Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurhaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Spurhaltesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.

Ein derartiges Verfahren und ein derartiges Spurhaltesystem sind aus der EP 1 298 021 Al bekannt. Dabei wird der aktuelle Fahrzustand des Fahrzeugs in einer Steuereinheit bestimmt und es wird überprüft, ob das Fahrzeug die Tendenz aufweist von einer Fahrspur abzuweichen. Wird eine solche Tendenz vom Abweichen von der Fahrspur festgestellt, dann werden für jedes Fahrzeugrad und entsprechend dem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs Antriebs- bzw. Bremskräfte bestimmt, so dass ein Korrektur-Giermoment erzeugt wird, das dazu dient, ein Abkommen des Fahrzeugs von der Fahrspur zu verhindern. Bei der Bestimmung des Korrektur-Giermomentes wird der Lenkwinkel oder die Lenkwinkeländerung berücksichtigt.

Ausgehend vom nächst kommenden Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Spurhaltung bzw. ein SpurhalteSystem mit einer verbesserten Lenkrückwirkung während der Erzeugung des Korrektur- Giermomentes zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Spurhaltesystem gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Dabei kann eine gewünschte Rückwirkung am Lenkrad des Fahrzeugs während des Fahrer unabhängigen Eingriffs, bei dem ein Korrektur-Giermoment erzeugt wird, vorgegeben werden. Als gewünschte Rückwirkung am Lenkrad kann beispielweise ein Solllenkwinkel oder eine mit dem Solllenkwinkel korrelierte Lenkwinkelgröße vorgegeben sein, die sich während der Erzeugung des Korrektur- Giermomentes einstellen soll . Alternativ oder zusätzlich zu einem gewünschten Solllenkwinkel können weitere Lenkwinkelgrößen, wie z. B. die Lenkwinkelgeschwindigkeit, das Lenwinkelmoment oder die Lenkwinkelbeschleunigung vorgegeben werden.

Um diese gewünschte Rückwirkung zu erzielen wird eine SoIl- Momentenverteilung ermittelt, die angibt, wie die Radmomente eingestellt werden müssen, um die gewünschte, vorgegebene Rückwirkung am Lenksystem bzw. am Lenkrad zu erreichen. Auf diese Weise kann während der Erzeugung des Korrektur- Giermoments eine definierte, vorgegebene Rückwirkung am Lenksystem erzielt werden, so dass sich ein optimiertes Fahrzeugverhalten bzw. ein sicheres Lenkgefühl für den Fahrer ergibt. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Soll-Momentenverteilung kann die Verteilung der Radmomente zwischen der Vorderachse und der Hinterachse angeben. Dabei ist es möglich, dass die Soll- Momentenverteilung die gewünschte Summe der Radmomente an der Vorderachse als Soll-Vorderachsmoment und die gewünschte Summe der Radmomente an der Hinterachse als SoIl- Hinterachsmoment angibt. Durch eine Entkopplung ist es auf einfache Weise möglich, sowohl das dem Verlassen der Soll- Fahrspur entgegenwirkende Korrektur-Giermoment hervorzurufen als auch die gewünschte Rückwirkung am Lenksystem bzw. am Lenkrad zu erzielen.

Die Soll-Momentenverteilung und insbesondere das SoIl- Vorderachsmoment wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom Solllenkwinkel und/oder vom Istlenkwinkel und/oder von einer mit dem Solllenkwinkel bzw. dem Istlenkwinkel korrelierten Größe ermittelt . Dabei wird die gewünschte Rückwirkung am Lenksystem durch den Solllenkwinkel bzw. den Istlenkwinkel bzw. einer mit diesen Größen korrelierten Größe vorgegeben.

Dadurch, dass die Soll-Momentenverteilung und insbesondere das Soll-Hinterachsmoment in Abhängigkeit von der SoIl- Gierrate und/oder der Istgierrate und/oder von einer mit der Sollgierrate bzw. der Istgierrate korrelierten Größe ermittelt wird, ist gewährleistet, dass nicht nur die gewünschte Rückwirkung am Lenksystem erreicht wird, sondern auch das notwendige Korrektur-Giermoment eingestellt wird, so dass verhindert werden kann, dass das Fahrzeug die SoIl- Fahrspur verlässt, sofern dies durch die gegebenen physikalischen Grenzen möglich ist.

Zweckmäßigerweise werden bei der Ermittlung der Soll- Momentenverteilung und insbesondere des SoIl- Vorderachsmoments und/oder des Hinterachsmoments weitere vorgegebene Fahrzeugparameter berücksichtigt, die insbesondere vom jeweiligen Fahrzeugtyp abhängen. Derartige Fahrzeugparameter sind beispielsweise das Trägheitsmoment des Fahrzeugs, die Spurweite des Fahrzeugs, der Radstand des Fahrzeugs, die Achkinematik - z.B. Lenkrollradius, Nachlauf, Radlasthebelarm - und weitere, das Fahrverhalten des Fahrzeugs charakterisierende Größen. Es ist vorteilhaft, wenn die Radmomente zur Erzeugung des Korrektur-Giermomentes zusätzlich zu dem durch einen Rad individuellen Bremseingriff verursachten Radbremsmomenten durch eine rad- oder achsindividuelle Antriebsmoment- einstellung erfolgt. Das an einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs erforderliche Radmoment wird somit durch ein Radbremsmoment und Radantriebsmoment gebildet. Es erfolgt demnach nicht nur ein Bremseingriff in die jeweilige Radbremseinrichtung, sondern gleichzeitig wird auch das an diesem Rad anliegende Antriebsmoment zur Erzielung des erforderlichen Radmomentes modifiziert.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Spurhaltesystems werden anhand der Zeichnung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein auf einer Straße fahrendes Fahrzeug in Draufsicht,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines SpurhalteSystems in blockschaltartiger Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von auf das Fahrzeug einwirkenden Kräften und von Fahrzeugparametern und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.

Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 5, das mit einem Spurhaltesystem 6 ausgestattet ist . Das Spurhaltesystem 6 verfügt über Spurhalteerfassungsmittel 7 zur Erfassung der vorausliegenden Fahrbahn 8 in einem Erfassungsbereich 12. Bei den Spurerfassungsmitteln 7 kann es sich beispielweise um bildgebende Sensormittel, wie eine Kamera, handeln. Die von den Spurerfassungsmitteln 7 erfassten Fahrbahndaten werden einer Recheneinrichtung 9 übermittelt, die aus dem erfassten Fahrbahnverlauf eine Soll-Fahrspur 10 berechnet. Dies kann beispielsweise durch Auswertung der Fahrbahnränder bzw. Fahrbahnmarkierungen 11 erfolgen.

Das Spurhaltesystem 6 verfügt des weiteren über eine Fahrzeugsensorik 15, die Fahrzustandsdaten wie die Istgierrate ψ ,den Istlenkwinkel δL, die Fahrzeuglängsge¬ schwindigkeit vx die Fahrzeugquergeschwindigkeit vy und dergleichen an die Recheneinrichtung 9 übermittelt. Die Recheneinrichtung 9 kann beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des Spurhaltesystems 6 bei Figur 2 ein BremsSteuergerät 16 des Bremssystems 17, ein dem nicht näher dargestellten Antriebsstrang ansteuerndes Anstriebsstrangansteuergerät 18 und ein Lenksteuergerät 19 des Lenksystems 20 ansteuern. Über die Recheneinrichtung 9 können daher Fahrer unabhängige Eingriffe in das Bremssystem 17, den Antriebsstrang und das Lenksystem 20 des Fahrzeugs erfolgen. Durch den Eingriff in den Antriebsstrang und das BremsSystem 17 kann die Recheneinrichtung 9 für jedes Fahrzeugrad 22 ein Rad individuelles Radmoment hervorrufen, das aus einem durch die jeweils zugeordnete Radbremseinrichtung 23 hervorgerufenes Radbremsmoment und/oder durch ein durch den Antriebsstrang verursachtes Rad individuelles oder achsindividuelles Radantriebsmoment gebildet ist.

Im Folgenden wird anhand des in Figur 4 dargestellten Flussdiagramms ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spurhaltung für das Fahrzeug 5 beschrieben.

In einem ersten Schritt 40 wird über die Spurerfassungsmittel 7 des Spurhaltesystems 6 der vorausliegende Fahrbahnabschnitt 8 erfasst und in der Recheneinheit 9 eine Soll-Fahrspur 10 bestimmt. Bei vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch Bildverarbeitungsalgorhytmen, die den Verlauf des erfassten Fahrbahnabschnittes 8 anhand des Fahrbahnrandes bzw. der Fahrbahnmarkierung 11 bestimmen. Aus dem Fahrbahnverlauf und der Breite der Fahrbahn kann dann eine Soll-Fahrspur 10 berechnet werden. Derartige Bildverarbeitungsalgorhytmen sind an sich bekannt, so dass an dieser Stelle nicht mehr darauf eingegangen wird. Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel könnte als SoIl- Fahrspur 10 auch der Verlauf des Fahrbahnrandes bzw. der Fahrbahnmarkierung 11 verwendet werden.

Im nächsten, zweiten Schritt 41 wird der aktuelle Fahrtrichtungsverlauf 42 des Fahrzeugs 5 der Recheneinrichtung 9 anhand von Sensordaten der Fahrzeugsensorik 15 bestimmt. Der aktuelle Fahrtrichtungsverlauf 42 kann beispielsweise aus folgenden Fahrzustandsdaten berechnet werden: Zum Einen die laterale Abweichung d zwischen der aktuellen Fahrzeugposition 45 und der Soll-Fahrspur 10 quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 5 gesehen und dem Istgierwinkel ψ , den die Fahrzeuglängsachse 43 und die Tangente an die Soll-Fahrspur 10 die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 5 gesehen auf Höhe der aktuellen Fahrzeugposition 45 an die Soll-Fahrspur 10 angelegt ist. Der Fahrtrichtungsverlauf 42 entspricht mithin dem Weg, den das Fahrzeug 5 unter Beibehaltung des aktuellen Fahrzustandes zurück legen würde.

Im darauf folgenden dritten Schritt 48 wird in der Recheneinrichtung 9 überprüft, ob zwischen dem ermittelten Fahrtrichtungsverlauf 42 und der bestimmten Soll-Fahrspur 10 eine Abweichung besteht, aus der geschlossen werden kann, dass das Fahrzeug 5 die Fahrbahn 8 verlässt oder ein Verlassen der Fahrbahn 8 bevorsteht . Hierfür kann beispielsweise ein Abweichungsschwellenwert vorgegeben sein, wobei dann, wenn die Abweichung d den Abweichungsschwellenwert überschreitet auf ein Verlassen bzw. bevorstehendes Verlassen der Fahrbahn 8 geschlossen wird.

Wird im dritten Schritt 48 festgestellt, dass das Fahrzeug 5 die Fahrbahn 8 nicht verlässt, bzw. ein Verlassen der Fahrbahn 8 nicht bevor steht, so wird zum ersten Schritt 40 zurück gesprungen.

Wird andernfalls im dritten Schritt 48 erkannt, dass das Fahrzeug 5 die Fahrbahn 8 verlässt, bzw. ein solches Verlassen zu erwarten ist, so wird das Verfahren im vierten Schritt 49 fortgesetzt.

Im vierten Schritt 49 werden Rad individuelle Radmomente zur Erzeugung eines Korrektur-Giermomentes berechnet. Das Korrektur-Giermoment wirkt auf das Fahrzeug 5 ein und ist derart gerichtet, dass es der Tendenz des Fahrzeugs 5 die Fahrbahn 8 zu verlassen entgegen wirkt. In der Situation, die in Figur 1 dargestellt ist, würde im dritten Schritt 48 erkannt werden, dass das Fahrzeug die Fahrbahn auf der rechten Seite verlassen wird. Das Korrektur-Giermoment wäre in diesem Fall entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet, um das Fahrzeug 5 auf der Fahrbahn 8 zu halten.

Dabei werden die Radmomente an den einzelnen Fahrzeugrädern 22 so bestimmt, dass eine vorgegebene, gewünschte Rückwirkung am Lenksystem 20 erfolgt. Um dies zu erreichen werden die Radmomente an den einzelnen Fahrzeugrädern 22 entsprechend einer Soll-Momentenverteilung bestimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zur Ermittlung der SoIl- Momentenverteilung ein Soll-Vorderachsmoment Mv, das aus der Summe der beiden Radmomente der Räder der Vorderachse des Fahrzeugs 5 gebildet ist, und ein Soll-Hinterachsmoment MH, das aus der Summe der beiden Radmomente der Räder der Hinterachse des Fahrzeugs 5 gebildet ist, berechnet. Die Soll-Momentenverteilung gibt damit die Verteilung der Radmomente zwischen der Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs an.

Die Berechnung erfolgt dabei folgendermaßen:

Für die Abweichung zwischen dem aktuellen Fahrtrichtungsverlauf 42 und der Referenz-Fahrspur 10 können vereinfacht folgende Differenzialgleichungen verwendet werden:

d =vx-Aψ+vy

Aψ =ψ-kvx

mit d: laterale Abweichung zwischen Referenz-Fahrspur und aktueller Fahrzeugposition vx: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vy: Fahrzeugquergeschwindigkeit ψ -. Istgierwinkel ψ : Istgierrate k: Kurvenkrümmung Aψ : Istgierwinkel bezüglich der Referenz-Fahrspur

Für die Fahrdynamik des Fahrzeugs 5 gilt unter Bezugnahme auf Figur 3 folgendes:

mit FSii: Seitenkraft auf eines der Fahrzeugräder 22 (i=l,2,3,4) Fu,i: Umfangskraft auf eines der Fahrzeugräder 22 (i=l,2,3,4) ψ : Istgierbeschleunigung

vy : Zeitliche Änderung der Quergeschwindigkeit

Vx : Zeitliche Änderung der Längsgeschwindigkeit ΔM: Giermoment aus auf das Fahrzeug einwirkender äußeren Querkraft (z.B. Seitemwind) ΔFS: Auf das Fahrzeug einwirkende äußere Querkraft ΔFU: Auf das Fahrzeug einwirkende äußere Längskraft (z.B. Hangabtriebskraft aufgrund einer Fahrbahnneigung) m: Fahrzeugmasse sv: Spurweite des Fahrzeugs an der Vorderachse SJ1: Spurweite des Fahrzeugs an der Hinterachse lv: Abstand des Fahrzeugschwerpunkts SP von der Vorderachse des Fahrzeugs 1H: Abstand des Schwerpunkts SP des Fahrzeugs von der Hinterachse Für die Lenkdynamik des Fahrzeugs gilt f olgender Zusammenhang :

\ + AML

mit JL: Trägheitsmoments des Lenksystems rs,i: Lenkrollradius links nKil: Nachlauf links rs,2: Lenkrollradius rechts nK/2: Nachlauf rechts dL, cL: Lenksystem abhängige Parameter Sv. Istlenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern δU: Lenkradistwinkel iL: Lenkübersetzung ΔML: Lenkmoment

Die Umfangskräfte FUji(i=l-4) stellen sich entsprechend dem jeweils auf das Rad einwirkende Radmoment, das jeweils aus einem Radbremsmoment und einem Radantriebsmoment gebildet ist, ein. Die auf die Fahrzeugräder 22 einwirkenden Seitenkräfte Fs,i (i=l-4) hängen von der Istgierrate ψ , der Quergeschwindigkeit vy und der Längsgeschwindigkeit vx ab. Sie wirken dem Aufbau eines Giermoments entgegen.

Aus diesen Gleichungen wird nun das Soll-Vorderachsmoment Mv und das Soll-Hinterachsmoment MH in Abhängigkeit von dem gewünschten Verhalten des Lenksystems 20 ermittelt. Durch Zusammenfassen von Kräften und Momenten können die Gleichungen weiter vereinfacht werden. ¥ -(Fυι3 -FUA)ßϊ-

ΔM*G: Giermomentstörgröße ΔM*L: LenkmomentStörgröße

Daraus könne nunmehr die Gleichungen für das SoIl- Vorderachsmoment Mv und das Soll-Hinterachsmoment MH bestimmt werden:

Mv {δVtSolι +qι (δr<Sott -δy )+q0(δytSoll -δv)}

MH { fψ..Solι + q0 [ψSolι -ψ )}

Mit: δ\, soii: Solllenkwinkelbeschleunigung

δ\, soii: Solllenkwinkelgeschwindigkeit δv, soii: Solllenkwinkel ψsoii' Sollgierbeschleunigung ψsoii: Sollgierrate q0: Reglerverstärkungsfaktor qx: Reglerverstärkungsfaktor

Sind die Radumfangskräfte - d. h. die einzelnen Radmomente die Istgierrate ψ und der Istlenkwinkel δv bekannt, so lassen sich die Giermomentstörgröße ΔM*G und die LenkmomentStörgröße ΔM*L mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters bestimmen und können anschließend in bekannter Weise durch Aufschaltung in einem Regler kompensiert werden.

Alternativ zu einem Störgrößenbeobachter kann auch ein Zustandsregler, insbesondere ein sogenannter Riccati-Regler (bei dem ein quadratisches Gütekriterium optimiert wird) verwendet werden, um das Soll-Vorderachsmoment Mv und das Soll-Hinterachsmoment MH entsprechend der Sollvorgaben einzustellen. Dabei ist es möglich, das Lenk- und Gierverhalten des Fahrzeugs unterschiedlich stark zu gewichten und die Lenkdynamik des Fahrzeugs im Regler zu berücksichtigen. Auf diese Weise können auch Eingriffe in die Lenkung und in den Antriebsstrang des Fahrzeugs, wie z. B. in den Motor, in das Getriebe oder in die Achsdifferenziale realisiert werden.

Wurden das Soll-Vorderachsmoment Mv und das Soll- Hinterachsmoment MH im Schritt 49 bestimmt, wird im darauffolgenden Schritt 50 an jedem Fahrzeugrad 22 ein Radmoment eingestellt, derart, dass sich das Soll- Vorderachsmoment Mv und das Soll-Hinterachsmoment MH ergeben. Das Verfahren wird im Anschluss an den fünften Schritt 50 wieder am ersten Schritt 40 gestartet.