungsmessungen des Lenkradwinkels und der Drehgeschwindigkeit verglichen wird, um eine Unterstützungs-Lenksäulendrehmomentanforderung zur Übertragung des Fahrzeug-EPS-Systems bereitzustellen.
  5. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei in der Bremsanforderungsregelung (22) die Bremsgierratenanforderung mit Rückmeldungsabschätzungen der Bremsdrücke verglichen wird, um dadurch Bremsdruckanforderungen zur Übertragung an das Fahrzeug-VSC-System bereitzustellen.
  6. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Fall eines vom Fahrzeug-VSC erfassten Untersteuerungs-Fahrzeugzustands ein entsprechendes Rad dazu angeordnet wird, gebremst zu werden, um eine erwünschte Gierrate gemäß einem über das Lenkrad ausgedrückten Fahrerbefehl zu erreichen, um dadurch das Fahrzeug zu verzögern, um die Untersteuerung zu verringern.
  7. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 6, wobei, sobald die Untersteuerung ausreichend verringert wurde, so dass die Vorderreifen nicht mehr gesättigt sind, ein Drehmoment dazu angeordnet wird, von der Lenkung angefordert zu werden, um den Fahrer bei der Korrektur allfälliger Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die von einem Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst wurden, der die Video-Fahrspurerkennungsmessungen bereitstellt.
  8. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zum Zweck vorbeugender Untersteuerungen oder Übersteuerungen die Video-Fahrspurerkennungsmessungen verwendet werden, um Vorausschau-Informationen einer Kurve zu beschaffen, wobei der Regler dazu angeordnet ist, Bremseneingriff anzufordern, um das Fahrzeug auf eine angemessene Geschwindigkeit zu verzögern, so dass die Kurve sicher durchfahren werden kann, ohne dass Untersteuerung oder Übersteuerung bereitgestellt wird.
  9. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im Fall eines vom Fahrzeug-VSC erfassten Übersteuerungs-Fahrzeugzustands ein Drehmoment dazu angeordnet wird, auf die Lenkung aufgebracht zu werden, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen, wonach, wenn die Übersteuerung bis zu einem Schwellenwert fortschreitet, das VSC dazu angeordnet wird, ein entsprechendes Rad zu bremsen, um das Fahrzeug zu stabilisieren und eine erwünschte Gierrate gemäß einem Fahrerbefehl über das Lenkrad zu erreichen.
  10. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 9, wobei während und/oder anschließend an die Übersteuerungskorrekturphasen der Übersteuerungsregelung ein zusätzliches Überlagerungsdrehmoment dazu angeordnet wird, von der Lenkung angefordert zu werden, um den Fahrer bei der Korrektur von Fahrspurabweichungen zu unterstützen, die von einem Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst werden, der die Video-Fahrspurerkennungsmessungen bereitstellt.
  11. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei während starkem Bremsen beim Fahren in einer Fahrspur unter Nutzung von Fahrzeugträgheits-, Lenkungs- und Video-Fahrspurerkennungsmessungen ein Drehmoment vom Lenksystem angefordert wird, um den Fahrer beim Stabilisieren des Fahrzeugs zu unterstützen und das Fahrzeug bei der Bremsung in dieser Fahrspur zu halten.
  12. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei bei einem Split-μ-Stopp der Fahrer dabei unterstützt wird, das Giermoment infolge der asym metrischen Längsbremskraft auszugleichen, indem ein Drehmoment an das Lenksystem angefordert wird, um den Fahrer dabei zu unterstützen, das erforderliche Gegendrehmoment zu erreichen.
  13. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 12, wobei ein zusätzliches Drehmoment zum Unterstützen des Fahrers beim Korrigieren von Fahrspurabweichungen, die vom Video-Fahrspurerkennungssensor erfasst wurden, verwendet wird, um das erste erwähnte Drehmoment zu verstärken.
  14. Stabilitätsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei, wenn ein vom Fahrer gewählter Fahrspurwechsel vom Video-Fahrspurerkennungssensor zusammen mit dem Lenksensor und dem Fahrzeugträgheitssensor erfasst wird, ein Drehmoment dazu angeordnet wird, vom Lenksystem angefordert zu werden, um den Fahrer beim Ausführen des Fahrspurwechsels zu unterstützen.
  15. Stabilitätsregelsystem nach Anspruch 1 für Straßenfahrzeuge mit einem aktiven Drehmomentüberlagerungssystem (Active Torque Overlay, ATO), wobei der Regler zur Grenzbereichs-Handhabungsunterstützung (8) die Video-Fahrspurerkennungsmessungen zusammen mit den Fahrzeugdynamikinformationen nutzt, um das ATO-System zu regeln, um die Unterstützung für den Fahrer bereitzustellen.
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