WO2007115775A1 - Steuervorrichtung für kraftfahrzeuge zum erlernen des selbstständigen befahrens einer vorgegebenen ideallinie - Google Patents

Steuervorrichtung für kraftfahrzeuge zum erlernen des selbstständigen befahrens einer vorgegebenen ideallinie Download PDF

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WO2007115775A1
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driver
motor vehicle
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Peter Waldmann
Helmut Spannheimer
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    • B62D1/28—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers

Definitions

  • Control device for motor vehicles for learning the autonomous driving of a given ideal line
  • the invention relates to a control device for motor vehicles for learning the autonomous driving a predetermined time optimal ideal line of a completed route, preferably a racetrack.
  • DE 101 17 237 A1 already discloses a vehicle control device including a vehicle position estimating device for estimating the current position and a map data memory for storing map data. From the map data a location-optimal line is determined, on which the vehicle should move. Depending on the stored map data or the determined location-optimized ideal line and the current position, a so-called “lane departure warning” can be output if the current position of the vehicle deviates from the ideal location line determined from the map data.
  • a driving assistance control device which thus serves to warn or protect the driver.
  • a driver assistance system for high-speed cruises which, on the basis of an optimal ideal line determined by means of the navigation system, reaches the driver and the driver.
  • control devices for motor vehicles are known, which in principle at least partially allow an autonomous, so independent driving of the vehicle.
  • DE 691 17 549 T2 discloses a device for the automatic or partially autonomous driving of a vehicle.
  • This will be a picture an area in front of the vehicle in the direction of travel detected and set a target rate in response to these data.
  • a steering value is generated such that the vehicle follows the target course by automatic control of the Lenkaktuatorik with the steering value.
  • the course can be determined taking into account the road contour and the driving speed of the vehicle. Due to the continuous determination of the area in front of the vehicle in the direction of travel, the vehicle may follow a uniform overall course in the permissible driving range even if it deviates from the target course, so that the vehicle is not forced back to the original target course once set in the permissible driving range becomes. This device is thus constantly a new target rate calculated.
  • EP 0 913 751 B1 discloses a completely autonomous vehicle and a method for controlling the completely autonomous vehicle, each of which is also suitable for use on public roads. Because of its use in traffic, the vehicle must be equipped with a variety of sensors for detecting the environment of the vehicle in order to prevent critical situations.
  • the object of the invention is therefore to provide a control device for motor vehicles, which allows the driver a quick and easy learning of the independent driving a predetermined time optimal ideal line of a race track.
  • the control device for motor vehicles according to the invention for learning the autonomous driving of a predetermined time optimal ideal line of a completed route, preferably a racetrack comprises a memory unit in which at least the position data of the racing line is stored, a position detection unit for determining the current position data of the motor vehicle relative to the ideal line, and an actuator drive unit for the automatic actuation of actuators of the motor vehicle, wherein in an adjustable first stage of the control device depending on the position data of the ideal line and the current position data of the motor vehicle relative to the ideal line at least the steering actuators of the motor vehicle are automatically controlled by the Aktuatoran tenuiser such that the motor vehicle moves autonomously along the racing line's ideal line, at least with regard to the lateral guidance.
  • the time-optimized ideal line corresponds to the driving line that has to be driven in order to be able to drive through the completed route in approximately the shortest possible time.
  • the associated position data of the time-optimized characteristic curve can be determined in advance either due to the Track or calculated from a record of the position data when driving on the completed route by a racing driver. These determined position data of the time-optimal ideal line are read into the control device, where they are subsequently stored in the memory unit.
  • This position detection unit can be based, for example, on GPS-based inertial measurement technology.
  • control device comprises the already mentioned Aktuatoran Kunststoffmaschine by means of which in the first stage, at least the steering actuators can be controlled automatically.
  • the control is based at least on the position data of the ideal line, in such a way that the current position of the vehicle relative to the associated position data of the ideal line is minimally, ideally zero in the at least partially automatic driving on the completed curve.
  • the optimal speed data or acceleration and deceleration data associated with the position data are stored in the memory unit.
  • the steering, acceleration and deceleration actuators are then controlled in such a way that the motor vehicle moves completely autonomously with respect to the lateral and longitudinal guidance along the ideal line at a speed corresponding to the speed data.
  • the driver is not only the time-optimal ideal line shown or specified, but it can also also experience the speed at which the ideal line can be driven or driven by racers.
  • the Aktuatoran tenuiser not only the steering actuators, but also the acceleration and deceleration actuators automatically.
  • input means may be present, with which a speed range can be specified, in which the motor vehicle should move autonomously in the first stage.
  • the corresponding optimal speed data or acceleration and deceleration data can also be stored in addition to the position data of the ideal line.
  • the speed range can be specified by the driver. If the latter selects, for example, a slow speed range, the speed data or acceleration and deceleration data associated therewith for the completely autonomous driving of the completed route to the position data are predetermined, which are for example 50% less than the optimal speed data. The vehicle would then, for example, still accelerate or decelerate at the respective acceleration and deceleration points, but only to a lower maximum speed.
  • the driver also understands why the autonomously driven ideal line is optimal, he will be informed visually and / or acoustically and / or haptically important driving information for understanding the ideal line in an advantageous embodiment of the invention. So the driver can, for example.
  • a display indicates that the vertex of the first curve is moved backwards due to the S-curve in order to be able to leave the second curve with a maximum acceleration or speed.
  • This driving information can also be transmitted in advance to the driver during a virtual journey in a driving simulator or before the start of the journey in the form of an offline simulation on a display in the vehicle.
  • the actuators of the motor vehicle independently of the Aktuatoran Kunststoffech, so not automatically controlled by the Aktuatoran Kunststoffech, but by Actuation of appropriate controls by the driver, in such a way that the driver independently follows approximately the ideal line.
  • means are provided which can output information relating to the current position data of the motor vehicle relative to the ideal line. This note information is generated in a determination unit.
  • the active interventions are thus switched off.
  • the driver drives independently in the second stage along the closed route.
  • a dynamic map-matching algorithm makes cross-placement and course angle error for time-optimal ideal line relative to a track-fixed reference line, for example the midline, calculated. Querablage, course angle error and speed difference describe the deviation from the desired ideal line. If the lateral deviation, the course angle error and the speed difference are equal to zero, then the vehicle moves exactly along the given time-optimal ideal line at the given speed.
  • the driver receives information about his current deviation from the time-optimized ideal line of the completed route or about route-specific intervention points, such as steering points, acceleration or deceleration points.
  • the information can be transmitted to the driver visually and / or acoustically and / or haptically. If the hint or the information is transmitted optically to the driver, this appears, for example, in a display, preferably in a head-up display. If the instruction or the information is to be transmitted to the driver in the form of haptic signals, mechanical or electrical impulses can be generated in the steering wheel spokes, which the driver can perceive by his hands located on the steering wheel.
  • the mechanical or electrical pulses for different steering information for the left and right sides can be output separately.
  • the driver can check at any time while driving how well he can implement what he has already learned and, if necessary, correct small deviations.
  • This information can also be stored, so that the driver even after driving on the racetracks has the opportunity to internalize the information or instructions.
  • the actuators (corresponding to the second stage) also only by Actuation of the corresponding controls are controlled by the driver himself so that the driver independently follows the optimal location ideal line.
  • the driver is now in this third stage to implement the already learned completely without support.
  • the deviations of the driven line to the ideal line are advantageously determined in a determination unit. Depending on these determined deviations are then, ie only after driving the racetrack relevant information issued to the driver.
  • the relevant information may be a rating of how well the driver has followed the ideal line.
  • the rating may be in the form of a grade from one to six or in percentages.
  • the driver can still be notified at which points in the completed route he had the largest deviations to the ideal location line. In this way, the driver should be given the opportunity, when re-entering the closed route in the third stage of the control device, to pay particular attention to those sections of the route in which his deviations from the ideal line were greatest.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the control device according to the invention
  • FIG. 2 shows a simplified flowchart of the control device for learning to drive independently of a predetermined time-optimal one
  • FIG. 1 shows a control device SV, which comprises a memory unit SP.
  • the position data (x; y) and the associated speed data (v) are stored on the ideal line of the completed route S which the driver has selected.
  • the memory unit SP stores which speed range v.theta., Vi, v2 or v3 has been selected for passing the completed route S in the first stage of the control device SV.
  • the slowest speed range vi has been selected.
  • the memory unit SP also stores which level 1, 2 or 3 the driver has selected. Here it is the level 1.
  • control device SV comprises a position detection unit P for determining the current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel; yrel).
  • the relative position of the motor vehicle (xrel; yrel) is determined from the position data of the ideal line (x; y) and the current position data of the vehicle (xK; yK) for each route point.
  • control device comprises an actuator drive unit A for the automatic activation of different actuators L, B and DK of the motor vehicle and a determination unit M for generating various information or notes which can be output to a display D.
  • the position and speed or acceleration and deceleration data (x; y; v) of the driver's selected completed route are stored in a first step 100.
  • This data can either already be stored permanently in the vehicle, or transmitted from a DVD or via another external data carrier to the vehicle or the storage unit.
  • the driver may select the level of the control device he needs to learn to drive.
  • step 300 a query is made as to whether the driver has selected the first stage 1. If it has selected this first stage 1, the driver selected speed range v ⁇ , vi, v2 or v3 is stored in the memory unit in step 310.
  • step 320 the current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel; yrel) is determined continuously.
  • the actuator drive unit then continuously uses the actuator drive unit as a function of the position data and the associated speed data (x; y; v) Ideal line, the selected speed range v ⁇ , vi, v2 or v3 and the determined current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel; yrel) the steering actuators L, the acceleration actuators DK and the brake actuators B driven such that the motor vehicle autonomous according to the selected speed range moved along the ideal line of the completed curve.
  • step 340 information is output to a display D in the form of optical signals.
  • step 340 the process jumps from step 340 to step 200.
  • the driver may again select the level of the control device he needs to learn to drive.
  • step 300 it is again queried whether the driver has selected the first stage 1. If he has selected this first level 1, steps 310 to 340 are again carried out. If he has not selected the first level 1, the step 300 is transferred to the step 400.
  • step 400 a query is made as to whether the driver has selected the second stage 2 of the control device. If he has selected this second stage 2, step 410 is proceeded to, in which in turn the current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel; yrel) is determined continuously. In this second stage 2, however, no automatic control of the actuators takes place by the Aktuatoran Kunststofftechnik more. Rather, in step 420 continuously only depending on the Current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel: yrel) Notes about the relative distance to the ideal line dl and / or the relative speed distance to the optimal speed data dv and / or line-specific intervention points such as acceleration time PBe or braking time PBr determined and output.
  • step 420 the program jumps from step 420 to step 200.
  • the driver may again select the level of the control device he needs to learn to drive.
  • step 300 it is again queried whether the driver has selected the first stage 1. If he has selected this first level 1, steps 310 to 340 are again carried out. If the driver has not selected the first level 1, step 300 transfers to step 400. If he has selected the second level 2, the steps 410 and 420 are again performed. If he has not selected either the first stage 1 or the second stage 2, the process moves from step 400 to step 510.
  • step 510 according to steps 320 and 410, the current position of the motor vehicle relative to the ideal line (xrel; yrel) is continuously determined.
  • this third stage 3 of the control device according to the second stage 2, likewise no automatic actuation of the actuators by the actuator drive unit takes place.
  • no information is output to the driver during the journey in the third stage 3.
  • step 520 only an assessment of the driver with regard to the self-driving of the completed route is made. The evaluation is dependent on the relative distance to the ideal line dl and / or the relative speed distance to the optimal speed data dv performed.
  • step 530 Only when the driver has traversed the entire route in the third stage of the control device, in step 530 is the evaluation determined in step 520 output via a display D to the driver. In addition, the driver is informed at which points in the closed route he still has the most difficulty. This can be shown to the driver, for example, by means of a display on which the entire route is shown and those areas in which the driver had the most difficulty, be highlighted with a different color.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs, vorzugsweise einer Rennstrecke. In einer einstellbaren ersten Stufe der Steuervorrichtung werden beim Befahren der Rennstrecke zumindest die Lenkaktuatoren automatisch derart angesteuert, dass sich das Kraftfahrzeug im Hinblick auf die Querführung autonom entlang der Ideallinie des abgeschlossenen Streckenverlaufs bewegt. In einer einstellbaren zweiten Stufe steuert der Fahrer selbst die Aktuatoren an und erhält nur noch Hinweise. In einer einstellbaren dritten Stufe erhält der Fahrer auch keine Hinweise mehr, vielmehr wird er nur noch nach Befahren der Rennstrecke bewertet.

Description

Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen Ideallinie
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs, vorzugsweise einer Rennstrecke.
Viele motorsportbegeisterte Autofahrer fahren in ihrer Freizeit auf Rennstrecken um das Potential ihres Fahrzeugs ergründen bzw. ausnutzen zu können. Dabei haben sie häufig den Wunsch, die Rennstrecke in einer Weise zu befahren, wie sie von namhaften Rennfahrern befahren wird. Dazu müssen sie einerseits wissen, wie die die vom Rennfahrer gefahrene Ideallinie verläuft, und andererseits wie sie dieser Ideallinie folgen können. Dazu muss der Fahrer in der Regel unterstützt werden.
Steuervorrichtungen für Kraftfahrzeuge zum Unterstützen des Fahrers beim Fahren im normalen Straßenverkehr sind bereits bekannt. So offenbart die DE 101 17 237 A1 bereits eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die eine Fahrzeugpositionsschätzvorrichtung zum Schätzen der aktuellen Position und einen Kartendatenspeicher zum Speichern von Kartendaten umfasst. Aus den Kartendaten wird eine ortsoptimale Ideallinie ermittelt, auf der sich das Fahrzeug bewegen soll. In Abhängigkeit von den gespeicherten Kartendaten bzw. der ermittelten ortsoptimalen Ideallinie und der aktuellen Position kann eine sog. „Fahrbahn-wird-verlassen-Warnung" ausgegeben werden, falls die aktuelle Position des Fahrzeugs von der aus den Kartendaten ermittelten ortsoptimalen Ideallinie abweicht. Alternativ oder zusätzlich kann auch mittels einer Fahrunterstützungssteuervorrichtung aktiv in den Fahrverlauf des Fahrzeugs eingegriffen werden. Diese Fahrzeugsteuervorrichtung dient somit dazu, den Fahrer zu warnen oder zu schützen.
Aus der DE 10 2004 030 997 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem für Hochgeschwindigkeitsfahrten bekannt, das auf der Grundlage eines mittels des Navigationssystems ermittelten optimalen Ideallinie an den Fahrer u. a. Anweisungen zum Einhalten der optimalen Beschleunigungs- und Bremszeitpunkte erzeugt. Die Anweisungen werden entweder in Form einer optischen Information oder durch Erzeugen einer Stellkraft oder eines Moments auf das vom Fahrer zu betätigende Bedienelement ausgegeben. Wie praktische Versuche gezeigt haben, reicht ein derartiges Fahrerassistenzsystem nicht immer aus, dem Fahrer ein schnelles und sicheres Erlernen des Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie einer Rennstrecke zu ermöglichen. Vielmehr bedarf es eines komplexen mehrstufigen Lernprozesses.
Neben derartigen Steuervorrichtungen sind auch andere Steuervorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt, die prinzipiell zumindest teilweise ein autonomes, also selbstständiges Fahren des Fahrzeugs ermöglichen.
So ist bspw. aus der DE 691 17 549 T2 ein Gerät zum automatischen bzw. teilweise autonomen Fahren eines Fahrzeugs bekannt. Hierbei wird ein Bild eines Bereichs vor dem Fahrzeug in dessen Fahrrichtung erfasst und in Abhängigkeit von diesen Daten ein Zielkurs festgesetzt. Anschließend wird ein Lenkwert derart generiert, dass durch automatische Ansteuerung der Lenkaktuatorik mit dem Lenkwert das Fahrzeug dem Zielkurs folgt. Bevorzugt kann der Kurs unter Berücksichtigung der Straßenkontur und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Augrund der kontinuierlichen Ermittlung bzw. Erfassung des Bereichs vor dem Fahrzeug in Fahrtrichtung kann das Fahrzeug selbst bei einer Abweichung vom Zielkurs einem gleichförmigen Gesamtkurs in dem zulässigen Fahrbereich folgen, so dass das Fahrzeug nicht auf den ursprünglichen, einmal in dem zulässigen Fahrbereich festgesetzten Zielkurs zurück gezwungen wird. Bei diesem Gerät wird somit ständig ein neuer Zielkurs berechnet.
Weiter sind aus der EP 0 913 751 B1 ein vollständig autonomes Fahrzeug und ein Verfahren zur Steuerung des vollständig autonomen Fahrzeugs bekannt, die jeweils ebenfalls für den Einsatz im öffentlichen Straßenverkehr geeignet sind. Aufgrund des Einsatzes im Straßenverkehr muss das Fahrzeug mit einer Vielzahl von Sensoren zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgestattet sein, um kritische Situationen vorbeugen zu können.
Schließlich sind im Materialtransportwesen, bspw. zur Materiallieferung in großen Montagewerken einfache autonome unbemannte Fahrzeuge bekannt, bei denen beispielsweise längs der Fahrstrecke ein Führungskabel oder Ähnliches zum Führen des Fahrzeugs angeordnet ist. Derartige Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwendig und eignen sich nur für Montagewerke, in denen unbemannte Fahrzeuge ständig den gleichen Weg fahren.
Aus dem genannten Stand der Technik ergibt sich somit, dass bereits eine Vielzahl von autonomen Fahrzeugen bzw. Verfahren zum Steuern autonomer Fahrzeuge bekannt sind, wobei diese Verfahren bzw. Vorrichtungen in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatz unterschiedlich ausgestaltet sein müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge anzugeben, welches dem Fahrer ein schnelles und einfaches Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie einer Rennstrecke ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs, vorzugsweise einer Rennstrecke umfasst eine Speichereinheit, in der zumindest die Positionsdaten der Ideallinie der Rennstrecke gespeichert sind, eine Positionserkennungseinheit zum Bestimmen der aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie, und eine Aktuatoransteuereinheit zum automatischen Ansteuern von Aktuatoren des Kraftfahrzeugs, wobei in einer einstellbaren ersten Stufe der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von den Positionsdaten der Ideallinie und den aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie zumindest die Lenkaktuatoren des Kraftfahrzeugs durch die Aktuatoransteuereinheit derart automatisch angesteuert werden, dass sich das Kraftfahrzeug zumindest im Hinblick auf die Querführung autonom entlang der Ideallinie der Rennstrecke bewegt.
Die zeitoptimale Ideallinie entspricht derjenigen Fahrlinie, die gefahren werden muss, um den abgeschlossenen Streckenverlauf in etwa in kürzester Zeit durchfahren zu können. Die dazugehörigen Positionsdaten der zeitoptimalen Kennlinie können im Vorfeld entweder aufgrund des Streckenverlaufs berechnet werden, oder aus einer Aufzeichnung der Positionsdaten beim Befahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs durch einen Rennfahrer ermittelt werden. Diese ermittelten Positionsdaten der zeitoptimalen Ideallinie werden in die Steuervorrichtung eingelesen, wo sie anschließend in der Speichereinheit abgespeichert werden.
Um die im Hinblick auf die Querführung autonome Fahrzeugbewegung entlang der Ideallinie ermöglichen zu können, müssen weiter die aktuellen absoluten Positionsdaten des Fahrzeugs bzw. die aktuellen relativen Positionsdaten des Fahrzeugs zur Ideallinie bekannt sein. Diese Positionserkennungseinheit kann beispielsweise auf GPS-gestützter Inertialmesstechnik basieren.
Schließlich umfasst die Steuervorrichtung die bereits oben genannte Aktuatoransteuereinheit, mittels derer in der ersten Stufe zumindest die Lenkaktuatoren automatisch angesteuert werden können. Die Ansteuerung basiert zumindest auf den Positionsdaten der Ideallinie, und zwar derart, dass beim zumindest teilweise automatischen Befahren des abgeschlossenen Kurvenverlaufs die aktuelle Position des Fahrzeugs relativ zu den dazugehörigen Positionsdaten der Ideallinie minimal, idealerweise Null ist.
Vorteilhafterweise sind in der Speichereinheit zusätzlich zu den Positionsdaten der Ideallinie die zu den Positionsdaten dazugehörigen optimalen Geschwindigkeitsdaten bzw. Beschleunigungs- und Verzögerungsdaten gespeichert. In der einstellbaren ersten Stufe der Steuervorrichtung werden die Lenk, Beschleunigungs- und Verzögerungsaktuatoren dann derart angesteuert, dass sich das Kraftfahrzeug im Hinblick auf die Quer- und Längsführung vollständig autonom entlang der Ideallinie mit einer den Geschwindigkeitsdaten entsprechenden Geschwindigkeit bewegt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird dem Fahrer nicht nur die zeitoptimale Ideallinie aufgezeigt bzw. vorgegeben, vielmehr kann er zusätzlich auch erleben, in welcher Geschwindigkeit die Ideallinie gefahren werden kann oder durch Rennfahrer gefahren wird. Hierbei werden durch die Aktuatoransteuereinheit nicht nur die Lenkaktuatoren, sondern auch die Beschleunigungs- und Verzögerungsaktuatoren automatisch angesteuert.
Da bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung der Lerneffekt aufgrund der hohen Geschwindigkeiten nicht unbedingt im Vordergrund steht, können in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung Eingabemittel vorhanden sein, mit denen ein Geschwindigkeitsbereich vorgebbar ist, in dem sich das Kraftfahrzeug in der ersten Stufe autonom bewegen soll.
Hierbei können beispielsweise ebenfalls zu den Positionsdaten der Ideallinie zusätzlich die dazugehörigen optimalen Geschwindigkeitsdaten bzw. Beschleunigungs- und Verzögerungsdaten gespeichert werden. Der Geschwindigkeitsbereich kann vom Fahrer vorgegeben werden. Wählt dieser beispielsweise einen langsamen Geschwindigkeitsbereich, werden für das vollständig autonome Befahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs zu den Positionsdaten dazugehörige Geschwindigkeitsdaten bzw. Beschleunigungs- und Verzögerungsdaten vorgegeben, die bspw. um 50% geringer sind, als die optimalen Geschwindigkeitsdaten. Das Fahrzeug würde dann bspw. immer noch bei den jeweiligen Beschleunigungs- und Verzögerungspunkten beschleunigen oder verzögern, aber nur auf eine geringere Maximalgeschwindigkeit.
Damit der Fahrer auch versteht, warum die autonom befahrene Ideallinie optimal ist, werden ihm für das Verständnis der Ideallinie in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wichtige Fahrinformationen optisch und/oder akustisch und/oder haptisch mitgeteilt. So kann dem Fahrer bspw. beim autonomen Befahren einer S-Kurve über ein Display mitgeteilt werden, dass aufgrund der S-Kurve der Scheitel der ersten Kurve nach hinten gelegt wird, um die zweite Kurve mit einer maximalen Beschleunigung oder Geschwindigkeit verlassen zu können. Diese Fahrinformationen können dem Fahrer auch vorab bei einer virtuellen Fahrt in einem Fahrsimulator oder vor Fahrtbeginn in Form einer Offline-Simulation auf einem Display im Fahrzeug übermittelt werden.
Nachdem der Fahrer in der einstellbaren ersten Stufe der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung schon eine grobe Vorstellung von der zeitoptimalen Ideallinie erlangt hat, werden vorteilhafterweise in einer einstellbaren zweiten Stufe der Steuervorrichtung die Aktuatoren des Kraftfahrzeugs unabhängig von der Aktuatoransteuereinheit, also nicht automatisch durch die Aktuatoransteuereinheit angesteuert, sondern durch Betätigung entsprechender Bedienelemente durch den Fahrer, und zwar derart, dass der Fahrer selbständig in etwa der Ideallinie folgt. Zusätzlich sind Mittel vorhanden, die in Abhängigkeit von den aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie Hinweisinformationen ausgeben können. Diese Hinweisinformationen werden in einer Ermittlungseinheit erzeugt.
In der zweiten Stufe werden somit die aktiven Eingriffe abgeschaltet. Der Fahrer fährt in der zweiten Stufe selbstständig entlang des abgeschlossenen Streckenverlaufs. Durch die Verfügbarkeit einer genauen Positionserkennungseinheit, bspw. einer GPS-gestützten Inertialmesstechnik, und einer hochgenauen Digitalkarte, die ebenfalls mittels der Positionserkennungseinheit erstellt werden kann, werden durch einen dynamischen Map-Matching Algorithmus Querablage und Kurswinkelfehler zur zeitoptimalen Ideallinie bezogen auf eine streckenfeste Referenzlinie, beispielsweise der Mittellinie, berechnet. Querablage, Kurswinkelfehler und Geschwindigkeitsdifferenz beschreiben die Abweichung von der gewünschten Ideallinie. Sind Querablage, Kurswinkelfehler und Geschwindigkeitsdifferenz gleich Null, so bewegt sich das Fahrzeug genau entlang der vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie mit der vorgegebenen Geschwindigkeit.
Zusätzlich erhält der Fahrer in der zweiten Stufe Informationen über seine aktuelle Abweichung zur zeitoptimalen Ideallinie des abgeschlossenen Streckenverlaufs oder über streckenspezifische Eingriffspunkte, wie Einlenkpunkte, Beschleunigungs- oder Verzögerungspunkte. Die Informationen können dem Fahrer optisch und/oder akustisch und/oder haptisch übermittelt werden. Wird der Hinweis bzw. die Information optisch an den Fahrer übermittelt, erscheint dies beispielsweise in einem Display, vorzugsweise in einem Head-up-Display. Soll der Hinweis bzw. die Information dem Fahrer in Form von haptischen Signalen übermittelt werden, können in den Lenkradspeichen mechanische oder elektrische Impulse erzeugt werden, die der Fahrer durch seine am Lenkrad befindlichen Hände wahrnehmen kann. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die mechanischen oder elektrischen Impulse für verschiedene Lenkinformationen für die linke und rechte Seite getrennt ausgegeben werden. Mit diesen Informationen kann der Fahrer während der Fahrt jederzeit überprüfen, wie gut er das bereits Erlernte umsetzen kann und ggf. kleine Abweichungen korrigieren. Diese Informationen können auch gespeichert werden, so dass der Fahrer auch noch nach Befahren der Rennstrecken die Möglichkeit hat, sich die Informationen bzw. Hinweise zu verinnerlichen.
Nachdem der Fahrer den abgeschlossenen Streckenverlauf in der zweiten Stufe der Steuervorrichtung mehrmals durchfahren hat, können vorteilhafterweise in einer einstellbaren dritten Stufe der Steuervorrichtung die Aktuatoren (entsprechend der zweiten Stufe) ebenfalls lediglich durch Betätigung der entsprechenden Bedienelemente durch den Fahrer selbst derart angesteuert werden, dass der Fahrer selbständig der ortoptimalen Ideallinie folgt. Im Unterschied zur zweiten Stufe werden in der dritten Stufe jedoch keine Hinweise in Hinblick auf die Abweichung der vom Fahrer gefahrenen Linie zur gespeicherten Ideallinie mehr an den Fahrer ausgegeben. Der Fahrer soll in dieser dritten Stufe das bereits Erlernte nun vollkommen ohne Unterstützung umsetzen.
Nach Befahren der Rennstrecke in der dritten Stufe der Steuervorrichtung werden vorteilhafterweise in einer Ermittlungseinheit die Abweichungen der gefahrenen Linie zur Ideallinie ermittelt. In Abhängigkeit dieser ermittelten Abweichungen werden anschließend, also erst nach Befahren der Rennstrecke relevante Informationen an den Fahrer ausgegeben.
Bei den relevanten Informationen kann es sich beispielsweise um eine Bewertung handeln, wie gut der Fahrer der Ideallinie gefolgt ist. Die Bewertung kann in Form von einem Notensystem von eins bis sechs oder in Prozentangaben ausgegeben werden. Zusätzlich kann dem Fahrer noch mitgeteilt werden, an welchen Stellen im abgeschlossenen Streckenverlauf er die größten Abweichungen zur ortsoptimalen Ideallinie hatte. Dadurch soll dem Fahrer die Möglichkeit gegeben werden, beim erneuten Befahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs in der dritten Stufe der Steuervorrichtung besonders auf diejenigen Streckenabschnitte zu achten, in denen seine Abweichungen von der Ideallinie am größten waren.
Um den Fahrern in der zweiten und dritten Stufe der Steuervorrichtung auch bei selbstständigen Befahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs ausreichend schützen zu können, kann vorteilhafterweise in der zweiten und dritten Stufe der Steuervorrichtung mittels der Aktuatoransteuereinheit ein automatischer Noteingriff in die Ansteuerung der Aktuatoren vorgenommen werden falls ein Abkommen von der Strecke oder eine andere kritische Situation droht. Dies bedeutet, dass der Fahrer in jeder Lage ausreichend geschützt wird, auch wenn er den Streckenverlauf falsch einschätzt und daraufhin die relevanten Aktuatoren falsch ansteuert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und Fig. 2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der Steuervorrichtung zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen
Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs.
In der Fig. 1 ist eine Steuervorrichtung SV dargestellt, die eine Speichereinheit SP umfasst. In der Speichereinheit sind die Positionsdaten (x; y) und die dazugehörigen Geschwindigkeitsdaten (v) der Ideallinie des abgeschlossenen Streckenverlaufs S, den der Fahrer ausgewählt hat, gespeichert. Weiter ist in der Speichereinheit SP gespeichert, welcher Geschwindigkeitsbereich vθ, vi , v2 oder v3 zum Durchfahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs S in der ersten Stufe der Steuervorrichtung SV ausgewählt wurde. In der Fig. 1 wurde der langsamste Geschwindigkeitsbereich vi ausgewählt. Schließlich wird in der Speichereinheit SP auch gespeichert, welche Stufe 1 , 2 oder 3 der Fahrer ausgewählt hat. Hier ist es die Stufe 1.
Weiter umfasst die Steuervorrichtung SV eine Positionserkennungseinheit P zum Bestimmen der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel). Die relative Position des Kraftfahrzeugs (xrel; yrel) wird aus den Positionsdaten der Ideallinie (x; y) und den aktuellen Positionsdaten des Fahrzeugs (xK; yK) für jeden Streckenpunkt ermittelt. Schließlich umfasst die Steuervorrichtung eine Aktuatoransteuereinheit A zum automatischen Ansteuern verschiedener Aktuatoren L, B und DK des Kraftfahrzeugs und eine Ermittlungseinheit M zum Erzeugen verschiedener Informationen bzw. Hinweise, die an ein Display D ausgegeben werden können.
Anhand der Fig. 2 wird mittels eines vereinfachten Ablaufdiagramms erläutert, wie die Steuervorrichtung das Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs ermöglicht.
Sobald die Steuervorrichtung zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs aktiv ist, werden in einem ersten Schritt 100 die Positionsund Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungs- und Verzögerungsdaten (x; y; v) des vom Fahrer ausgewählten abgeschlossenen Streckenverlaufs gespeichert. Diese Daten können entweder bereits fest im Fahrzeug gespeichert sein, oder von einer DVD oder über einen anderen externen Datenträger an das Fahrzeug bzw. die Speichereinheit übermittelt werden. In einem Schritt 200 kann der Fahrer die Stufe der Steuervorrichtung auswählen, die er für das Erlernen des Befahrens benötigt.
Im Schritt 300 wird abgefragt, ob der Fahrer die erste Stufe 1 ausgewählt hat. Hat er diese erste Stufe 1 ausgewählt, wird im Schritt 310 der vom Fahrer ausgewählte Geschwindigkeitsbereich vθ, vi , v2 oder v3 in der Speichereinheit gespeichert.
Im Schritt 320 wird kontinuierlich die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) ermittelt. Im Schritt 330 werden dann kontinuierlich durch die Aktuatoransteuereinheit in Abhängigkeit von den Positionsdaten und den dazugehörigen Geschwindigkeitsdaten (x; y; v) der Ideallinie, dem ausgewählten Geschwindigkeitsbereich vθ, vi , v2 oder v3 und der ermittelten aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) die Lenkaktuatoren L, die Beschleunigungsaktuatoren DK und die Bremsaktuatoren B derart angesteuert, dass sich das Kraftfahrzeugs entsprechend dem ausgewählten Geschwindigkeitsbereich autonom entlang der Ideallinie des abgeschlossenen Kurvenverlaufs bewegt. Ist als Geschwindigkeitsbereich vθ ausgewählt, wird von der Aktuatoransteuereinheit lediglich die Querführung des Fahrzeugs übernommen, also nur die Lenkaktuatoren L automatisch angesteuert. Für die Längsführung ist der Fahrer selbst durch Betätigung entsprechender Bedienelemente wie Gaspedal und Bremspedal zuständig. Zusätzlich werden im Schritt 340 Informationen in Form von optischen Signalen an ein Display D ausgegeben.
Hat der Fahrer den ganzen Streckenverlauf in der ersten Stufe der Steuervorrichtung durchfahren, wird vom Schritt 340 zum Schritt 200 gesprungen. Im Schritt 200 kann der Fahrer erneut die Stufe der Steuervorrichtung auswählen, die er für das Erlernen des Befahrens benötigt.
Im Schritt 300 wird wieder abgefragt, ob der Fahrer die erste Stufe 1 ausgewählt hat. Hat er diese erste Stufe 1 ausgewählt, werden wieder die Schritte 310 bis 340 durchgeführt. Hat er nicht die erste Stufe 1 ausgewählt, wird vom Schritt 300 in den Schritt 400 übergegangen.
Im Schritt 400 wird abgefragt, ob der Fahrer die zweite Stufe 2 der Steuervorrichtung ausgewählt hat. Hat er diese zweite Stufe2 ausgewählt, wird zum Schritt 410 übergegangen, in dem wiederum kontinuierlich die aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) ermittelt wird. In dieser zweiten Stufe 2 findet jedoch keine automatische Ansteuerung der Aktuatoren durch die Aktuatoransteuereinheit mehr statt. Vielmehr werden im Schritt 420 kontinuierlich lediglich in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel: yrel) Hinweise über den relativen Abstand zur Ideallinie dl und/oder über den relativen Geschwindigkeitsabstand zu den optimalen Geschwindigkeitsdaten dv und/oder über streckenspezifische Eingriffspunkte wie Beschleunigungszeitpunkt PBe oder Bremszeitpunkt PBr ermittelt und ausgegeben.
Hat der Fahrer den ganzen Streckenverlauf in der zweiten Stufe 2 der Steuervorrichtung durchfahren, wird vom Schritt 420 zum Schritt 200 gesprungen. Im Schritt 200 kann der Fahrer erneut die Stufe der Steuervorrichtung auswählen, die er für das Erlernen des Befahrens benötigt.
Im Schritt 300 wird wieder abgefragt, ob der Fahrer die erste Stufe 1 ausgewählt hat. Hat er diese erste Stufe 1 ausgewählt, werden wieder die Schritte 310 bis 340 durchgeführt. Hat der Fahrer nicht die erste Stufe 1 ausgewählt, wird vom Schritt 300 in den Schritt 400 übergegangen. Hat er die zweite Stufe 2 ausgewählt, werden wieder die Schritte 410 und 420 durchgeführt. Hat er weder die erste Stufe 1 noch die zweite Stufe 2 ausgewählt, wird vom Schritt 400 in den Schritt 510 übergegangen.
Im Schritt 510 wird entsprechend den Schritten 320 und 410 kontinuierlich die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) ermittelt. In dieser dritten Stufe 3 der Steuervorrichtung findet entsprechend der zweiten Stufe 2 ebenfalls keine automatische Ansteuerung der Aktuatoren durch die Aktuatoransteuereinheit mehr statt. Im Unterschied zur zweiten Stufe 2 werden in der dritten Stufe 3 auch keine Hinweise während der Fahrt an den Fahrer ausgegeben. Vielmehr wird im Schritt 520 lediglich eine Bewertung des Fahrers hinsichtlich des selbstständigen Befahrens des abgeschlossenen Streckenverlaufs vorgenommen. Die Bewertung wird in Abhängigkeit vom relativen Abstand zur Ideallinie dl und/oder vom relativen Geschwindigkeitsabstand zu den optimalen Geschwindigkeitsdaten dv vorgenommen. Erst wenn der Fahrer den ganzen Streckenverlauf in der dritten Stufe der Steuervorrichtung durchfahren hat, wird im Schritt 530 die im Schritt 520 ermittelte Bewertung über ein Display D an den Fahrer ausgegeben. Zusätzlich wird dem Fahrer mitgeteilt, an welchen Stellen im abgeschlossenen Streckenverlauf er noch die größten Schwierigkeiten hat. Dies kann dem Fahrer bspw. mittels eines Displays aufgezeigt werden, auf dem der gesamte Streckenverlauf dargestellt ist und diejenigen Bereiche, in denen der Fahrer die größten Schwierigkeiten hatte, mit einer anderen Farbe hervorgehoben werden.

Claims

Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen IdealliniePatentansprüche
1. Steuervorrichtung (SV) für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbständigen Befahrens einer vorgegebenen zeitoptimalen Ideallinie eines abgeschlossenen Streckenverlaufs (S), vorzugsweise einer Rennstrecke
- mit einer Speichereinheit (SP), in der zumindest die Positionsdaten der Ideallinie des abgeschlossenen Streckenverlaufs (x; y) gespeichert sind,
- mit einer Positionserkennungseinheit (P) zum Bestimmen der aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) und
- mit einer Aktuatoransteuereinheit (A) zum automatischen Ansteuern von Aktuatoren (L, B, DK) des Kraftfahrzeugs, wobei in einer einstellbaren ersten Stufe (1 ) der Steuervorrichtung (SV) in Abhängigkeit von den Positionsdaten der Ideallinie (x; y) und den aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) zumindest die Lenkaktuatoren (L) des Kraftfahrzeugs durch die Aktuatoransteuereinheit (A) automatisch derart angesteuert werden, dass sich das Kraftfahrzeug zumindest im Hinblick auf die Querführung autonom entlang der Ideallinie des abgeschlossenen Streckenverlaufs bewegt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinheit (SP) zusätzlich zu den Positionsdaten der Ideallinie (x; y) optimale Geschwindigkeitsdaten (v) und/oder Beschleunigungs- und Verzögerungsdaten gespeichert sind, und dass in der einstellbaren ersten Stufe (1 ) der Steuervorrichtung (SV) die Beschleunigungs- und Verzögerungsaktuatoren (B, DK) derart angesteuert werden, dass sich das Kraftfahrzeug auch im Hinblick auf die Längsführung autonom entlang der Ideallinie mit einer den Geschwindigkeitsdaten (v) entsprechenden Geschwindigkeit bewegt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Eingabemittel vorhanden sind, mit denen ein Geschwindigkeitsbereich (vθ, vi , v2, v3) vorgebbar ist, in dem sich das Kraftfahrzeug in der ersten Stufe (1 ) autonom bewegt.
4. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ermittlungseinheit M in Abhängigkeit von den Positionsdaten der Ideallinie (x; y) Fahrinformationen ermittelt werden, und dass Mittel (D) vorhanden sind, die während der ersten Stufe (1 ) die Fahrinformationen in Form von optische und/oder akustische und/oder haptische Signale an den Fahrer ausgeben.
5. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer einstellbaren zweiten Stufe (2) der Steuervorrichtung (SV) die Lenk- und Beschleunigungsund Verzögerungsaktuatoren (L, DK1 B) des Kraftfahrzeugs unabhängig von der Aktuatoransteuereinheit (A) durch Betätigung entsprechender Bedienelemente durch den Fahrer derart angesteuert werden, dass der Fahrer selbständig der Ideallinie folgt, und dass eine Ermittlungseinheit M in Abhängigkeit von den aktuellen Positionsdaten des Kraftfahrzeugs relativ zur Ideallinie (xrel; yrel) Hinweise ermittelt, und dass Mittel (D) vorhanden sind, die die Hinweise in Form von optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Signalen ausgeben.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinweise in einem Display (D) vorzugsweise in einem Head-up- Display und/oder als mechanische oder elektrische Impulse in den Lenkradspeichen ausgegeben werden.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinweise Informationen über den relativen örtlichen Abstand (dl) zu den Positionsdaten (x; y) der Ideallinie und/oder über den relativen Geschwindigkeitsabstands (dv) zu den optimalen Geschwindigkeitsdaten (v) der Ideallinie und/oder über streckenspezifische Eingriffspunkte (PBr, PBe) sind.
8. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer einstellbaren dritten Stufe (3) der Steuervorrichtung (SV) die Aktuatoren (L, DK, B) unabhängig von der Aktuatoransteuereinheit (A) durch Betätigung entsprechender Bedienelemente durch den Fahrer derart angesteuert werden, dass der Fahrer selbständig der Ideallinie folgt und keine Hinweise mehr ausgegeben werden.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Befahren des abgeschlossenen Streckenverlaufs in der dritten Stufe (3) der Steuervorrichtung (SV) in einer Ermittlungseinheit (M) in Abhängigkeit vom relativen örtlichen Abstand der gefahrenen Linie zu den Positionsdaten (x; y) der Ideallinie und/oder über den relativen Geschwindigkeitsabstands zu den optimalen Geschwindigkeitsdaten (v) der Ideallinie ein Bewertungsfaktor ermittelt wird und dass Mittel (D) vorhanden sind, die den Bewertungsfaktor ausgeben.
10. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten (2) und/oder dritten Stufe (3) der Steuervorrichtung (SV) die Aktuatoransteuereinheit (A) einen automatischen Noteingriff in die Ansteuerung der Aktuatoren (L, DK, B) durchführt, wenn ein Abkommen von der Rennstrecke oder ein Unfall droht.
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