Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung, z.B. nach einem Aufprall gegen eine Leitplanke.

Aus der DE 10 2012 107 188 AI ist ein Verfahren zum Aktivie- ren von Schutzmaßnahmen nach einem seitlichen Anprall be- kannt. Die Schutzmaßnahmen umfassen beispielsweise eine au- tomatische Bremsung, eine Stabilisierung der Fahrtrichtung durch individuelle Bremseingriffe und eine Dämpfung der Lenkbewegung .

Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass die Bewegung des Fahrzeugs in jedem Fall gleich, zu einer Geradeausfahrt hin, beeinflusst wird und damit den Gegebenheiten eventuell schlecht angepasst ist. Die automatische Bremsung und Dämp- fung der Lenkung können zu einer schlechteren

Manövrierbarkeit durch den Fahrer führen, wodurch gegebenen- falls Folgeunfälle nicht mehr vermieden werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Fahrer nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung zu unterstützen .

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs • ein Fahrspurerkennungssystem, mit welchem eine Infor- mation bezüglich des Fahrspurverlaufs ermittelt oder erfasst wird,

• eine Aufprall-Erkennungseinheit, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die seitliche Fahr- bahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt,

• eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, und

• einen Regler, der eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs bewirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radin- dividuelle Bremseingriffe.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen, bevorzugt elekt- risch ansteuerbaren, Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung, und einen, bevorzugt elektrisch ansteuerbaren, Brems-Aktuator zur Ansteuerung einer oder mehrerer Radbrem- sen .

Durch die Bestimmung einer Soll-Bahn, welche verfügbare In- formationen über das Fahrzeugumfeld berücksichtigen kann, wird sichergestellt, dass das Fahrzeug situationsangepasst gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs, insbesondere nach einem Aufprall gegen eine seitliche Fahrbahnbegrenzung.

Bevorzugt werden in dem Verfahren • eine Information bezüglich eines Fahrspurverlaufs, insbesondere eine Krümmung des Fahrspurverlaufs, er- mittelt oder erfasst,

• ein Aufprall des Fahrzeugs, insbesondere gegen die

seitliche Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen min- destens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustands- größe erkannt,

• eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, insbesondere anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls er- mittelten oder erfassten Fahrspurverlaufs, und

• mittels eines Reglers eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahr- zeugs bewirkt, indem ein Lenkeingriff und/oder durch radindividuelle Bremseingriffe durchgeführt

wird/werden .

Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Querbeschleuni- gung oder eine Längsbeschleunigung bzw. das Signal eines Querbeschleunigungssensors oder das Signal eines Längsbe- schleunigungssensors herangezogen .

Bevorzugt wird zur Aufprall-Erkennung eine Fahrzeuggeschwin- digkeit herangezogen.

Bevorzugt ist der Regler als Zustandsregler, z.B. als LQ- Regler ( linear-quadratic-Regler) , ausgeführt.

Bevorzugt wird die Soll-Bahn für das Fahrzeug anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt des Aufpralls ermittelten oder erfass- ten Fahrspurverlaufs bestimmt. Bevorzugt erfasst das Fahrspurerkennungssystem laufend eine Krümmung oder eine Krümmungsverlauf des Fahrspurverlaufs. Vorteilhafterweise wird die Krümmung oder der Krümmungsver- lauf über eine vorgegebene Distanz im Voraus, d.h. vor dem Fahrzeug, ermittelt.

Die Fahrbahnkrümmung ist eine Größe, welche eine möglichst einfache und schnelle Berechnung einer geeigneten Soll-Bahn ermöglicht. Eine Bestimmung des Krümmungsverlaufs im Voraus hat den Vorteil, dass die benötigten Informationen jederzeit verfügbar sind und auch beispielsweise bei eine Beschädigung der Sensorik durch den Aufprall trotzdem mit den bereits verfügbaren Informationen eine Regelung durchgeführt werden kann .

Bevorzugt regelt der Regler einen Schwimmwinkel und/oder ei- ne Gierrate und/oder eine Abweichung eines Gierwinkels und/oder einen Querversatz des Fahrzeugs.

Bevorzugt wird anhand der Soll-Bahn und Ist-Werten von Fahr- zustandsgröße eine Abweichung des Gierwinkels und/oder eine Querabweichung zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für die Ist-Bahn ein aktueller Wert des Schwimmwinkels und/oder der Fahrzeug-Geschwindigkeit und/oder der Lenkwin- kel und/oder die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung bestimmt und berücksichtigt. Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel und/oder der

Gierwinkel durch Integration bestimmt.

Bevorzugt wir der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel an- hand eines Modells bestimmt.

Bevorzugt wird der Schwimmwinkel und/oder der Gierwinkel durch Integration mit Hilfe einer gemessenen Gierrate, einer Querbeschleunigung und einer Fahrzeug-Geschwindigkeit über ein Modell bestimmt.

Bevorzugt gewichtet der Regler in Abhängigkeit von dem Ist- Wert des Schwimmwinkels die Stabilisierung des Fahrzeugs oder die Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn.

Ebenso ist es bevorzugt, dass der Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert des Schwimmwinkels eine Gewichtung der Zu- standsgrößen bei der Regelung vornimmt.

Besonders bevorzugt führt der Regler bei Schwimmwinkeln be- tragsmäßig größer als ein vorgegebener Schwimmwinkelgrenz- wert eine Schwimmwinkelregelung durch. Der Schwimmwinkel- grenzwert beträgt vorteilhafterweise ca. 10°.

Bei Erkennen eines Aufpralls wird bevorzugt der ermittelte oder erfasste Fahrspurverlauf als Soll-Bahn für das Fahrzeug abgespeichert und diese Soll-Bahn dem Regler als Eingangs- größe bereitgestellt.

Bevorzugt bestimmt der Regler einen Lenkwinkel und/oder ein Giermoment anhand eines Fahrzeugmodells.

Bevorzugt erfolgt der Lenkeingriff, insbesondere die An- Steuerung des Lenk-Aktuators , nach Maßgabe des bestimmten Lenkwinkels .

Bevorzugt erfolgen der oder die radindividuellen Bremsein- griffe, insbesondere die Ansteuerung des Brems-Aktuators, nach Maßgabe des bestimmten Giermoments .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem Lenk- winkel ein Lenkmoment bestimmt. Die Ansteuerung des Lenk- Aktuators erfolgt besonders bevorzugt nach Maßgabe des be- stimmten Lenkmoments. Vorteilhafterweise wird das Lenkmoment mittels eines Reglers, z.B. eines PID-Reglers, aus dem Lenk- winkel ermittelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden aus dem

Giermoment Bremsdrücke für die Radbremsen ermittelt. Die An- Steuerung des Brems-Aktuators erfolgt vorzugsweise nach Maß- gäbe der Bremsdrücke.

Bevorzugt wird die Regelung durch den Regler beendet, wenn eine vorgegebene Zeitdauer für die Regelung abgelaufen ist. Die vorgegebene Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise wenige Sekunden, z.B. ca. 5 sec.

Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Reg- ler beendet, wenn der Lenkwinkel betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwert absinkt. Alternativ oder zusätzlich wird die Regelung durch den Reg- ler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig unter einen vorbestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits- Schwellenwert absinkt. Besonders bevorzugt wird die Regelung durch der Regler beendet, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig für eine vorgegebene Zeitdauer unter einen vor- bestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeits-Schwellenwert fällt. Die Zeitdauer beträgt vorteilhafterweise ca. 500 msec.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die radindi- viduellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass eine vor- bestimmte Gesamtverzögerung des Fahrzeugs erzielt wird. Be- sonders bevorzugt wird die Gesamtverzögerung durch ein ande- res System oder ein andere Funktion, z.B. eine Multikollisi- onsbremsfunktion, vorgegeben oder vorbestimmt. Besonders be- vorzugt wird eine Gesamtverzögerung von maximal ca. 0,5 g, erzielt .

Bevorzugt werden die radindividuellen Bremseingriffe derart durchgeführt, dass durch eine Umverteilung der Bremsdrücke der Summendruck gleichbleibt und ein Giermoment durch sei- tenweise Unterschiede erzeugt wird. Besonders bevorzugt fin- det eine Gesamt-Druckerhöhung nur statt, wenn der Druck auf einer Seite (des Fahrzeugs) kleiner als ein vorgegebener Wert, z.B. etwa 5 bar, ist und ein größeres Giermoment vom Regler gefordert wird.

Bevorzugt steuert der Regler ein aktives Lenksystem derart an, dass Lenkmomente aufgebracht werden, die den Fahrer bei der Stabilisierung des Fahrzeugs und/oder der Führung des Fahrzeugs auf die Soll-Bahn unterstützen. Bevorzugt wird durch den Regler ein fahrerunabhängiger Auf- bau von Bremskraft an mindestens einer Radbremse derart be- wirkt, dass das Fahrzeug stabilisiert wird und/oder auf die Soll-Bahn geführt wird.

Bevorzugt ermittelt oder erfasst das Fahrspurerkennungssys- tem für zumindest eine vorgegebene Distanz vor dem Fahrzeug eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs. Besonders bevorzugt wird die Krümmung über eine Distanz von ca. 150m im Voraus ermittelt.

Bevorzugt basiert das Fahrspurerkennungssystem auf zumindest einer Kamera oder auf zumindest einem GPS (Global

Positioning System) oder auf zumindest einer Straßenkarte.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrische Servolen- kung, die insbesondere über eine Drehmomentenschnittstelle angesteuert werden kann.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine elektrisch steuerbare Druckquelle zum Aufbau von Bremsdruck für hydraulisch betätigbare Radbremsen.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug nach ei- nem Aufprall gegen eine Leitplanke stabilisiert und/oder auf einen sichereren Fahrweg geleitet wird, bis der Fahrer in der Lage ist das Fahrzeug selbst zu steuern.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschrei- bung an Hand von Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielsgemäße Vorrichtung in schematischer

Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung beispielsgemäßer Fahr- zustandsgrößen für ein beispielsgemäßes Modell zur Querregelung, und

Fig. 3 schematisch eine beispielsgemäße Reglerstruktur.

In Fig. 1 ist eine beispielsgemäße Vorrichtung in schemati- scher Darstellung bzw. ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielsgemäßen Verfahrens darge- stellt.

Beispielgemäß ist in Fig. 1 ein Fahrspurerkennungssystem 1 zu erkennen, mit welchem eine Information bezüglich des Fahrspurverlaufs, beispielsgemäß in Form der Krümmung K _act des Fahrspurverlaufs, ermittelt oder erfasst wird.

Weiterhin ist eine Aufprall-Erkennungseinheit vorgesehen, welche einen Aufprall des Fahrzeugs, z.B. gegen die seitli- che Fahrbahnbegrenzung, anhand von Signalen mindestens eines Sensors oder anhand einer Fahrzustandsgröße erkennt. Bei- spielsgemäß wird ein Aufprall erkannt, wenn der Querbe- schleunigungssensor (a _y ) oder Längsbeschleunigungssensor (a _x ) einen gewissen Grenzwert überschreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z.B. 2g), und die

Fahrzeuggeschwindigkeit V _veh über einem geeigneten Grenzwert liegt (z.B. 30km/h) .

Weiter ist eine Soll-Bahn-Bestimmungseinheit vorhanden, die eine Soll-Bahn für das Fahrzeug bestimmt, z.B. in Form einer Krümmung oder eines Krümmungsverlaufs K _{re f} . Die Soll-Bahn wird beispielsgemäß anhand des vor oder zu dem Zeitpunkt T _crash des Aufpralls ermittelten oder erfassten Fahrspurver- laufs bestimmt.

Nach dem Aufprall kann das Fahrspurerkennungssystem 1 be- schädigt oder funktionsunfähig sein, so dass die Regelung des Reglers 2 auf der zum Zeitpunkt des Aufpralls bestimmten und bei Aufprall abgespeicherten Krümmung basiert.

Regler 2 ist beispielsgemäß als ein Zustandsregler, z.B. ein LQR (linear-quadratischer Regler) ausgeführt. Der Regler be- wirkt durch einen Lenkeingriff und/oder durch radindividuel- le Bremseingriffe eine Führung des Fahrzeugs auf die Soll- Bahn und/oder eine Stabilisierung des Fahrzeugs. Regler 2 basiert auf einem Fahrzeugmodell.

Beispielsgemäß besitzt das Fahrzeug 6 einen elektrisch ansteuerbaren Lenk-Aktuator zur Ansteuerung einer Lenkung und einen elektrisch ansteuerbaren Brems-Aktuator zur An- Steuerung einer oder mehrerer Radbremsen.

Beispielsgemäß ist eine Vergleichseinheit 3 vorgesehen. Die- ser wird von dem Fahrspurerkennungssystem 1 die aktuelle Krümmung K _act zugeführt. Nach dem Aufprall werden keine wei- teren Daten übermittelt. Die Soll-Bahn ergibt sich dann aus der gespeicherten Krümmung. Weiterhin werden der Vergleichs- einheit 3 beispielsgemäß Ist-Werte der Fahrzustandsgrößen Schwimmwinkel ß, Fahrzeug-Geschwindigkeit V _veh (oder kurz V oder v ) , Lenkwinkel δ, Gierrate und Querbeschleunigung a _;

zugeführt. Anhand der Informationen bestimmt die Vergleichs- einheit 3 eine Abweichung des Gierwinkels und eine Quer- abweichung Ay zwischen Ist- und Soll-Bahn bzw. Ist- und Soll-Wert. Die Abweichung des Gierwinkels und die Querab-

weichung Ay werden zusammen mit der Soll-Bahn (Krümmung K _ref ) dem Regler 2 zugeführt.

Regler 2 basiert auf einem Einspurmodell des Fahrzeugs, in welchem das Giermoment M _z , welches durch unterschiedliche, durch die Radbremsen angelegte, Bremsmomente entsteht, be- rücksichtigt wird. Weiterhin wird im Modell die vorgegebene Krümmung K _ref (Soll-Bahn) als Störung (Z) berücksichtigt. Das Modell wird durch folgende Zustandsgleichungen beschrieben:

was X = Α·Χ + B-U + W-Z entspricht. Die Aufgabe des Reglers 2 ist es, das Fahrzeug zu stabili- sieren, hierzu werden die Zustandsgrößen (X) durch Lenk- und/oder Bremseingriffe gegen Null geführt, d.h. Schwimmwin- kel ß -> 0, Abweichung des Gierwinkels und Querabwei-

chung Ay -> 0.

Regler 2 bestimmt anhand des Fahrzeugmodells beispielsgemäß einen Lenkwinkel und ein Giermoment M _z (Stellgrößen U) .

Beispielsgemäß ist ein Lenkregler 4 vorgesehen, welcher aus dem Lenkwinkel ein Lenkmoment bestimmt. Lenkregler 4

ist beispielsgemäß als ein PID-Regler (proportional- integral-derivative Controller) ausgeführt.

Weiterhin ist beispielsgemäß ein Bremsregler 5 vorhanden, der aus dem Giermoment M _z Bremsdrücke für die Radbremsen

ermittelt, so dass durch die entsprechende Bremsansteuerung das Giermoment M _z erzeugt werden soll.

Nach Maßgabe von Lenkmoment und Bremsdrücke werden

die Lenkung und die Radbremsen im Fahrzeug 6 angesteuert.

Fig. 2 erläutert anhand einer schematischen Darstellung Fahrzustandsgrößen für das verwendete Einspurmodell zur Querregelung . Dabei sind auf der linken Seite am Hinterrad die Querkraft hinten F _ry , sowie die Geschwindigkeit hinten v _r und der

Schräglaufwinkel hinten α _r dargestellt und auf der rechten Seite am Vorderrad die Querkraft vorne F _fy , sowie die Ge- schwindigkeit vorne V _r der Schräglaufwinkel vorne und der Lenkwinkel öf . Um den Schwerpunkt CG, welcher eine Distanz l _f von der Vorderachse und eine Distanz l _r von der Hinterachse entfernt ist, sind der Schwimmwinkel ß sowie die Gierrate ψ und die Gierbeschleunigung ^aufgetragen.

Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren, durch wel- ches ein Fahrzeug nach einem seitlichen Crash, z.B. gegen eine Leitplanke, stabilisiert wird, bis der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug zu steuern. Das bedeutet, dass das Fahrzeug in einem instabilen Fahrzustand sein kann, wenn der automatische Stabilisierungs-Regler (2, 4, 5) eingreift.

Eine Crasherkennung findet bevorzugt statt, indem der Quer- oder Längsbeschleunigungssensor einen gewissen Wert über- schreitet, der bei einem realen Fahrmanöver nicht auftritt (z.B. 2g) und die Mindestfahrgeschwindigkeit über einem ge- eigneten Wert liegt (z.B. 30km/h) .

Bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:

Erstens eine Traj ektorien-Planung, bei der vor Zeitpunkt des Crashes die Krümmung über eine Distanz (ca. 100m) im Vo- raus ermittelt wird (z.B. durch Kamera oder GPS und Straßen- karte) .

Zum Zeitpunkt des Crashes wird diese Krümmung gespeichert und anschließend abgefahren bzw. ausgeregelt, bis das Fahr- zeug stabil ist (z.B. der Schwimmwinkel klein ist) .

Der Gierwinkel wird aus der Integration der Gierrate berech- net .

Zweitens einen umschaltbaren Zustandsregler 2 :

Ein großer Schwimmwinkel ß erzeugt eine andere Bewertung der Zustandsgrößen des Zustandsreglers . Bei großen Schwimmwin- keln ß wird die Fahrstabilisierung priorisiert, insbesonde- re, wenn der Schwimmwinkel einen Grenzwert überschreitet.

Dies hat den Vorteil, dass bei besonders instabilen Fahrzu- ständen vorrangig eine Stabilisierung herbeigeführt wird, während bei relativ stabilen Fahrzuständen mit einem

Schwimmwinkel ß unterhalb eines Grenzwerts die Führung des Fahrzeugs innerhalb der Fahrbahngrenzen priorisiert werden kann .

Bei einem großen Schwimmwinkel wird vorteilhaft eine

Schwimmwinkelregelung eingesetzt .

Drittens eine Regelung:

Nach einem Crash wird das Fahrzeug nur für die Zeit stabili- siert, solange der Fahrer die Situation nicht überschaut bzw. zu verwirrt ist, um das Fahrzeug geeignet zu steuern (Ca. 5sec oder bis Lenkwinkel und Lenkwinkelgeschwindigkeit klein sind) .

Eingriff mit radindividuellem Bremseneingriff und

Lenkmomenteneingriff, aufgeteilt wird mit Hilfe von Control Allocation zur Aktorpotentialbestimmung. Wenn der Fahrer das Lenkmoment nicht zulässt, wird es über die Bremse gestellt.

Viertens erfolgt bevorzugt eine Überlagerung mit einer an sich bekannten Multikollisionsbremse (MKB) :

Die MKB funktioniert mit globalem Bremsdruck, so dass für dieses System der Druck bevorzugt seitenweise variiert wer- den kann, ohne die von MKB geforderte Verzögerung wesentlich zu ändern. MKB verzögert mit maximal 0.5g, so dass bei Hoch- reibwert für dieses System genügend Potential zu Stabilisie- rung mit Lenkung und Bremse bleibt.

Eine beispielsgemäße Umschaltbarkeit des Zustandsreglers wird in Fig. 3 dargestellt. Der Regler 2 basiert auf den oben bereits genannten Zustandsgieichungen in der Form

X = A-X + B-U + W-Z.

Die Zustandsgrößen X werden bei dem LQ-Regler über eine Rückkopplungsmatrix K (bzw. Kl) als Eingangsgrößen rückge- koppelt (U=-K-X) . Beispielsgemäß sind zwei

Rückkopplungsmatritzen K und Kl vorgesehen, wobei für die Regelung in Abhängigkeit von der Größe des Schwimmwinkels ß die Rückkopplungsmatrix K oder die Rückkopplungsmatrix Kl verwendet wird. Die Rückkopplungsmatrix K ist abhängig von einer Gewich- tungsmatrix Q für die Zustandsgrößen X und einer Gewich- tungsmatrix R für die Stellgrößen U, d.h. K(Q,R) . Entspre- chend ist die Rückkopplungsmatrix Kl abhängig von einer Ge- wichtungsmatrix Ql für die Zustandsgrößen X und einer Ge- wichtungsmatrix Rl für die Stellgrößen, d.h. K1(Q1,R1) .

Entsprechend nimmt der Regler 2 in Abhängigkeit von dem Wert des Schwimmwinkels ß eine unterschiedliche Gewichtung der Zustandsgrößen bei der Regelung vor, entweder mittels Rück- kopplungsmatrix K oder Rückkopplungsmatrix Kl .

Vorteilhafterweise wird der Schwimmwinkel ß entsprechend den folgenden Überlegungen bestimmt. Ausgehend von der Formel

ergibt sich durch Division

Wobei v _x und v _y die Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit in x- bzw. y-Richtung in Fahrzeugkoordinaten sind und die

Ableitung des Schwimmwinkels sich als darstellen lässt ,

so dass folgt:

Durch Integration wird der Schwimmwinkel ß bestimmt.