DE102011012784A1 - Method for collision prevention or collision sequence reduction of motor car, involves using intersection card of computed parameter map for determining transverse displacement of vehicle to assigned guidance assignment dot - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung oder Kollisionsfolgenminderung gemäß Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zur Kollisionsvermeidung oder Kollisionsfolgenminderung gemäß Anspruch 10.The invention relates to a method for collision avoidance or collision consequences reduction according to
Zur Vermeidung von Kollisionen von Kraftfahrzeugen bzw. zur Verminderung der Kollisionsstärke, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche die Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels Sensoren überwachen und beim Erkennen einer drohenden Kollision eine Warnung an den Fahrer ausgeben und/oder einen automatischen Lenk- oder Bremseinsatz durchführen. Dabei werden vor allem vorausfahrende oder stehende Objekte auf der Fahrspur des Kraftfahrzeugs detektiert. Für diese Objekte werden die Zeitreserven Time-To-Brake und Time-To-Steer berechnet. Diese geben die verbleibende Zeit bis zum Beginn des letztmöglichen Brems- bzw. Lenkmanövers an, durch welche der Fahrer eine Kollision gerade noch verhindern kann. Die so genannte Time-To-React ist das Maximum aus Time-To-Brake und Time-To-Steer, also die verbleibende Zeitdauer bis zum letztmöglichen Kollisionsvermeidungsmanöver des Fahrers. Abhängig von der Time-To-React wird eine Warnung, Teilbremsung oder Vollbremsung eingeleitet. Für die Berechnung der Time-To-Steer – und damit des letztmöglichen Ausweichmanövers – wird dabei angenommen, dass das letztmögliche Lenkmanöver durch eine Kurvenfahrt mit konstantem Radius und maximaler Querbeschleunigung (
Aus der
Der Stand der Technik weist verschiedene Nachteile auf. Zum Teil werden in der Realität nicht durchführbare Ausweichmanöver berechnet oder es werden nur einzelne Objekte betrachtet, was dazu führt, dass nicht berücksichtigt wird, ob unter Betrachtung aller erfassten Objekte tatsächlich eine Ausweichmöglichkeit besteht. Schließlich wird im Stand der Technik nicht berücksichtigt, wie hoch die Anforderungen an den menschlichen Fahrer bei der Durchführung eines Kollisionsmanövers sindThe prior art has several disadvantages. In part, in practice, non-feasible evasive maneuvers are calculated or only individual objects are considered, which means that it is not taken into account whether there is an alternative possibility when considering all detected objects. Finally, the state of the art does not take into account the demands on the human driver when carrying out a collision maneuver
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue, effiziente Berechnungsmethode für das letztmögliche Ausweichmanöver bereit zu stellen, welche anstelle eines in der Realität nicht durchführbaren Ausweichmanövermodells wie z. B. einer Kreisbahn, ein Polynommodell eines physikalisch fahrbaren Ausweichmanövers verwendet. Außerdem soll das Verfahren berechnen, ob unter Betrachtung aller Objekte tatsächlich eine Ausweichmöglichkeit für den Fahrer besteht sowie berücksichtigen, wie hoch die Anforderungen an einen menschlichen Fahrer bei der Durchführung eines Kollisionsmanövers sind.The object of the invention is to provide a new, efficient calculation method for the last possible evasive maneuver, which instead of a not feasible in reality evasive maneuver model such. As a circular path, a polynomial of a physically movable evasive maneuver used. In addition, the method is to calculate whether, considering all objects, there is actually a possibility for the driver to evade, and to consider the requirements of a human driver when carrying out a collision maneuver.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the method according to
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst ein Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Das Umfeld des Kraftfahrzeugs umfasst dabei vorzugsweise den Raumbereich vor und hinter dem Kraftfahrzeug sowie die beidseitigen Seitenraumbereiche. Weiterhin vorzugsweise werden von jedem Objekt Position, Ausrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung erfasst.According to the invention, it is provided that first an object in the environment of the motor vehicle is detected. The environment of the motor vehicle preferably comprises the space area in front of and behind the motor vehicle and the two-sided side space areas. Further preferably, position, orientation, speed and acceleration are detected by each object.
Ziel ist es nun, alle möglichen fahrbaren und kollisionsfreien Ausweichtrajektorien des Systemfahrzeugs zu bestimmen und zu bewerten. Dazu wird für jedes erfasste Objekt eine Parameterkarte berechnet, die zeigt, welcher Querversatz des Kraftfahrzeuges zu einem zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt notwendig ist, um eine Kollision mit dem erfassten Objekt zu vermeiden. Vorzugsweise entspricht jeder Punkt der Parameterkarte einem bestimmten Parametervektor p und gibt an, ob das zugehörige Ausweichmanöver zu einer Kollision führt oder nicht. Die Parameterkarte zeigt also, welche Bereiche des diskretisierten Parameterraumes von p kollisionsfrei sind. Die Parameterkarte muss dabei für jedes Szenario neu berechnet werden. Es ist selbstverständlich, dass für die Speicherung der Parameterkarte jede geeignete Datenstruktur wie z. B. ein Array verwendet werden kann.The aim now is to determine and evaluate all possible mobile and collision-free avoidance trajectories of the system vehicle. For this purpose, a parameter map is calculated for each detected object, which shows which transverse offset of the motor vehicle is necessary for an associated steering application time in order to avoid a collision with the detected object. Preferably, each point of the parameter map corresponds to a specific parameter vector p and indicates whether the associated evasive maneuver leads to a collision or not. The parameter map thus shows which areas of the discretized parameter space of p are collision-free. The parameter map must be recalculated for each scenario. It goes without saying that for storing the parameter map any suitable data structure such. B. an array can be used.
Anschließend wird eine Schnittmengenkarte der berechneten Parameterkarten aller erfassten Objekte, zur Bestimmung zumindest eines Querversatzes des Kraftfahrzeuges zu einem zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt, mit dem Kollisionen mit jedem erfassten Objekt vermieden werden, berechnet. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die Parameterkarte grundsätzlich für jedes Szenario neu berechnet werden müsste. Aus Rechenzeitgründen ist es jedoch zumindest äußerst schwierig, bei der Erstellung der Parameterkarte jeden Punkt individuell zu überprüfen. Daher werden vorteilhaft folgende Annahmen genutzt:
Betrachtet werden zwei Szenarien S1 und S2 mit identischem Fahrzustand des Systemfahrzeugs aber jeweils unterschiedlichen Hindernissen H1 und H2. Für diese Szenarien ergeben sich zwei Parameterkarten M1(p) und M2(p), welche angeben, ob das zu dem Parametervektor p gehörende Ausweichmanöver zu einer Kollision führt (M1(p) = 1 bzw. M2(p) = 1) oder nicht (M1(p) = 0 bzw. M2(p) = 0). Kombiniert man nun die Szenarien S1 und S2 zu einem neuen Szenario, dass sowohl das Hindernis H1 als auch das Hindernis H2 enthält, so gilt für die resultierende Schnittmengenkarte an der Stelle p:
Consider two scenarios S1 and S2 with identical driving state of the system vehicle but each different obstacles H1 and H2. For these scenarios, two parameter maps M1 (p) and M2 (p) result, which indicate whether the evasive maneuver associated with the parameter vector p leads to a collision (M1 (p) = 1 or M2 (p) = 1) or not (M1 (p) = 0 or M2 (p) = 0). If the scenarios S1 and S2 are now combined to form a new scenario that contains both the obstacle H1 and the obstacle H2, the following applies to the resulting intersection map at point p:
Die Parameterkarten lassen sich also durch eine einfache MAX-Verknüpfung zu einer Schnittmengenkarte kombinieren.The parameter cards can therefore be combined by means of a simple MAX link to form an interface set.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung umfasst das Berechnen der Parameterkarte für jedes erfasste Objekt das Berechnen einer Berandungslinie, wobei die Berandungslinie auf der Parameterkarte ein kollisionsfreies Gebiet und ein Kollisionsgebiet trennt. Wenn in einem Szenario, lediglich ein Hindernis mit einer einfachen, geometrisch zusammenhängenden Struktur vorliegt, ergibt sich auch ein zusammenhängendes Kollisionsgebiet auf der Parameterkarte. Dieses Gebiet kann durch eine oder zwei Berandungslinien beschrieben werden, welche anschaulich den beiden Ereignissen „Kraftfahrzeug fährt mit minimalem Abstand links an Objekt vorbei” und „Kraftfahrzeug fährt mit minimalem Abstand rechts an Objekt vorbei” entsprechen. Demzufolge können durch Untersuchung der Bewegung der Ecken des Kraftfahrzeugs und der erfassten Objekte die Parameter eines Ausweichmanövers nach links bzw. rechts, welche zu einer Berührung der Kraftfahrzeug- und Objekttrajektorien führen, bestimmt werden. Die Berandungslinien entsprechen somit den Parametern für welche in dem betrachteten Szenario die Ecken des Kraftfahrzeugs mit den Ecken des erfassten Objektes kollidieren. Durch die Berechnung der Berandungslinien kann auf die individuelle Überprüfung jedes einzelnen Punktes für die Neuberechnung der Parameterkarte verzichtet werden.In another preferred embodiment, calculating the parameter map for each detected object comprises calculating a boundary line, wherein the boundary line on the parameter map separates a collision-free area and a collision area. If, in one scenario, there is only one obstacle with a simple, geometrically connected structure, there is also a coherent collision area on the parameter map. This area can be described by one or two boundary lines, which vividly correspond to the two events "motor vehicle with minimum distance left to object passing" and "motor vehicle with minimum distance right past object". Consequently, by examining the movement of the corners of the motor vehicle and the detected objects, the parameters of an evasive maneuver to the left or right, which lead to a contact of the motor vehicle and Objekttrajektorien be determined. The boundary lines thus correspond to the parameters for which, in the considered scenario, the corners of the motor vehicle collide with the corners of the detected object. By calculating the boundary lines, it is possible to dispense with the individual checking of each individual point for the recalculation of the parameter map.
Weiterhin vorzugsweise kann die Parameterkarte anhand der berechneten Berandungslinien mit Hilfe eines Füllalgorithmus (z. B. Floodfill) berechnet werden. Ausgehend von einem Punkt innerhalb der Parameterkarte werden jeweils dessen Nachbarpunkte darauf getestet, ob diese auch die alte Farbe enthalten. Jeder gefundene Punkt mit der alten Farbe wird dabei sofort durch die neue Farbe ersetzt.Furthermore, the parameter map can preferably be calculated on the basis of the calculated boundary lines with the aid of a filling algorithm (eg flood fill). Starting from a point within the parameter map, its neighboring points are tested for whether they also contain the old color. Each found point with the old color is immediately replaced by the new color.
Vorteilhaft erfolgt das Berechnen einer Berandungslinie mit Hilfe einer Lookup-Tabelle. Selbstverständlich ist auch jede andere Datenstruktur denkbar, die entsprechend vorberechnete Daten enthält. Entscheidend ist, statt der jeweiligen Überprüfung der einzelnen Punkte eine erheblich schnellere Wertsuche innerhalb eines Datenfeldes durchzuführen.It is advantageous to calculate a boundary line with the aid of a lookup table. Of course, any other data structure is conceivable that contains corresponding precalculated data. It is crucial to perform a considerably faster value search within a data field instead of the respective review of the individual points.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das letztmögliche Ausweichmanöver bestimmt, indem zunächst alle zusammenhängenden kollisionsfreien Bereiche auf der Schnittmengenkarte, die zumindest eine festgelegte minimale Ausdehnung aufweisen, erfasst werden. Die Ausdehnung wird dabei über die Dimensionen Querversatz und Lenkeinsatzzeitpunkt definiert. Für die Erfassung der zusammenhängenden Bereiche existieren eine Vielzahl von effizienten Algorithmen, wie z. B. wiederum Floodfill.In a further advantageous embodiment, the last possible evasive maneuver is determined by first detecting all contiguous collision-free areas on the interface, which have at least one specified minimum extent. The extent is defined by the dimensions transverse offset and steering time. For the detection of the contiguous areas exist a variety of efficient algorithms, such. B. again Floodfill.
Vorteilhaft wird außerdem beachtet, welche Anforderungen ein Kollisionsvermeidungsmanöver an das Können des Fahrers stellt. Vorzugsweise geschieht dies indem die Größe des kollisionsfreien Gebiets auf der Parameterkarte bewertet wird. Bei kleinen kollisionsfreien Gebieten um die zu bewertende Trajektorie steht dem Fahrer nur eine entsprechend kleine Schar an kollisionsfreien Ausweichtrajektorien zur Verfügung. Der Fahrer muss zur Kollisionsvermeidung also die Parameter des Ausweichmanövers sehr genau einhalten. Bei großen Gebieten sind die Anforderungen an den Fahrer entsprechend geringer. Vorzugsweise werden daher alle Ausweich-Parametersätze die innerhalb der erfassten kollisionsfreien Bereiche liegen und einen festgelegten Mindestabstand zu den Kollisionsbereichen aufweisen bestimmt, wobei die Ausweich-Parametersätze durch einen Querversatz des Kraftfahrzeuges (Δysoll) und einen zugeordneten Lenkeinsatzeitpunkt (tstart) definiert sind. Anschließend wird der Ausweich-Parametersatzes mit dem spätesten zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt bestimmt. Dieser stellt das letztmögliche Ausweichmanöver dar.In addition, it is advantageously considered which requirements a collision avoidance maneuver places on the ability of the driver. Preferably, this is done by evaluating the size of the collision-free area on the parameter map. For small collision-free areas around the trajectory to be evaluated, the driver has only a correspondingly small number of collision-free avoidance trajectories available. For collision avoidance, the driver therefore has to comply very precisely with the parameters of the evasive maneuver. For large areas, the demands on the driver are correspondingly lower. Preferably, therefore, all alternate parameter sets which lie within the detected collision-free regions and have a fixed minimum distance to the collision regions are determined, wherein the alternate parameter sets are defined by a transverse offset of the motor vehicle (Δy soll ) and an associated steering angle instant (t start ). Subsequently, the alternate parameter set is determined with the latest assigned steering application time. This represents the last possible evasive maneuver.
Vorzugsweise werden bei der Erfassung eines Objektes dessen Position und von der Position ableitbare Parameter erfasst. Zu diesen ableitbaren Parametern zählen unter anderem die Ausrichtung, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der erfassten Objekte. Auch weitere von der Position ableitbare Parameter können jedoch verwendet werden. Es liegt auf der Hand, dass die Parameter nicht zwangsläufig aus der Position berechnet werden müssen, sondern auch direkt gemessen werden können. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Kraftfahrzeug mit den Objekten in seiner Umgebung kommuniziert und die benötigten Parameter auf diese Weise übermittelt werden. Auch die Berechnung aus anderen bekannten Parametern als der Position ist denkbar.Preferably, when detecting an object, its position and parameters derivable from the position are detected. These derivable parameters include, among other things, the alignment, speed and acceleration of the detected objects. However, further parameters derivable from the position can also be used. It is obvious that the parameters do not necessarily have to be calculated from the position, but also measured directly can be. It is conceivable, for example, that the motor vehicle communicates with the objects in its surroundings and the required parameters are transmitted in this way. The calculation from other known parameters as the position is conceivable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Objekt im Umfeld des Kraftfahrzeugs mittels Radar-, Lidar-, Video- und/oder Ultraschallsensoren erfasst. Selbstverständlich ist auch jede andere Art von geeigneten Sensoren wie z. B. ein Raddrehzahlsensor denkbar. Gegebenenfalls kann vorteilhaft auch eine Kombination der Sensoren zum Einsatz kommen.In a further advantageous embodiment, the object is detected in the environment of the motor vehicle by means of radar, lidar, video and / or ultrasonic sensors. Of course, any other type of suitable sensors such. B. a wheel speed sensor conceivable. Optionally, a combination of the sensors can also be advantageously used.
Vorzugsweise werden Zustandsdaten des Kraftfahrzeuges und/oder der Objekte, insbesondere die Position des Kraftfahrzeugs und/oder der Objekte mittels eines kartenbasierten satellitengestützten Navigations-Systems (z. B. Global-Positioning-System, Galileo), Radar, Lidar, Video- und/oder Ultraschallsensoren erfasst. Insbesondere das satellitengestützten Navigations-System kann vorteilhaft anhand einer elektronischen Straßenkarte Informationen über passive Objekte, über die Straßenführung oder über die Anzahl der Fahrspuren liefern.Preferably, status data of the motor vehicle and / or the objects, in particular the position of the motor vehicle and / or the objects by means of a map-based satellite-based navigation system (eg Global Positioning System, Galileo), radar, lidar, video and / or or ultrasonic sensors detected. In particular, the satellite-based navigation system can advantageously provide information on passive objects, on the road guidance or on the number of lanes on the basis of an electronic road map.
Weiter vorzugsweise werden zur Berechnung der Parameterkarte Ausweichtrajektorien verwendet, wobei die Ausweichtrajektorien insbesondere im Wesentlichen S-förmige Kurven darstellen. Vorteilhaft wird eine Ausweichtrajektorie dabei als Polynom modelliert, wobei die Koeffizienten des Ausweichpolynoms neben den aktuellen Zustandsdaten des Kraftfahrzeugs (z. B. Geschwindigkeit, Lenkwinkel) von folgenden Parametern abhängen:
- • dem gewünschten Querversatz Δysoll
- • dem gewünschten Startzeitpunkt des Ausweichmanövers tstart
- • der maximal zulässigen Querbeschleunigung aymax
- • the desired transverse offset Δy soll
- • the desired start time of the evasive maneuver t start
- • the maximum permissible lateral acceleration a ymax
Für die Berechnung des letztmöglichen Ausweichmanövers wird vorteilhaft angenommen, dass die maximal zulässige Querbeschleunigung aymax konstant ist. Der Querversatz Δysoll und der Startzeitpunkt des Ausweichmanövers tstart sind dagegen stets vom jeweiligen Szenario (Fahrzeuggeschwindigkeit, Lage/Orientierung/Geschwindigkeit der Hindernisse, etc.) abhängig. Der Querversatz Δysoll und der letztmögliche Startzeitpunkt tstart bedingen sich gegenseitig. Steht mehr Ausweichraum zur Verfügung, d. h. ist ein großer Querversatz möglich, so kann das Ausweichmanöver später gestartet werden als bei geringerem Sollversatz.For the calculation of the last possible avoidance maneuver, it is advantageously assumed that the maximum permissible lateral acceleration a ymax is constant. The transverse offset Δy soll and the start time of the evasive maneuver t start , however, are always dependent on the respective scenario (vehicle speed, position / orientation / speed of the obstacles, etc.). The transverse offset Δy soll and the last possible starting time t start are mutually dependent. If more escape space is available, ie if a large transverse offset is possible, then the evasive maneuver can be started later than with a lower setpoint offset.
Jede mögliche Ausweichtrajektorie des Kraftfahrzeugs. kann daher eindeutig durch einen Parametervektor p = (tstart, Δysoll) mit zwei Freiheitsgraden beschrieben werden. Die maximal zulässige Querbeschleunigung und die aktuelle Fahrgeschwindigkeit werden in einem betrachteten Szenario als konstant angenommen und müssen deshalb nicht berücksichtigt werden. Bei der Suche nach Ausweichmanövern muss für jede mögliche Trajektorie des Systemfahrzeugs berechnet werden, ob sie zu einer Kollision mit einem anderen Objekt führt oder nicht, d. h. p → c, c = {keine Kollision = 0; Kollision = 1}.Any evasion trajectory of the motor vehicle. can therefore be described unambiguously by a parameter vector p = (t start , Δy soll ) with two degrees of freedom. The maximum permissible lateral acceleration and the current driving speed are assumed to be constant in a considered scenario and therefore do not have to be considered. In the search for evasive maneuvers, it must be calculated for each possible trajectory of the system vehicle whether or not it leads to a collision with another object, ie p → c, c = {no collision = 0; Collision = 1}.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zur Kollisionsvermeidung oder Kollisionsfolgenminderung, mit einem Objekt-Erfassungsmittel zur Erfassung zumindest eines Objektes im Umfeld des Kraftfahrzeuges, einem Parameterkarten-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Parameterkarte für jedes erfasste Objekt, derart, das die jeweilige Parameterkarte zeigt, welcher Querversatz des Kraftfahrzeuges zu einem zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt notwendig ist, um eine Kollision mit dem erfassten Objekt zu vermeiden, und einem Schnittmengenkarten-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Schnittmengenkarte der berechneten Parameterkarten aller erfassten Objekte, wobei das Schnittmengenkarten-Berechnungsmittel dazu ausgebildet ist, mittels der Schnittmengenkarte zumindest einen Querversatz des Kraftfahrzeuges und einen zugeordneten Lenkeinsatzzeitpunkt zu ermitteln, mit dem Kollisionen mit jedem der Objekte vermieden werden.Finally, the invention relates to an assistance system for a motor vehicle for collision avoidance or Kollisionsfolgenminderung, with an object detection means for detecting at least one object in the environment of the motor vehicle, a parameter map calculating means for calculating a parameter map for each detected object, such as the respective parameter map, which lateral offset of the motor vehicle is necessary at an associated steering application time to avoid a collision with the detected object, and an intersection map calculating means for calculating an intersection map of the calculated parameter maps of all detected objects, wherein the intersection map calculation means is adapted to at least by means of the intersection map to determine a transverse offset of the motor vehicle and an associated steering application time, are avoided with the collisions with each of the objects.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings. Showing:
In allen Figuren werden zur Vereinfachung ausschließlich Ausweichmanöver nach links dargestellt. Ausweichmanöver nach rechts sind analog zu behandeln.In all figures, only avoidance maneuvers are shown to the left for simplicity. Evasive maneuvers to the right are to be treated analogously.
Auf der rechten Seite ist das Szenario dargestellt, dass sich nicht nur vor, sondern auch neben dem Kraftfahrzeug
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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