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WO2003098098A1 - Method and device for determining the curvature of a vehicle lane - Google Patents

Method and device for determining the curvature of a vehicle lane Download PDF

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Publication number
WO2003098098A1
WO2003098098A1 PCT/EP2003/004888 EP0304888W WO03098098A1 WO 2003098098 A1 WO2003098098 A1 WO 2003098098A1 EP 0304888 W EP0304888 W EP 0304888W WO 03098098 A1 WO03098098 A1 WO 03098098A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
yaw rate
curvature
vehicle
speed
model
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/004888
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gabriel Schwab
Original Assignee
Volkswagen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Ag filed Critical Volkswagen Ag
Priority to EP03727462A priority Critical patent/EP1506365A1/en
Publication of WO2003098098A1 publication Critical patent/WO2003098098A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001Details of the control system
    • B60W2050/0019Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0028Mathematical models, e.g. for simulation
    • B60W2050/0031Mathematical model of the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10Longitudinal speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/14Yaw
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/20Road profile, i.e. the change in elevation or curvature of a plurality of continuous road segments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/30Road curve radius

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the curvature of a lane of a vehicle.
  • Information about the curvature of the lane that a vehicle is traveling on can be used in particular to assist the driver when cornering.
  • the curvature values can be used to control a cornering light function.
  • the direction of light emission from the headlamp is at least partially pivoted in the direction of the curve being driven.
  • the cornering light function is particularly important in the case of adaptive motor vehicle headlight systems, since the illumination by the low beam of a conventional headlight in the curve is insufficient in many situations.
  • driver assistance systems in which various systems for environment detection of a motor vehicle are used.
  • automatic distance control e.g. automatically maintains a sufficient safety distance from the vehicle in front.
  • this system it is important to know whether the vehicle is cornering or not.
  • the current curvature value for the driving lane is determined with the help of driving dynamics sensors.
  • the models that are used to calculate the lane curvature have the disadvantage that they only insufficiently estimate the curvature of the lane in front of the vehicle.
  • Such video sensor data is obtained from images that are recorded by video cameras and that show the driving optically record the tool environment. The images obtained are evaluated using digital image processing so that the course of the road ahead of the vehicle can be determined. Disadvantages of the video sensor systems, however, are the very high hardware costs and the still insufficient image processing for determining the road.
  • the current location of the vehicle e.g. determined with a GPS (Global Positionings System) receiver.
  • the location determined in this way is compared with the data on a digital map and the position of the vehicle is determined in this way.
  • the data from the digital map can then be used to determine the exact course of the road on the road traveled by the vehicle.
  • a disadvantage of the curvature determination using navigation data is that it is too imprecise. This is due on the one hand to the error in determining the current position using the GPS receiver and on the other hand to inaccuracies in digital maps. Furthermore, short-term changes in the course of the road cannot be taken into account. In addition, the hardware costs of such a system are relatively high.
  • this object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 12, with advantageous developments and further developments resulting from the subclaims.
  • the curvature of the vehicle's lane is calculated on the basis of vehicle dynamic data.
  • the movement of a vehicle can be described by different approximation models. It was examined which of these models and under which conditions is particularly suitable for determining the curvature of a lane.
  • the curvature of the lane can be calculated with a known vehicle speed and a known steering wheel angle, taking into account characteristic stiffness values for the vehicle.
  • the tire stiffness and the deformation of the steering are taken into account.
  • the driving dynamics can also be determined in the so-called yaw rate model from the change in time of the so-called yaw angle and the center of gravity speed of the vehicle.
  • the yaw angle describes the rotation of the vehicle around a vertical axis.
  • the curvature of the lane can be calculated directly from the steering wheel angle, with corrections due to the deformability of vehicle components being incorporated in this model, not as in the single-track model.
  • the curvature can be calculated from the direct measurement of the lateral acceleration and the center of gravity speed of the vehicle. It has now been found that the curvature of the lane can be calculated particularly well as a function of the current speed and yaw rate of the vehicle, ie the change in the yaw angle over time, using either the single-track model or the so-called yaw rate model.
  • the curvature is determined by means of the vehicle speed and the measured steering wheel angle, in the case of the yaw rate model by means of the measured yaw rate and the vehicle speed.
  • the vehicle speed, the yaw rate and the steering wheel angle are measured. From this, depending on the speed and the measured yaw rate, the curvature of the lane is calculated either using a single-track model or using the yaw rate model.
  • the curvature of the lane is calculated using the single-track model, otherwise using the yaw rate model.
  • the limit speed is advantageously between 20 km / h and 40 km / h, preferably between 25 km / h and 35 km / h and particularly preferably 30 km / h.
  • the limit yaw rate is advantageously between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s and particularly preferably 2 degrees / s.
  • the single-track model delivers particularly precise curvature values at speeds below these limit speeds and at low yaw rates below the specified limit yaw rates. If the limit speed or the limit yaw rate is exceeded, the yaw rate model delivers more precise curvature values, so that it is used according to the invention for calculating the curvature.
  • variables that are characteristic of the rigidity of the vehicle are preferably taken into account.
  • the curvature can preferably be calculated using the following formula:
  • v SP is the center of gravity speed of the vehicle
  • ⁇ i is the steering wheel angle
  • / is the center distance
  • l v or l is the distance between the center of gravity and the front or rear axle
  • m is the mass of the vehicle
  • c ⁇ V or c aH is the stiffness of the front or rear tires
  • c'av is the stiffness the front axle is.
  • the curvature can preferably be calculated using the vehicle speed and the measured yaw rate using the following formula:
  • K is the curvature
  • d ⁇ / dt the measured yaw rate
  • ⁇ _ ⁇ the center of gravity of the vehicle.
  • the vehicle speed is preferably the center of gravity speed of the vehicle. It is determined on the basis of the measured wheel speeds of the vehicle and the yaw rate.
  • the curvature of a lane of a vehicle which is traveling on a roadway of known curvature is determined by means of the single-track model and / or the yaw rate model, and a speed-dependent correction factor is calculated from the determined curvature and the known roadway curvature and the calculated curvature is corrected in Dependence on the speed by the correction factor.
  • the correction factor results from the quotient of the calculated curvature and known curvature. It has been found that the correction factor is in a range between 0.98 and 1.20.
  • the device according to the invention for determining the curvature of a lane of a vehicle comprises a vehicle speed sensor, a yaw rate sensor and a steering wheel angle sensor.
  • the device is characterized by a decision unit, which is coupled to the vehicle speed sensor and the yaw rate sensor and receives the vehicle speed and the measured yaw rate as input signals, and by which, depending on the speed and the measured yaw rate, either a single-track model or a yaw rate model can be selected. Furthermore, the device is characterized by a calculation device by means of which the curvature of the lane can be calculated on the basis of the selected model, the curvature being determined on the basis of the vehicle speed and the measured steering angle in the single-track model and on the basis of the measured yaw rate and the vehicle speed in the yaw rate model is calculated.
  • a limit speed and a limit yaw rate are preferably stored in the decision unit, the decision unit selecting the single-track model when the speed is below the limit speed and the yaw rate below the limit yaw rate, and otherwise selecting the yaw rate model as the calculation model.
  • the calculation device When selecting the single-track model, the calculation device preferably calculates the curvature using the following formula:
  • v SP is the center of gravity speed of the vehicle
  • ⁇ / . is the steering wheel angle
  • k is the steering ratio
  • the device further comprises a memory unit in which correction factors are stored, the correction factors resulting from known and calculated curvatures as a function of vehicle speeds.
  • the storage unit is coupled to the calculation device, so that curvatures calculated by the calculation device can be corrected by the correction factors stored in the storage unit.
  • curvatures of the lane of a vehicle determined with the method and the device according to the invention can be used particularly well when controlling the cornering light function of an adaptive headlight system.
  • the specific curvature can also be used in other driver assistance systems, e.g. an automatic distance control.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of the device according to the invention for determining the curvature of a lane of a vehicle
  • FIG. 2 shows the results of measurements for different curvature models for driving at different speeds
  • FIG. 3 shows the values for a measurement run calculated according to the single-track model, the actual curve radii as well as the amount error of the single track model and
  • FIG. 4 shows the values calculated for the curve radii for the same measurement run as that on which FIG. 3 is based, according to the yaw rate model, and the amount of error for the yaw rate model.
  • the device for determining the curvature of a lane of a vehicle comprises a yaw rate sensor 1, a vehicle speed sensor 2 and a steering wheel angle sensor 14. These sensors 1, 2 and 14 determine the vehicle speed, the yaw rate and the steering wheel angle while driving.
  • sensors can be used, for example, which deliver the data for an electronic stability program (ESP) for driving dynamics control.
  • ESP electronic stability program
  • the electronic stability program comprises a total of four as vehicle dynamics sensors Wheel speed sensors, a steering wheel angle sensor, a yaw rate sensor and a lateral acceleration sensor.
  • the data from these arrangements are made about "a bus available and can also be used in this way for the calculation of the lane curvature.
  • vehicle speed is understood to mean the speed v S p of the vehicle's center of gravity. It is not measured directly, but determined from the signals of the individual wheel speeds. Since the trajectory of the vehicle's center of gravity is a superposition of a purely translational movement with the speed
  • the yaw rate vector d ⁇ / dt has only one component in the vertical direction.
  • the distances ⁇ are the distances from the respective wheel contact point to the center of gravity of the vehicle.
  • the wheel speeds of the front axle still have to be corrected by the steering angle. Since the wheel speed sensors can only measure the proportion of the speed in the wheel plane, an error results for the axis direction of the wheel, which is, however, advantageously corrected if the float angle is known.
  • the speed sensor 2 In addition to the measured values of the wheel speeds and the yaw rate, the speed sensor 2 also detects whether the brake pedal is actuated. A distinction is then made between two cases when calculating the center of gravity:
  • VSP max (V S PI, v S p 2 , v SP3 , v S P4)
  • Unit 5 transmits the vehicle speed to units 6, 11 and 14 as an output variable.
  • the yaw rate determined by the yaw rate sensor 1 is also transmitted to the unit 3, in which the absolute amount of the yaw rate is formed. This absolute amount is finally transferred to unit 4.
  • the measured yaw rate is compared with a limit yaw rate stored in unit 4. If the measured yaw rate exceeds the stored limit yaw rate, unit 4 transmits a corresponding signal to unit 7. Furthermore, the measured yaw rate is transmitted to units 9 and 11, as will be explained later.
  • the limit yaw rate is in a range between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably in a range between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s and in a particularly preferred range
  • the exemplary embodiment is the limit yaw rate 2 degrees / s.
  • the vehicle speed calculated in unit 5 is compared with a limit speed and it is determined whether this limit speed is exceeded. If the limit speed is exceeded, the unit 6 transmits a corresponding signal to the unit 7.
  • the limit speed is in a range between 20 km / h and 40 km / h, preferably in a range between 25 km / h and 35 km / h and in a particularly preferred embodiment is 30 km / h.
  • either the single-track model or the yaw rate model is selected as the calculation model for the curvature. If the measured or determined vehicle speed is below the limit speed and the measured yaw rate is below the limit yaw rate, the single-track model is selected, otherwise the yaw rate model. This selection is transmitted to the calculation device 8.
  • the curvature of the is calculated based on the selected calculation model, ie either by means of the single-track model or the yaw rate model Lane calculated. If the calculation is based on the single-track model, the curvature in the computing unit 9 is calculated using the following formula:
  • aV Caiil is 1st and m [c aH l H -c , aV l V i
  • v SP is the center of gravity speed of the vehicle
  • ⁇ i. is the steering wheel angle
  • i L is the steering ratio
  • l v or ⁇ H is the distance between the center of gravity and the front or rear axle
  • m is the mass of the vehicle
  • c aV or c aH is the stiffness of the front or rear tires
  • c ' aV is the Stiffness of the front axle is.
  • the computing unit 9 receives the vehicle speed from the unit 5 and the steering wheel angle from the sensor 14.
  • the stiffness data for the respective vehicle are stored in a storage unit.
  • the correction factors depend on the speed. They are each for the track model and the yaw rate model stored in the storage unit 14. They were determined as follows:
  • the value ranges of the measured driving dynamics signals i.e. in particular the yaw rate and the wheel speeds, and the most frequently occurring values are determined. These values are used to calculate the curvature and are related to the actual curvature.
  • the quotient of the calculated curvature and the curvature taken from the road maps forms the correction factor. It has been found that the correction factor is in a range between 0.98 and 1.20. For curvature and speed ranges in which no measurement data are available, the correction factor is chosen to be one.
  • the correction factors and the selection of the model are transmitted from the storage unit 14 and the unit 7 to the correction factor calculation unit 16 via the unit 15.
  • the calculated curvature is transmitted from the calculation device 8 to the multiplication unit 12, and the corresponding correction factor from the correction factor calculation unit 16. These two values are multiplied together in the multiplication unit 12 and output to the unit 13.
  • the vehicle-specific parameters required for the single-track model were measured.
  • the circular path was traversed at speeds between 10 km / h and 110 km / h.
  • the results the curvature or radius calculations for the different curvature models are shown in FIG. 2.
  • the mean values for the radius and the ranges of the standard deviation are shown.
  • the area delimited by the standard deviation is indicated by the narrow bars.
  • the Ackermann model only delivered accurate curvature values for the slowest speed at 13 km / h.
  • the calculated curvatures became very imprecise for higher speeds.
  • the wheel speed difference model of the rear axle calculates the radius at low speed relatively accurately, although the standard deviation is very large. At higher speeds, the radius is calculated far too small, especially with large curve radii.
  • the wheel speed difference model of the front axle delivers similar results.
  • the single-track model and the yaw rate model are particularly well suited for the curvature calculation, the single-track model being preferred at lower speeds and lower yaw rates, and the yaw rate at higher speeds and higher yaw rates.
  • further measurements were carried out on a test section in which radii in the range from 400 to 500 m occurred. The results of these measurements and calculations are shown in FIG. 3 for the single-track model and in FIG. 4 for the yaw rate model.
  • Curves 1 show the reference values for the radii on the test route, curve 2 of FIG.
  • curve 3 shows the calculated radii on the basis of the Single track model
  • curve 2 of FIG. 4 shows the calculated radii on the basis of the yaw rate model
  • curves 3 each show the amount error of the single track model or the yaw rate model, represented as the difference between the actual curvature and the calculated curvature.
  • the single track model and the yaw rate model provide the most accurate curvature values. If one also takes into account the bank's banked slopes, the yaw rate model is the only one of the models examined that is insensitive to banked slopes. The yaw rate model has greater accuracy at higher yaw rates. For low speeds below a certain limit speed, the single-track model is therefore selected to calculate the curvature if the yaw rate is below a limit yaw rate. For yaw rates above the limit yaw rate and for speeds above the limit speed, the yaw rate model is used to calculate the curvature.
  • the limit speed is advantageously in a range between 20 km / h and 40 km / h, preferably in a range between 25 km / h and 35 km / h and particularly preferably 30 km / h.
  • the limit yaw rate is advantageously in a range between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably in a range between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s, and is particularly preferably 2 degrees / s.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method and device for determining the curvature of a vehicle lane. The inventive method involves the determination of the vehicle speed, the yaw rate and the steering angle. The method is characterized in that, according to the measured vehicle speed and the measured yaw rate, the curvature of the lane is calculated by using a single-lane model based on the vehicle speed and the measured steering-wheel angle or by using a yaw rate model based on the measured yaw rate and the vehicle speed. The inventive device comprises a vehicle speed sensor (2), a yaw rate sensor (1) and a steering angle sensor (14). Said device is characterized by having a decision unit (7), which is coupled to both the vehicle speed sensor (2) and the yaw rate sensor (1) and which receives, as input signals, the vehicle speed (vSP) and measured yaw rate (dψ/dt), and these input signals enable a single-lane model or a yaw rate model to be selected as a calculation model on the basis of the speed (vSP) and the measured yaw rate (dψ/dt). The inventive device is also characterized by having a calculating device (8, 9, 11) with which the curvature of the lane can be calculated by using the selected model. When using the single-lane model, the curvature is determined based on the vehicle speed and the measured steering angle. When using the yaw rate model, the curvature is calculated based on the measured yaw rate and the vehicle speed.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Method and device for determining the curvature of a lane
Fahrzeugsvehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs.The present invention relates to a method and a device for determining the curvature of a lane of a vehicle.
Informationen über die Krümmung der Fahrspur, welche von einem Fahrzeug befahren wird, können insbesondere dazu verwendet werden, den Fahrer bei der Kurvenfahrt zu unterstützen. Beispielsweise können die Krümmungswerte bei sog. adaptiven Kraftfahrzeugscheinwerfersystemen dazu verwendet werden, eine Kurvenlichtfunktion zu steuern. Die Lichtemissionsrichtung des Scheinwerfers wird zumindest teilweise in Richtung der gefahrenen Kurve geschwenkt. Die Kurvenlichtfunktion ist bei adaptiven Kraftfahrzeugscheinwerfersystemen besonders wichtig, da die Ausleuchtung durch das Abblendlicht eines herkömmlichen Scheinwerfers in der Kurve in vielen Situationen unzureichend ist. Insbesondere bei einer Linkskurve (bei den folgenden Ausführungen wird Rechtsverkehr unterstellt; bei Linksverkehr sind die Seitenangaben entsprechend umzudrehen) wird einerseits die eigene Fahrspur schlecht ausgeleuchtet und andererseits blendet der Gegenverkehr stärker als in der Rechtskurve. Für die Kurvenlichtfunktion ist es daher wichtig zu wissen, wie der Straßenverlauf ist, um eine möglichst gute Ausleuchtung des Straßenverlaufs zu erreichen, wobei gleichzeitig die Blendung anderer Verkehrsteilnehmer ver- mieden werden soll.Information about the curvature of the lane that a vehicle is traveling on can be used in particular to assist the driver when cornering. For example, in so-called adaptive motor vehicle headlight systems, the curvature values can be used to control a cornering light function. The direction of light emission from the headlamp is at least partially pivoted in the direction of the curve being driven. The cornering light function is particularly important in the case of adaptive motor vehicle headlight systems, since the illumination by the low beam of a conventional headlight in the curve is insufficient in many situations. Especially in the case of a left-hand bend (right-hand traffic is assumed in the following explanations; in the case of left-hand traffic, the page information should be reversed accordingly), on the one hand, the vehicle's own lane is poorly illuminated and, on the other hand, oncoming traffic is dazzling more than in the right-hand bend. It is therefore important for the cornering light function to know what the course of the road is in order to achieve the best possible illumination of the course of the road, while at the same time avoiding dazzling other road users.
Außerdem sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, bei denen verschiedene Systeme zur Umfelderkennung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Bei der automatischen Distanzregelung wird z.B. automatisch die Einhaltung eines ausreichenden Sicherheitsab- Stands zum vorausfahrenden Fahrzeug geregelt. Bei diesem System ist es wichtig zu wissen, ob das Fahrzeug gerade eine Kurve durchfährt oder nicht. Bei der bekannten automatischen Distanzregelung wird der aktuelle Krümmungswert für die befahrende Fahrspur mit Hilfe von Fahrdynamiksensoren ermittelt. Die Modelle, welche bei der Berechnung der Fahrspurkrümmung zu Grunde gelegt werden, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nur unzureichend die Krümmung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug abschätzen.In addition, driver assistance systems are known, in which various systems for environment detection of a motor vehicle are used. With automatic distance control, e.g. automatically maintains a sufficient safety distance from the vehicle in front. With this system, it is important to know whether the vehicle is cornering or not. In the known automatic distance control, the current curvature value for the driving lane is determined with the help of driving dynamics sensors. However, the models that are used to calculate the lane curvature have the disadvantage that they only insufficiently estimate the curvature of the lane in front of the vehicle.
Dieser Nachteil kann durch Berechnungsverfahren behoben werden, die auf Navigationsdaten oder Videosensorikdaten zurückgreifen. Solche Videosensorikdaten werden aus Bildern gewonnen, die von Videokameras aufgenommen werden und die das Fahr- zeugumfeld optisch erfassen. Mittels digitaler Bildverarbeitung werden die gewonnenen Bilder ausgewertet, so dass der Fahrbahnverlauf vor dem Fahrzeug ermittelt werden kann. Nachteilhaft an den Videosensoriksystemen sind jedoch die sehr hohen Hardwarekosten und die noch unzureichende Bildverarbeitung zur Ermittlung der Fahrbahn.This disadvantage can be remedied by calculation methods that use navigation data or video sensor data. Such video sensor data is obtained from images that are recorded by video cameras and that show the driving optically record the tool environment. The images obtained are evaluated using digital image processing so that the course of the road ahead of the vehicle can be determined. Disadvantages of the video sensor systems, however, are the very high hardware costs and the still insufficient image processing for determining the road.
Bei Navigationssystemen wird der aktuelle Standort des Fahrzeugs, z.B. mit einem GPS(Global Positionings System)-Empfänger bestimmt. Der so bestimmte Standort wird mit den Daten einer digitalen Landkarte verglichen und so die Position des Fahrzeugs ermittelt. Aus den Daten der digitalen Landkarte lässt sich dann der genaue Straßenverlauf der von dem Fahrzeug gefahrenen Fahrbahn bestimmen. Nachteilhaft an der Krüm- mungsbestimmung mittels Navigationsdaten ist, dass sie zu ungenau ist. Dies liegt einerseits an dem Fehler bei der Bestimmung der aktuellen Position mittels des GPS- Empfängers und andererseits an Ungenauigkeiten in digitalen Landkarten. Des weiteren können kurzfristige Veränderungen des Fahrbahnverlaufs nicht berücksichtigt werden. Außerdem sind die Hardwarekosten eines solchen Systems relativ hoch.With navigation systems, the current location of the vehicle, e.g. determined with a GPS (Global Positionings System) receiver. The location determined in this way is compared with the data on a digital map and the position of the vehicle is determined in this way. The data from the digital map can then be used to determine the exact course of the road on the road traveled by the vehicle. A disadvantage of the curvature determination using navigation data is that it is too imprecise. This is due on the one hand to the error in determining the current position using the GPS receiver and on the other hand to inaccuracies in digital maps. Furthermore, short-term changes in the course of the road cannot be taken into account. In addition, the hardware costs of such a system are relatively high.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs bereitzustellen, mit denen eine möglichst genaue Bestimmung der Krümmung der Fahrspur erfolgt, wobei das Verfahren und das System gleichzeitig kostengünstig realisierbar sein soll.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a device for determining the curvature of a lane of a vehicle, with which the curvature of the lane is determined as accurately as possible, the method and the system should at the same time be able to be implemented cost-effectively.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst, wobei sich vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen aus den Unteransprüchen ergeben.According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 12, with advantageous developments and further developments resulting from the subclaims.
Erfindungsgemäß wird die Krümmung der Fahrspur des Fahrzeugs anhand von fahrdynamischen Daten des Fahrzeugs berechnet. Die Bewegung eines Fahrzeugs kann durch verschiedene Näherungsmodelle beschrieben werden. Es wurde untersucht, welche dieser Modelle unter welchen Voraussetzungen besonders geeignet für die Bestimmung der Krümmung einer Fahrspur ist.According to the invention, the curvature of the vehicle's lane is calculated on the basis of vehicle dynamic data. The movement of a vehicle can be described by different approximation models. It was examined which of these models and under which conditions is particularly suitable for determining the curvature of a lane.
Das sog. Einspurmodell ist bei M. Mitschke: Dynamik der Kraftfahrzeuge - Fahrverhalten; 2. Auflage, Band C, Springer Verlag, Berlin, 1990 beschrieben. Bei diesem Modell werden zur Vereinfachung zwei Annahmen getroffen: 1. Der Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt auf Fahrbahnhöhe. Hieraus folgt, dass die im Schwerpunkt angreifende Zentrifugalkraft keine Auswirkungen auf die Radlasten hat. Die zusätzliche Belastung der kurvenäußeren und die Entlastung der kurveninneren Räder werden vernachlässigt. Eine Drehbewegung um die Querachse des Fahrzeugs, das sog. Nicken, und eine Drehbewegung um die Längsachse des Fahr- zeugs, das sog. Wanken, werden vernachlässigt.The so-called single-track model at M. Mitschke is: dynamics of motor vehicles - driving behavior; 2nd edition, volume C, Springer Verlag, Berlin, 1990. To simplify this model, two assumptions are made: 1. The vehicle's center of gravity is at road level. From this it follows that the centrifugal force acting in the center of gravity has no effect on the wheel loads. The additional load on the outside of the curve and the relief on the inside of the curve are neglected. A rotational movement about the transverse axis of the vehicle, the so-called pitching, and a rotational movement about the longitudinal axis of the vehicle, the so-called rolling, are neglected.
2. Es liegt ein lineares System vor. Dies bedeutet, dass z.B. zwischen aufzubringender Seitenkraft und dem Schräglaufwinkel ein linearer Zusammenhang besteht. Diese Linearisierung ist insbesondere bei Querbeschleunigungen von unter 4 m/s2 zulässig. Für Vorder- und Hinterachse gelten unterschiedliche Werte bezüglich der Reifenstei- figkeit (Schräglaufbeiwert). Die Verformung der Lenkung wird ebenfalls linear angenommen. Ihre Steifigkeit wird mit der vorderen Reifensteif ig keit zur gesamten Steifig- keit der Vorderachse zusammengefasst.2. There is a linear system. This means that there is a linear relationship, for example, between the lateral force to be applied and the slip angle. This linearization is particularly permissible for lateral accelerations of less than 4 m / s 2 . Different values apply to the tire stiffness (slip coefficient) for the front and rear axles. The deformation of the steering is also assumed to be linear. Their rigidity is combined with the front tire rigidity to the total rigidity of the front axle.
Bei dem Einspurmodell kann die Krümmung der Fahrspur bei bekannter Fahrzeuggeschwindigkeit und bekanntem Lenkradwinkel berechnet werden, wobei für das Fahrzeug charakteristische Steifigkeitswerte berücksichtigt werden. Es werden insbesondere die Reifensteifigkeiten sowie die Verformung der Lenkung berücksichtigt.With the single-track model, the curvature of the lane can be calculated with a known vehicle speed and a known steering wheel angle, taking into account characteristic stiffness values for the vehicle. In particular, the tire stiffness and the deformation of the steering are taken into account.
Bei sehr langsamer Fahrt kann die Dynamik des Fahrzeugs durch das sog. Ackermann- Modell beschrieben werden. Dabei wird näherungsweise angenommen, dass keine Seitenkräfte und damit auch kein Schräglaufwinkel an den Rädern auftritt. Die Räder rollen in diesem Fall ohne seitlichen Schlupf.When driving very slowly, the dynamics of the vehicle can be described by the so-called Ackermann model. It is approximately assumed that there are no lateral forces and therefore no slip angle on the wheels. In this case, the wheels roll without lateral slippage.
Schließlich kann die Fahrdynamik auch im sog. Gierratenmodell aus der zeitlichen Änderung des sog. Gierwinkels und der Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Der Gierwinkel beschreibt die Drehung des Fahrzeugs um eine Vertikalachse.Finally, the driving dynamics can also be determined in the so-called yaw rate model from the change in time of the so-called yaw angle and the center of gravity speed of the vehicle. The yaw angle describes the rotation of the vehicle around a vertical axis.
Des weiteren kann die Krümmung der Fahrspur direkt aus dem Lenkradwinkel berechnet werden, wobei bei diesem Modell, nicht wie beim Einspurmodell, Korrekturen aufgrund der Verformbarkeit von Fahrzeugkomponenten einfließen. Schließlich kann die Krümmung aus der direkten Messung der Querbeschleunigung und der Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs errechnet werden. Es wurde nun gefunden, dass sich die Krümmung der Fahrspur besonders gut in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit und Gierrate des Fahrzeugs, d.h. der zeitlichen Änderung des Gierwinkels, anhand entweder des Einspurmodells oder des sog. Gierratenmodells berechnen lässt. Bei dem Einspurmodell wird dabei die Krümmung mittels der Fahrzeuggeschwindigkeit und des gemessen Lenkradwinkels bestimmt, bei dem Gierra- tenmodell mittels der gemessenen Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit.Furthermore, the curvature of the lane can be calculated directly from the steering wheel angle, with corrections due to the deformability of vehicle components being incorporated in this model, not as in the single-track model. Finally, the curvature can be calculated from the direct measurement of the lateral acceleration and the center of gravity speed of the vehicle. It has now been found that the curvature of the lane can be calculated particularly well as a function of the current speed and yaw rate of the vehicle, ie the change in the yaw angle over time, using either the single-track model or the so-called yaw rate model. In the case of the single-track model, the curvature is determined by means of the vehicle speed and the measured steering wheel angle, in the case of the yaw rate model by means of the measured yaw rate and the vehicle speed.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs misst man die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gierrate und den Lenkradwinkel. Daraus berechnet man in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der gemes- senen Gierrate die Krümmung der Fahrspur entweder an Hand eines Einspurmodells oder an Hand des Gierratenmodells.In the method according to the invention for determining the curvature of a lane of a vehicle, the vehicle speed, the yaw rate and the steering wheel angle are measured. From this, depending on the speed and the measured yaw rate, the curvature of the lane is calculated either using a single-track model or using the yaw rate model.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit und die gemessene Gierrate unterhalb einer Grenzgierrate liegt, die Krümmung der Fahrspur an Hand des Einspurmodells berechnet, sonst an Hand des Gierratenmodells. Die Grenzgeschwindigkeit liegt vorteilhafterweise zwischen 20 km/h und 40 km/h, bevorzugt zwischen 25 km/h und 35 km/h und besonders bevorzugt bei 30 km/h. Die Grenzgierrate liegt vorteilhafterweise zwischen 1,5 Grad/s und 2,5 Grad/s, bevorzugt zwischen 1,8 Grad/s und 2,2 Grad/s und besonders bevorzugt ist sie 2 Grad/s.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, if the vehicle speed is below a limit speed and the measured yaw rate is below a limit yaw rate, the curvature of the lane is calculated using the single-track model, otherwise using the yaw rate model. The limit speed is advantageously between 20 km / h and 40 km / h, preferably between 25 km / h and 35 km / h and particularly preferably 30 km / h. The limit yaw rate is advantageously between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s and particularly preferably 2 degrees / s.
Es hat sich herausgestellt, dass das Einspurmodell bei Geschwindigkeiten unterhalb dieser Grenzgeschwindigkeiten und bei kleinen Gierraten unterhalb der angegebenen Grenzgierraten besonders genaue Krümmungswerte liefert. Falls die Grenzgeschwindig- keit oder die Grenzgierrate überschritten wird, liefert das Gierratenmodell genauere Krümmungswerte, so dass es erfindungsgemäß zur Krümmungsberechnung herangezogen wird.It has been found that the single-track model delivers particularly precise curvature values at speeds below these limit speeds and at low yaw rates below the specified limit yaw rates. If the limit speed or the limit yaw rate is exceeded, the yaw rate model delivers more precise curvature values, so that it is used according to the invention for calculating the curvature.
Bei der Berechnung der Krümmung nach dem Einspurmodell werden vorzugsweise Grö- ßen, die für die Steifigkeit des Fahrzeugs charakteristisch sind, berücksichtigt.When calculating the curvature according to the single-track model, variables that are characteristic of the rigidity of the vehicle are preferably taken into account.
Die Krümmung kann beim Einspurmodell bevorzugt durch folgende Formel berechnet werden:
Figure imgf000007_0001
In the single-track model, the curvature can preferably be calculated using the following formula:
Figure imgf000007_0001
wobei vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, δi der Lenkradwinkel ist, die Lenkübersetzung ist,where v SP is the center of gravity speed of the vehicle, δi is the steering wheel angle, the steering ratio,
/ der Achsenabstand ist, lv bzw. l der Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse bzw. Hinterachse ist, m die Masse des Fahrzeugs ist, cαVbzw. caH die Steifigkeit der Vorderreifen bzw. der Hinterreifen ist, und c'av die Steifigkeit der Vorderachse ist./ is the center distance, l v or l is the distance between the center of gravity and the front or rear axle, m is the mass of the vehicle, c αV or c aH is the stiffness of the front or rear tires, and c'av is the stiffness the front axle is.
Beim Gierratenmodell kann die Krümmung anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Gierrate bevorzugt durch folgende Formel berechnet werden:In the yaw rate model, the curvature can preferably be calculated using the vehicle speed and the measured yaw rate using the following formula:
1 dψ κ =1 dψ κ =
' SP dt'SP dt
wobei K die Krümmung, dψ/dt die gemessene Gierrate und \_ψ die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.where K is the curvature, dψ / dt the measured yaw rate and \ _ψ the center of gravity of the vehicle.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist vorzugsweise die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Sie wird anhand gemessener Radgeschwindigkeiten des Fahrzeugs und der Gierrate bestimmt.The vehicle speed is preferably the center of gravity speed of the vehicle. It is determined on the basis of the measured wheel speeds of the vehicle and the yaw rate.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man mittels des Einspurmodells und/oder des Gierratenmodells die Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs, das eine Fahrbahn bekannter Krümmung befährt, und berechnet aus der bestimmten Krümmung und der bekannten Fahrbahnkrümmung einen geschwindigkeitsabhängigen Korrekturfaktor und korrigiert die berechnete Krümmung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit um den Korrekturfaktor. Der Korrekturfaktor ergibt sich aus dem Quotienten aus berechneter Krümmung und bekannter Krümmung. Es hat sich herausgestellt, dass der Korrekturfaktor in einem Bereich zwischen 0,98 und 1,20 liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs umfasst einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor, einen Gierraten-Sensor und einen Lenkradwinkel-Sensor. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Entscheidungseinheit, die mit dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor und dem Gierraten-Sensor gekoppelt ist und als Eingangssignale die Fahrzeuggeschwindigkeit und die gemessene Gierrate erhält, und durch welche in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der gemessenen Gierrate als Berechnungsmodell entweder ein Einspurmodell oder ein Gierratenmodell auswählbar ist. Ferner ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung, durch die anhand des ausgewählten Modells die Krümmung der Fahr- spur berechenbar ist, wobei beim Einspurmodell die Krümmung an Hand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt wird und beim Gierratenmodell an Hand der gemessenen Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.According to an advantageous development of the method according to the invention, the curvature of a lane of a vehicle which is traveling on a roadway of known curvature is determined by means of the single-track model and / or the yaw rate model, and a speed-dependent correction factor is calculated from the determined curvature and the known roadway curvature and the calculated curvature is corrected in Dependence on the speed by the correction factor. The correction factor results from the quotient of the calculated curvature and known curvature. It has been found that the correction factor is in a range between 0.98 and 1.20. The device according to the invention for determining the curvature of a lane of a vehicle comprises a vehicle speed sensor, a yaw rate sensor and a steering wheel angle sensor. The device is characterized by a decision unit, which is coupled to the vehicle speed sensor and the yaw rate sensor and receives the vehicle speed and the measured yaw rate as input signals, and by which, depending on the speed and the measured yaw rate, either a single-track model or a yaw rate model can be selected. Furthermore, the device is characterized by a calculation device by means of which the curvature of the lane can be calculated on the basis of the selected model, the curvature being determined on the basis of the vehicle speed and the measured steering angle in the single-track model and on the basis of the measured yaw rate and the vehicle speed in the yaw rate model is calculated.
Vorzugsweise ist in der Entscheidungseinheit eine Grenzgeschwindigkeit und eine Grenzgierrate gespeichert, wobei die Entscheidungseinheit das Einspurmodell auswählt, wenn die Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit und die Gierrate unterhalb der Grenzgierrate liegt, und sonst als Berechnungsmodell das Gierratenmodell auswählt.A limit speed and a limit yaw rate are preferably stored in the decision unit, the decision unit selecting the single-track model when the speed is below the limit speed and the yaw rate below the limit yaw rate, and otherwise selecting the yaw rate model as the calculation model.
Bei der Auswahl des Einspurmodells berechnet die Berechnungseinrichtung vorzugsweise die Krümmung durch folgende Formel:When selecting the single-track model, the calculation device preferably calculates the curvature using the following formula:
κ = ist undκ = is and
Figure imgf000008_0001
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wobei vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, δ/.der Lenkradwinkel ist, k die Lenkübersetzung ist,where v SP is the center of gravity speed of the vehicle, δ / . is the steering wheel angle, k is the steering ratio,
/ der Achsenabstand ist, lv bzw. l der Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse bzw. Hinterachse ist, m die Masse des Fahrzeugs ist, cαVbzw. ca die Steifigkeit der Vorderreifen bzw. der Hinterreifen ist, und c'aV die Steifigkeit der Vorderachse ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese ferner eine Speichereinheit, in der Korrekturfaktoren gespeichert sind, wobei sich die Korrekturfaktoren aus bekannten und berechneten Krümmungen in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeiten ergeben. Die Speichereinheit ist mit der Berechnungseinrichtung gekoppelt, so dass von der Berechnungseinrichtung berechnete Krümmungen durch die in der Speichereinheit gespeicherte Korrekturfaktoren korrigierbar sind./ is the center distance, l v or l is the distance between the center of gravity and the front axle or rear axle, m is the mass of the vehicle, c αV or c a is the stiffness of the front tires or the rear tires, and c ' aV is the stiffness the front axle is. According to an advantageous development of the device according to the invention, it further comprises a memory unit in which correction factors are stored, the correction factors resulting from known and calculated curvatures as a function of vehicle speeds. The storage unit is coupled to the calculation device, so that curvatures calculated by the calculation device can be corrected by the correction factors stored in the storage unit.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmten Krümmungen der Fahrspur eines Fahrzeugs lassen sich besonders gut bei der Ansteuerung der Kurvenlichtfunktion eines adaptiven Scheinwerfersystems verwenden. Außerdem kann die bestimmte Krümmung bei weiteren Fahrerassistenzsystemen, wie z.B. einer automatischen Distanzregelung, eingesetzt werden.The curvatures of the lane of a vehicle determined with the method and the device according to the invention can be used particularly well when controlling the cornering light function of an adaptive headlight system. The specific curvature can also be used in other driver assistance systems, e.g. an automatic distance control.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.The invention will now be explained using exemplary embodiments with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs, Fig. 2 zeigt die Ergebnisse von Messungen für verschiedene Krümmungsmodelle für Fahren bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Fig. 3 zeigt die nach dem Einspurmodell berechneten Werte für eine Messfahrt, als Referenz die tatsächlichen Kurvenradien sowie den betragsmäßigen Fehler des Einspurmodells und1 schematically shows an exemplary embodiment of the device according to the invention for determining the curvature of a lane of a vehicle, FIG. 2 shows the results of measurements for different curvature models for driving at different speeds, FIG. 3 shows the values for a measurement run calculated according to the single-track model, the actual curve radii as well as the amount error of the single track model and
Fig. 4 zeigt die nach dem Gierratenmodell berechneten Werte für Kurvenradien für die gleiche Messfahrt, wie sie Fig. 3 zu Grunde liegt, sowie den betragsmäßigen Fehler für das Gierratenmodell.FIG. 4 shows the values calculated for the curve radii for the same measurement run as that on which FIG. 3 is based, according to the yaw rate model, and the amount of error for the yaw rate model.
Die Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs umfasst einen Gierraten-Sensor 1, einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 2 und einen Lenkradwinkel-Sensor 14. Diese Sensoren 1 , 2 und 14 bestimmen während der Fahrt die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gierrate und den Lenkradwinkel.The device for determining the curvature of a lane of a vehicle comprises a yaw rate sensor 1, a vehicle speed sensor 2 and a steering wheel angle sensor 14. These sensors 1, 2 and 14 determine the vehicle speed, the yaw rate and the steering wheel angle while driving.
Als Gierraten-Sensor 1, Geschwindigkeits-Sensor 2 und Lenkradwinkel-Sensor 14 können beispielsweise Sensoren verwendet werden, welche die Daten für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), zur Fahrdynamikregelung liefern. Herkömmlicherweise um- fasst das elektronische Stabilitätsprogramm als Fahrdynamik-Sensoren insgesamt vier Raddrehzahl-Sensoren, einen Lenkradwinkel-Sensor, einen Gierraten-Sensor und einen Querbeschleunigungs-Sensor. Die Daten dieser Regelung werden über "eine Busverbindung zur Verfügung gestellt und können auf diese Weise auch zur Berechnung der Fahrspurkrümmung herangezogen werden.As yaw rate sensor 1, speed sensor 2 and steering wheel angle sensor 14, sensors can be used, for example, which deliver the data for an electronic stability program (ESP) for driving dynamics control. Traditionally, the electronic stability program comprises a total of four as vehicle dynamics sensors Wheel speed sensors, a steering wheel angle sensor, a yaw rate sensor and a lateral acceleration sensor. The data from these arrangements are made about "a bus available and can also be used in this way for the calculation of the lane curvature.
Unter Fahrzeuggeschwindigkeit wird hier die Geschwindigkeit vSp des Fahrzeugschwerpunkts verstanden. Sie wird nicht direkt gemessen, sondern aus den Signalen der einzelnen Radgeschwindigkeiten bestimmt. Da sich die Bahnkurve des Fahrzeugschwerpunkts als Überlagerung einer rein translatorischen Bewegung mit der Geschwindigkeit |vsp| und der Drehbewegung mit der Winkelgeschwindigkeit dψ/dt, die für jeden Punkt des Fahr- zeugs gleich ist, darstellt, kann die Schwerpunktgeschwindigkeit wie folgt berechnet werden:Here, vehicle speed is understood to mean the speed v S p of the vehicle's center of gravity. It is not measured directly, but determined from the signals of the individual wheel speeds. Since the trajectory of the vehicle's center of gravity is a superposition of a purely translational movement with the speed | v s p | and the rotational movement with the angular velocity dψ / dt, which is the same for each point of the vehicle, the center of gravity velocity can be calculated as follows:
vSP =Vi -?; x άψ/dtv SP = Vi -? ; x άψ / German
Der Gierratenvektor dψ/dt weist dabei nur eine Komponente in vertikaler Richtung auf. Die Abstände η sind die Abstände des jeweiligen Radaufstandspunktes zum Schwerpunkt des Fahrzeugs.The yaw rate vector dψ / dt has only one component in the vertical direction. The distances η are the distances from the respective wheel contact point to the center of gravity of the vehicle.
Die Radgeschwindigkeiten der Vorderachse müssen noch um den Lenkeinschlag korri- giert werden. Da die Raddrehzahl-Sensoren nur den Anteil der Geschwindigkeit in der Radebene messen können, ergibt sich für die Achsenrichtung des Rades ein Fehler, der jedoch vorteilhafterweise bei bekanntem Schwimmwinkel korrigiert wird.The wheel speeds of the front axle still have to be corrected by the steering angle. Since the wheel speed sensors can only measure the proportion of the speed in the wheel plane, an error results for the axis direction of the wheel, which is, however, advantageously corrected if the float angle is known.
Neben den Messwerten der Radgeschwindigkeiten und der Gierrate wird von dem Ge- schwindigkeits-Sensor 2 außerdem erfasst, ob das Bremspedal betätigt wird. Bei der Berechnung der Schwerpunktsgeschwindigkeit werden dann zwei Fälle unterschieden:In addition to the measured values of the wheel speeds and the yaw rate, the speed sensor 2 also detects whether the brake pedal is actuated. A distinction is then made between two cases when calculating the center of gravity:
1. Die Bremse ist betätigt. Es wird in diesem Fall der Maximalwert der berechneten Schwerpunktgeschwindigkeiten für die einzelnen Räder ausgewählt:1. The brake is applied. In this case, the maximum value of the calculated center of gravity speeds for the individual wheels is selected:
VSP = max (VSPI, vSp2, vSP3, vSP4)VSP = max (V S PI, v S p 2 , v SP3 , v S P4)
2. Die Bremse ist nicht betätigt. Es wird in diesem Fall der Mittelwert der berechneten Schwerpunktgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Achse verwendet: ' SP3 + V SP42. The brake is not applied. In this case the average of the calculated center of gravity speeds of the non-driven axis is used: 'SP3 + V SP4
' SP'SP
Die vorstehend erläuterte Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird in der Einheit 5 durchgeführt. Als Eingangsgrößen dienen die Geschwindigkeiten der einzelnen Räder, die Gierrate sowie die Information, ob das Bremspedal betätigt ist. Als Ausgangsgröße überträgt die Einheit 5 die Fahrzeuggeschwindigkeit an die Einheiten 6, 11 und 14.The above-described calculation of the vehicle speed is carried out in the unit 5. The speeds of the individual wheels, the yaw rate and the information as to whether the brake pedal is actuated serve as input variables. Unit 5 transmits the vehicle speed to units 6, 11 and 14 as an output variable.
Die von dem Gierraten-Sensor 1 ermittelte Gierrate wird außerdem an die Einheit 3 übertragen, bei welcher der Absolutbetrag der Gierrate gebildet wird. Dieser Absolutbetrag wird schließlich an die Einheit 4 übertragen. Bei der Einheit 4 wird die gemessene Gier- rate mit einer in der Einheit 4 gespeicherten Grenzgierrate verglichen. Übersteigt die gemessene Gierrate die gespeicherte Grenzgierrate, überträgt die Einheit 4 ein entsprechendes Signal an die Einheit 7. Ferner wird die gemessene Gierrate an die Einheiten 9 und 11 übertragen, wie es später erläutert wird. Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Grenzgierrate in einem Bereich zwischen 1 ,5 Grad/s und 2,5 Grad/s, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 ,8 Grad/s und 2,2 Grad/s und in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Grenzgierrate 2 Grad/s.The yaw rate determined by the yaw rate sensor 1 is also transmitted to the unit 3, in which the absolute amount of the yaw rate is formed. This absolute amount is finally transferred to unit 4. In unit 4, the measured yaw rate is compared with a limit yaw rate stored in unit 4. If the measured yaw rate exceeds the stored limit yaw rate, unit 4 transmits a corresponding signal to unit 7. Furthermore, the measured yaw rate is transmitted to units 9 and 11, as will be explained later. In the exemplary embodiments of the present invention, the limit yaw rate is in a range between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably in a range between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s and in a particularly preferred range The exemplary embodiment is the limit yaw rate 2 degrees / s.
In der Einheit 6 wird die in der Einheit 5 berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer Grenzgeschwindigkeit verglichen und bestimmt, ob diese Grenzgeschwindigkeit über- schritten wird. Wird die Grenzgeschwindigkeit überschritten, überträgt die Einheit 6 ein entsprechendes Signal an die Einheit 7. Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Grenzgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 20 km/h und 40 km/h, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25 km/h und 35 km/h und ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel 30 km/h.In unit 6, the vehicle speed calculated in unit 5 is compared with a limit speed and it is determined whether this limit speed is exceeded. If the limit speed is exceeded, the unit 6 transmits a corresponding signal to the unit 7. In the exemplary embodiments of the present invention, the limit speed is in a range between 20 km / h and 40 km / h, preferably in a range between 25 km / h and 35 km / h and in a particularly preferred embodiment is 30 km / h.
In der Entscheidungseinheit 7 wird in Abhängigkeit von der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Gierrate als Berechnungsmodell für die Krümmung entweder das Einspurmodell oder das Gierratenmodell ausgewählt. Liegt die gemessene bzw. bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit unter der Grenzgeschwindigkeit und die ge- messene Gierrate unter der Grenzgierrate, wird das Einspurmodell ausgewählt, sonst das Gierratenmodell. Diese Auswahl wird an die Berechnungseinrichtung 8 übertragen.In decision unit 7, depending on the measured vehicle speed and the measured yaw rate, either the single-track model or the yaw rate model is selected as the calculation model for the curvature. If the measured or determined vehicle speed is below the limit speed and the measured yaw rate is below the limit yaw rate, the single-track model is selected, otherwise the yaw rate model. This selection is transmitted to the calculation device 8.
In der Berechnungseinrichtung 8 wird anhand des ausgewählten Berechnungsmodells, d.h. entweder mittels des Einspurmodells oder des Gierratenmodells, die Krümmung der Fahrspur berechnet. Falls die Berechnung anhand des Einspurmodells erfolgt, wird die Krümmung in der Recheneinheit 9 durch folgende Formel berechnet:In the calculation device 8, the curvature of the is calculated based on the selected calculation model, ie either by means of the single-track model or the yaw rate model Lane calculated. If the calculation is based on the single-track model, the curvature in the computing unit 9 is calculated using the following formula:
ιr w WoUUbeBIi v v ch == — 7 t c'aV Caiil 1. ist und m[caHlH -c, aV lV i
Figure imgf000012_0001
ιr w WoUUbeBIi vv ch == - 7 t c ' aV Caiil is 1st and m [c aH l H -c , aV l V i
Figure imgf000012_0001
wobei vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, δi.der Lenkradwinkel ist, iL die Lenkübersetzung ist,where v SP is the center of gravity speed of the vehicle, δi. is the steering wheel angle, i L is the steering ratio,
/ der Achsenabstand ist, lv bzw. ϊH der Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse bzw. Hinterachse ist, m die Masse des Fahrzeugs ist, caVbzw. caH die Steifigkeit der Vorderreifen bzw. der Hinterreifen ist, und c'aV die Steifigkeit der Vorderachse ist./ the center distance is, l v or ϊ H is the distance between the center of gravity and the front or rear axle, m is the mass of the vehicle, c aV or c aH is the stiffness of the front or rear tires, and c ' aV is the Stiffness of the front axle is.
Die Recheneinheit 9 erhält hierfür von der Einheit 5 die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie von dem Sensor 14 den Lenkradwinkel. Die Steifigkeitsdaten für das jeweilige Fahrzeug werden in einer Speichereinheit abgelegt.For this purpose, the computing unit 9 receives the vehicle speed from the unit 5 and the steering wheel angle from the sensor 14. The stiffness data for the respective vehicle are stored in a storage unit.
Falls das Gierratenmodell als Berechnungsmodell ausgewählt wurde, wird die Krümmung in Verbindung mit der Einheit 11 wie folgt berechnet:If the yaw rate model was selected as the calculation model, the curvature in connection with the unit 11 is calculated as follows:
1 dψ κ = — v ςp dt1 dψ κ = - v ςp dt
wobei dψ/dt die gemessene Gierrate, d.h. die zeitliche Änderung des Gierwinkels, ist und vSp die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Bei dieser Formel wurde die Ände- rung des Schwimmwinkels ß vernachlässigt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass für Normalsituationen auf Landstraßen der Schwimmwinkel ß im Bereich von ] ß | < 0,5 bis 0,8 Grad ist. Die Schwimmwinkeländerung dß/dt ist dabei im Vergleich zur Gierrate dψ/dt klein und kann daher vernachlässigt werden.where dψ / dt is the measured yaw rate, ie the temporal change in the yaw angle, and v S p is the center of gravity speed of the vehicle. With this formula, the change in the slip angle ß was neglected. It has been found that, for normal situations on country roads, the swimming angle ß in the range of] ß | <0.5 to 0.8 degrees. The change in the slip angle dß / dt is small compared to the yaw rate dψ / dt and can therefore be neglected.
Schließlich können die berechneten Krümmungen durch Korrekturfaktoren korrigiert werden. Die Korrekturfaktoren sind geschwindigkeitsabhängig. Sie sind jeweils für das Ein- spurmodell und das Gierratenmodell in der Speichereinheit 14 abgelegt. Sie wurden wie folgt bestimmt:Finally, the calculated curvatures can be corrected using correction factors. The correction factors depend on the speed. They are each for the track model and the yaw rate model stored in the storage unit 14. They were determined as follows:
Für Krümmungen von Straßen mit aus Straßenkarten bekannter Geometrie werden in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit die Wertebereiche der gemessenen Fahrdynamiksignale, d.h. insbesondere der Gierrate und der Radgeschwindigkeiten, und die am häufigsten auftretenden Werte bestimmt. Diese Werte werden zur Krümmungsberechnung herangezogen und mit der tatsächlichen Krümmung ins Verhältnis gesetzt. Der Quotient aus berechneter Krümmung und der aus den Straßenkarten entnommenen Krümmung bildet den Korrekturfaktor. Es hat sich herausgestellt, dass der Korrekturfaktor in einem Bereich zwischen 0,98 und 1 ,20 liegt. Für Krümmungs- und Geschwindigkeitsbereiche, in denen keine Messdaten zur Verfügung stehen, wird der Korrekturfaktor zu Eins gewählt.For curvatures of roads with geometry known from road maps, the value ranges of the measured driving dynamics signals, i.e. in particular the yaw rate and the wheel speeds, and the most frequently occurring values are determined. These values are used to calculate the curvature and are related to the actual curvature. The quotient of the calculated curvature and the curvature taken from the road maps forms the correction factor. It has been found that the correction factor is in a range between 0.98 and 1.20. For curvature and speed ranges in which no measurement data are available, the correction factor is chosen to be one.
Die Korrekturfaktoren sowie die Auswahl des Modells werden von der Speichereinheit 14 sowie der Einheit 7 über die Einheit 15 an die Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 16 übertragen. Von der Berechnungseinrichtung 8 wird die berechnete Krümmung an die Multiplikationseinheit 12 übertragen, von der Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 16 der entsprechende Korrekturfaktor. In der Multiplikationseinheit 12 werden diese beiden Werte miteinander multipliziert und an die Einheit 13 ausgegeben.The correction factors and the selection of the model are transmitted from the storage unit 14 and the unit 7 to the correction factor calculation unit 16 via the unit 15. The calculated curvature is transmitted from the calculation device 8 to the multiplication unit 12, and the corresponding correction factor from the correction factor calculation unit 16. These two values are multiplied together in the multiplication unit 12 and output to the unit 13.
Um die bei den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung verwendeten Berechnungsmodelle für die Krümmung, d.h. das Einspurmodell und das Gierratenmodell, mit anderen Modellen zur Berechnung der Krümmung vergleichen zu können, wurden Vergleichsmessungen durchgeführt. Für die Messungen wurde ein Versuchsfahrzeug verwendet, bei dem die Sensorsignale Radgeschwindigkeiten, Lenkwinkel, Gierrate und Querbeschleunigung des elektronischen Stabilitätsprogramms ESP, die Information „Fahrer bremst" sowie das Zeitsignal einer Uhr aufgenommen. Die Messungen wurden auf trok- kener Straße und bei konstanter Beladung durchgeführt. Vor Versuchsbeginn wurden neue Reifen vom Typ „Continental ContiSportContact" und der Dimension 205/55 R16 aufgezogen und ca. 1000 km eingefahren. Vor jeder Messung wurde der Reifeninnendruck überprüft und die Reifen aufgewärmt. Die für das Einspurmodell benötigten fahrzeugspezifischen Parameter wurden gemessen. Die Messstrecke war ein Kreis mit dem Radius von R = 205 m. Zum besseren Verständnis werden die analysierten Krümmungen K als Radienwerte R = 1/κ dargestellt. Die Kreisbahn wurde mit Geschwindigkeiten durchfahren, die in einem Bereich zwischen 10 km/h und 110 km/h lagen. Die Ergebnisse der Krümmungs- bzw. Radienberechnungen sind für die verschiedenen Krümmungsmodelle in Fig. 2 gezeigt. Dargestellt sind die Mittelwerte für den Radius und die Bereiche der Standardabweichung. Der durch die Standardabweichung begrenzte Bereich wird durch die schmalen Balken angegeben.In order to be able to compare the calculation models for the curvature used in the exemplary embodiments of this invention, ie the single-track model and the yaw rate model, with other models for calculating the curvature, comparative measurements were carried out. A test vehicle was used for the measurements, in which the sensor signals wheel speeds, steering angle, yaw rate and lateral acceleration of the electronic stability program ESP, the information "driver brakes" and the time signal of a watch were recorded. The measurements were carried out on a dry road and with a constant load Before the start of the test, new "Continental ContiSportContact" and 205/55 R16 tires were fitted and run in for approx. 1000 km. Before each measurement, the tire pressure was checked and the tires warmed up. The vehicle-specific parameters required for the single-track model were measured. The measuring section was a circle with a radius of R = 205 m. For better understanding, the analyzed curvatures K are shown as radius values R = 1 / κ. The circular path was traversed at speeds between 10 km / h and 110 km / h. The results the curvature or radius calculations for the different curvature models are shown in FIG. 2. The mean values for the radius and the ranges of the standard deviation are shown. The area delimited by the standard deviation is indicated by the narrow bars.
Weitere hier nicht dargestellte Messungen wurden für Radien in einem Bereich zwischen 15 m und 305 m durchgeführt. Für das Einspurmodell ergibt sich, dass unabhängig von der Geschwindigkeit die Krümmung bzw. der Radius mit geringer Streuung berechnet wird. Nur bei hohen Querbeschleunigungen >0,65 g wurde die Gültigkeitsgrenze des linearen Einspurmodells überschritten.Further measurements not shown here were carried out for radii in a range between 15 m and 305 m. For the single-track model, it follows that the curvature or the radius with little scatter is calculated regardless of the speed. The valid limit of the linear single-track model was exceeded only at high lateral accelerations> 0.65 g.
Das Ackermann-Modell lieferte genaue Krümmungswerte nur für langsamste Fahrt mit 13 km/h. Für höhere Geschwindigkeiten wurden die berechneten Krümmungen sehr ungenau.The Ackermann model only delivered accurate curvature values for the slowest speed at 13 km / h. The calculated curvatures became very imprecise for higher speeds.
Beim Gierratenmodell treten Abweichungen der berechneten Krümmung von der tatsächlichen Krümmung vor allem bei geringen Geschwindigkeiten auf. Bei Geschwindigkeiten, die einer Gierrate von >4 Grad/s entsprechen, sind die mit dem Gierratenmodell berechneten Krümmungswerte nur geringen Streuungen unterworfen und liefert sehr gute Krümmungswerte.In the yaw rate model, deviations of the calculated curvature from the actual curvature occur especially at low speeds. At speeds that correspond to a yaw rate of> 4 degrees / s, the curvature values calculated with the yaw rate model are subject to only slight variations and provide very good curvature values.
Die Krümmungsberechnungen mit dem Querbeschleunigungsmodell sind in den meisten Fällen deutlich verfälscht. Insbesondere für größere Geschwindigkeiten wird der Radius zu klein berechnet.The curvature calculations with the lateral acceleration model are clearly falsified in most cases. The radius is calculated too small, especially for higher speeds.
Das Raddrehzahldifferenzmodell der Hinterachse berechnet den Radius bei geringer Geschwindigkeit relativ genau, wobei die Standardabweichung jedoch sehr groß ist. Bei höheren Geschwindigkeiten wird der Radius deutlich zu klein berechnet, insbesondere bei großen Kurvenradien. Ähnliche Ergebnisse liefert das Raddrehzahldifferenzmodell der Vorderachse.The wheel speed difference model of the rear axle calculates the radius at low speed relatively accurately, although the standard deviation is very large. At higher speeds, the radius is calculated far too small, especially with large curve radii. The wheel speed difference model of the front axle delivers similar results.
Als Ergebnis dieser Messungen hat sich herausgestellt, dass das Einspurmodell und das Gierratenmodell besonders gut für die Krümmungsberechnung geeignet ist, wobei das Einspurmodell bei geringeren Geschwindigkeiten und geringeren Gierraten bevorzugt ist und das Gierraten bei höheren Geschwindigkeiten und höheren Gierraten. Um den bevorzugten Bereich des Einspurmodells und des Gierratenmodells genauer zu bestimmen, wurden weitere Messungen an einer Teststrecke durchgeführt, in denen Radien im Bereich von 400 bis 500 m auftraten. Die Ergebnisse dieser Messungen und Berechnungen sind für das Einspurmodell in Fig. 3 gezeigt, für das Gierratenmodell in Fig. 4. Die Kurven 1 zeigen die Referenzwerte für die Radien auf der Teststrecke, die Kurve 2 der Fig. 3 zeigt die berechneten Radien anhand des Einspurmodells, die Kurve 2 der Fig. 4 zeigt die berechneten Radien anhand des Gierratenmodells und die Kurven 3 zeigen jeweils den betragsmäßigen Fehler des Einspurmodells bzw. des Gierratenmodells, dargestellt als Differenz der tatsächlichen Krümmung und der berechneten Krümmung.As a result of these measurements, it was found that the single-track model and the yaw rate model are particularly well suited for the curvature calculation, the single-track model being preferred at lower speeds and lower yaw rates, and the yaw rate at higher speeds and higher yaw rates. In order to determine the preferred range of the single-track model and the yaw rate model more precisely, further measurements were carried out on a test section in which radii in the range from 400 to 500 m occurred. The results of these measurements and calculations are shown in FIG. 3 for the single-track model and in FIG. 4 for the yaw rate model. Curves 1 show the reference values for the radii on the test route, curve 2 of FIG. 3 shows the calculated radii on the basis of the Single track model, curve 2 of FIG. 4 shows the calculated radii on the basis of the yaw rate model, and curves 3 each show the amount error of the single track model or the yaw rate model, represented as the difference between the actual curvature and the calculated curvature.
Diese Messungen ergeben größere Unterschiede zwischen den beiden Modellen als bei den Kreisfahrten.These measurements reveal greater differences between the two models than with the circular drives.
Die Ergebnisse der Messungen können wie folgt zusammengefasst werden:The results of the measurements can be summarized as follows:
Das Einspurmodell und das Gierratenmodell liefern die genauesten Krümmungswerte. Berücksichtigt man auch die Querneigungen der Straße, ist das Gierratenmodell das einzige der untersuchten Modelle, das unempfindlich auf Querneigungen reagiert. Das Gierratenmodell besitzt bei höheren Gierraten eine größere Genauigkeit. Für niedrige Geschwindigkeiten unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit wird daher zur Krüm- mungsberechnung das Einspurmodel gewählt, falls die Gierrate unter einer Grenzgierrate liegt. Für Gierraten oberhalb der Grenzgierrate und für Geschwindigkeiten oberhalb der Grenzgeschwindigkeit wird das Gierratenmodell zur Krümmungsberechnung herangezogen. Dabei liegt die Grenzgeschwindigkeit vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 20 km/h und 40 km/h, bevorzugt in einem Bereich zwischen 25 km/h und 35 km/h und besonders bevorzugt ist sie 30 km/h. Die Grenzgierrate liegt vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 1 ,5 Grad/s und 2,5 Grad/s, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 ,8 Grad/s und 2,2 Grad/s und sie ist besonders bevorzugt 2 Grad/s. The single track model and the yaw rate model provide the most accurate curvature values. If one also takes into account the bank's banked slopes, the yaw rate model is the only one of the models examined that is insensitive to banked slopes. The yaw rate model has greater accuracy at higher yaw rates. For low speeds below a certain limit speed, the single-track model is therefore selected to calculate the curvature if the yaw rate is below a limit yaw rate. For yaw rates above the limit yaw rate and for speeds above the limit speed, the yaw rate model is used to calculate the curvature. The limit speed is advantageously in a range between 20 km / h and 40 km / h, preferably in a range between 25 km / h and 35 km / h and particularly preferably 30 km / h. The limit yaw rate is advantageously in a range between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s, preferably in a range between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s, and is particularly preferably 2 degrees / s.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs, bei dem man die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gierrate und den Lenkradwinkel misst, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Gierrate die Krümmung der Fahrspur anhand eines Einspurmodells mittels der Fahrzeuggeschwindigkeit und des gemessenen Lenkradwinkels oder an Hand eines Gierratenmodells mittels der gemessenen Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.1. A method for determining the curvature of a lane of a vehicle, in which one measures the vehicle speed, the yaw rate and the steering wheel angle, characterized in that, depending on the measured vehicle speed and the measured yaw rate, the curvature of the lane using a single-track model using the vehicle speed and of the measured steering wheel angle or on the basis of a yaw rate model using the measured yaw rate and the vehicle speed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit und die gemessene Gierrate unterhalb einer Grenzgierrate liegen, die Krümmung der Fahrspur anhand des Einspurmodells berechnet wird, sonst anhand des Gierratenmodells.2. The method according to claim 1, characterized in that, if the vehicle speed is below a limit speed and the measured yaw rate is below a limit yaw rate, the curvature of the lane is calculated using the single-track model, otherwise using the yaw rate model.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzgeschwindigkeit zwischen 20 km/h und 40 km/h und die Grenzgierrate zwischen 1 ,5 Grad/s und 2,5 Grad/s liegt.3. The method according to claim 2, characterized in that the speed limit between 20 km / h and 40 km / h and the limit yaw rate is between 1.5 degrees / s and 2.5 degrees / s.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzgeschwindigkeit zwischen 25 km/h und 35 km/h und die Grenzgierrate zwischen 1,8 Grad/s und 2,2 Grad/s liegt.4. The method according to claim 1, characterized in that the speed limit between 25 km / h and 35 km / h and the limit yaw rate is between 1.8 degrees / s and 2.2 degrees / s.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzgeschwindigkeit 30 km/h und die Grenzgierrate 2 Grad/s ist.5. The method according to claim 2, characterized in that the limit speed is 30 km / h and the limit yaw rate is 2 degrees / s.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspurmodell, bei der Berechnung der Krümmung, Daten, welche für die6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the single-track model, in the calculation of the curvature, data which for the
Steifigkeit des Fahrzeugs charakteristisch sind, einfließen. Rigidity of the vehicle are characteristic.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspurmodell die Krümmung durch folgende Formel berechnet wird:7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the curvature of the single-track model is calculated using the following formula:
κ = wobei ist und
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κ = where is and
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wobei vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, δi.der Lenkradwinkel ist, k die Lenkübersetzung ist, / der Achsenabstand ist, lv bzw. IM der Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse bzw. Hinterachse ist, m die Masse des Fahrzeugs ist, caVbzw. caH die Steifigkeit der Vorderreifen bzw. der Hinterreifen ist, und c'av die Steifigkeit der Vorderachse ist.where v SP is the center of gravity speed of the vehicle, δi. is the steering wheel angle, k is the steering ratio, / is the center distance, l v or IM is the distance between the center of gravity and the front or rear axle, m is the mass of the vehicle, c aV or c aH is the stiffness of the front tires or the rear tires, and c ' a v is the stiffness of the front axle.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung anhand des Gierratenmodells durch folgende Formel berechnet wird:8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the curvature is calculated using the yaw rate model using the following formula:
κ = -^ v Sp dtκ = - ^ v S p dt
wobei K die Krümmung, dψ/dt die gemessene Gierrate und vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.where K is the curvature, dψ / dt the measured yaw rate and v SP is the center of gravity speed of the vehicle.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist und dass die Drehgeschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs gemessen werden und die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs aus den Geschwindigkeiten der Räder sowie der Gierrate berechnet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vehicle speed is the center of gravity speed of the vehicle and that the rotational speeds of the wheels of the vehicle are measured and the center of gravity speed of the vehicle is calculated from the speeds of the wheels and the yaw rate.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man vorab mittels des Einspurmodells und/oder des Gierratenmodells die Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs bestimmt, das eine Fahrbahn bekannter Krümmung befährt, und aus der bestimmten Krümmung und der bekannten Fahrbahnkrümmung einen geschwindigkeitsabhängigen Korrekturfaktor berechnet, und dass die be- rechnete Krümmung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit um den Korrekturfaktor korrigiert wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the curvature of a lane of a vehicle which is traveling on a roadway of known curvature is determined in advance by means of the single-track model and / or the yaw rate model, and a speed-dependent correction factor is calculated from the determined curvature and the known roadway curvature, and that the calculated curvature is corrected by the correction factor depending on the speed.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Korrekturfaktor aus dem Quotienten aus berechneter Krümmung und bekannter Krümmung ergibt und dass der Korrekturfaktor in einem Bereich zwischen 0,98 und 1 ,20 liegt.11. The method according to claim 10, characterized in that the correction factor results from the quotient of the calculated curvature and known curvature and that the correction factor is in a range between 0.98 and 1.20.
12. Vorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer Fahrspur eines Fahrzeugs, umfas- send einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (2), einen Gierraten-Sensor (1) und einen12. Device for determining the curvature of a lane of a vehicle, comprising a vehicle speed sensor (2), a yaw rate sensor (1) and one
Lenkwinkel-Sensor (14), gekennzeichnet durchSteering angle sensor (14), characterized by
- eine Entscheidungseinheit (7), die mit dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (2) und dem Gierraten-Sensor (1) gekoppelt ist und als Eingangssignale die Fahrzeugge- schwindigkeit (vSP) und gemessene Gierrate (dψ/dt) erhält und durch die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (vSP) und der gemessenen Gierrate (dψ/dt) als Berechnungsmodell ein Einspurmodell oder ein Gierratenmodell auswählbar ist, und- A decision unit (7), which is coupled to the vehicle speed sensor (2) and the yaw rate sensor (1) and receives the vehicle speed (v SP ) and measured yaw rate (dψ / dt) as input signals and by which in Depending on the speed (v SP ) and the measured yaw rate (dψ / dt), a single-track model or a yaw rate model can be selected as the calculation model, and
- eine Berechnungseinrichtung (8, 9, 11), durch die anhand des ausgewählten Modells die Krümmung der Fahrspur berechenbar ist, wobei beim Einspurmodell die Krümmung an Hand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des gemessenen Lenkwinkels bestimmt wird und beim Gierratenmodell an Hand der gemessenen Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.- A calculation device (8, 9, 11) by means of which the curvature of the lane can be calculated on the basis of the selected model, the curvature being determined on the basis of the vehicle speed and the measured steering angle in the single-track model and on the basis of the measured yaw rate and the vehicle speed in the case of the yaw rate model is calculated.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entscheidungseinheit (7) eine Grenzgeschwindigkeit und eine Grenzgierrate gespeichert ist, und dass die Entscheidungseinheit (7) das Einspurmodell auswählt, wenn die Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit und die Gierrate unterhalb der Grenzgierrate liegt und sonst als Berechnungsmodell das Gierratenmodell auswählt. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a limit speed and a limit yaw rate is stored in the decision unit (7) and that the decision unit (7) selects the single-track model if the speed is below the limit speed and the yaw rate is below the limit yaw rate and otherwise select the yaw rate model as the calculation model.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that
dass die Berechnungseinrichtung (8, 9) bei der Auswahl des Einspurmodell die Krümmung durch folgende Formel berechnet:that the calculation device (8, 9) calculates the curvature using the following formula when selecting the single-track model:
κ ist undκ is and
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wobei vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, δ. der Lenkradwinkel ist, k die Lenkübersetzung ist,where v SP is the center of gravity speed of the vehicle, δ. is the steering wheel angle, k is the steering ratio,
/ der Achsenabstand ist, lvbzw. l der Abstand zwischen Schwerpunkt und Vorderachse bzw. Hinterachse ist, m die Masse des Fahrzeugs ist, caM die Steifigkeit der Vorderreifen bzw. der Hinterreifen ist, und c'av die Steifigkeit der Vorderachse ist./ is the center distance, l v or l is the distance between the center of gravity and the front axle or rear axle, m is the mass of the vehicle, c aM is the stiffness of the front tires or the rear tires, and c ' a v is the stiffness of the front axle ,
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit bei der Auswahl der Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate als Berechnungsmodell die Krümmung durch folgende Formel berechnet:15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the calculation unit calculates the curvature using the following formula when selecting the vehicle speed and yaw rate as the calculation model:
1 dψ1 dψ
K - -K - -
1 SP dt 1 SP German
wobei K die Krümmung, dψ/dt die gemessene Gierrate und vSp die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.where K is the curvature, dψ / dt the measured yaw rate and v S p is the center of gravity speed of the vehicle.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Speichereinheit (14) enthalten ist, in der Korrekturfaktoren gespeichert sind, wobei sich die Korrekturfaktoren aus bekannten und berechneten Krümmungen in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeiten ergeben, und dass die Speichereinheit (14) mit der Berechnungseinheit (8, 9, 11 , 16) gekoppelt ist, so dass von der Berechnungseinheit (8, 9, 11 , 16) berechnete Krümmungen durch die in der Speichereinheit (14) gespeicherte Korrekturfaktoren korrigierbar sind. 16. The device according to one of claims 12 to 15, characterized in that a memory unit (14) is also contained, in which correction factors are stored, the correction factors being known and calculated curvatures in Dependency on vehicle speeds, and that the storage unit (14) is coupled to the calculation unit (8, 9, 11, 16), so that curvatures calculated by the calculation unit (8, 9, 11, 16) by the in the storage unit (14 ) stored correction factors can be corrected.
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