AT519547B1 - Vorrichtung und Verfahren zur prädiktiven Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, umfassend einen Umgebungssensor zur Aufnahme der aktuellen Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs, einen Bremsaktuator zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs, einen Beschleunigungsaktuator zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs, eine Recheneinheit, die dazu ausgestaltet ist, Stellwerte zur Ansteuerung des Bremsaktuators und des Beschleunigungsaktuators zu berechnen, wobei der Umgebungssensor zur Detektion der Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs eingerichtet ist, und die Recheneinheit einen Prädiktor zur Berechnung einer Risikofunktion innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts umfasst, wobei die Risikofunktion zumindest auf Grundlage der Bewegungsdaten des eigenen Fahrzeugs und der detektierten Verkehrsteilnehmer berechnet wird, und wobei die Recheneinheit einen Optimierer für die Sollbeschleunigung des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors umfasst, der die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit zur Berechnung der Stellwerte aus der ermittelten Sollbeschleunigung des Fahrzeugs eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Description

Beschreibung

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR PRÄDIKTIVEN STEUERUNG DER GESCHWINDIGKEIT EINES FAHRZEUGS [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur prädiktiven Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

[0002] Bekannte Fahrerassistenzsysteme sind beispielsweise unter der Bezeichnung Adaptive Cruise Control bekannt und umfassen zumindest einen Umgebungssensor zur Aufnahme der aktuellen Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs, einen Bremsaktuator zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs, einen Beschleunigungsaktuator zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs, sowie eine Recheneinheit, die dazu ausgestaltet ist, Stellwerte zur Ansteuerung des Bremsaktuators und des Beschleunigungsaktuators des Fahrzeugs zu berechnen.

[0003] Diese Systeme zielen darauf ab, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs so zu kontrollieren, dass eine gewünschte Größe, meist der Unterschied zwischen der longitudinalen Geschwindigkeit und einer meist vom Fahrer voreingestellten Referenzgeschwindigkeit minimiert wird, ohne einen minimalen Abstand oder eine minimale Bremszeit zum voranfahrenden Fahrzeug, dem sogenannten Vorderfahrzeug, zu unterschreiten. Befindet sich kein Fahrzeug vor dem zu steuernden Fahrzeug, wird in der Regel die vom Fahrer voreingestellte Referenzgeschwindigkeit eingehalten. DE 102004051909 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, umfassend zumindest einen Umgebungssensor zur Aufnahme der aktuellen Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs, einen Bremsaktuator zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs, einen Beschleunigungsaktuator zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs, eine Recheneinheit, die dazu ausgestaltet ist, Stellwerte zur Ansteuerung des Bremsaktuators und des Beschleunigungsaktuators zu berechnen, wobei der Umgebungssensor zur Detektion der Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs eingerichtet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein derartiges Fahrerassistenzsystem für mehrspurige Straßen, wo häufige Spurwechselmanöver des umgebenden Verkehrs auftreten. In dieser Situation zeigen bestehende Ansätze zahlreiche Nachteile, insbesondere entstehen in der Praxis durch die häufige Änderung des Vorderfahrzeugs häufige Abbrems- und Beschleunigungsmanöver, welche den Fahrkomfort beeinträchtigen können, für den Fahrer stresserhöhend wirken und auch negative Auswirkungen auf den Treibstoffverbrauch des zu steuernden Fahrzeugs haben. Auch im Falle eines Überholvorganges tritt eine Änderung des Vorderfahrzeugs auf und kann zu denselben oder anderen Nachteilen führen.

[0004] Diese und andere Nachteile werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

[0005] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Recheneinheit einen Prädiktor zur Berechnung einer Risikofunktion innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts umfasst, wobei die Risikofunktion zumindest auf Grundlage der Bewegungsdaten des eigenen Fahrzeugs und der detektierten Verkehrsteilnehmer berechnet wird, und wobei die Recheneinheit einen Optimierer für die Sollbeschleunigung des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors umfasst, der die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit zur Berechnung der Stellwerte zur Ansteuerung des Bremsaktuators und des Beschleunigungsaktuators aus der ermittelten Sollbeschleunigung des Fahrzeugs eingerichtet ist.

[0006] Der Optimierer berechnet den idealen Verlauf der Stellgrößen beispielsweise mit dem Ziel der Minimierung des Geschwindigkeitsunterschieds zur Referenzgeschwindigkeit. Diese Optimierung erfolgt nicht zwingend frei, sondern gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Randbedingungen. Darunter sind beispielsweise übliche Bedingungen zu finden, wie die maxi1 /11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches patentamt mal mögliche Beschleunigung oder der mögliche Kurvenradius.

[0007] Gegebenenfalls sind hier aber auch Randbedingungen enthalten, die auf Grund des Prädiktors entstehen. Der Prädiktor prädiziert Trajektorien, also mögliche Bewegungsverläufe, der umgebenden Verkehrsteilnehmer. Gegebenenfalls kann der Optimierer unter Kenntnis dieser Trajektorien alle möglichen Trajektorien des gesteuerten Fahrzeugs berechnen. Dies kann Fahrzeuge in der gleichen Spur oder in einer anderen Spur berücksichtigen. Bei einem Spurwechsel kann dabei das damit verbundene Risiko einer Kollision innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts abgeschätzt werden. Die Berechnung wird nicht nur in Bezug auf das Vorderfahrzeug, sondern unter Berücksichtigung etlicher, möglicherweise aller sich in der Reichweite der Sensoren befindlicher Fahrzeuge durchgeführt. Ausgewählt wird durch den Optimierer jene Trajektorie des gesteuerten Fahrzeugs, die das Risiko einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer - nicht nur mit dem Vorderfahrzeug - unter einem Schwellwert hält oder minimiert.

[0008] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Funktionalitäten des Prädiktors und des Optimierers in einem einzigen Modul, insbesondere in einem einzigen Algorithmus implementiert sind.

[0009] Bei den Verkehrsteilnehmern kann es sich insbesondere um Fahrzeuge handeln. Durch die erfindungsgemäße Abstellung auf die Einhaltung eines Risikoschwellwerts oder auf die Beschränkung einer Risikofunktion anstatt der Einhaltung einer konstanten Bremszeit oder eines Mindestabstands zum Vorderfahrzeug wird das tatsächliche Risiko einer Verkehrssituation abgebildet, und abrupte Beschleunigungsänderungen werden vermieden. Darüber hinaus wird durch die Erfindung die Risikowahrnehmung eines Menschen abgebildet, sodass die Ergebnisse einem menschlichen Fahrverhalten ähnlicher sind.

[0010] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung auch zur Steuerung der Lateralposition des Fahrzeugs eingerichtet ist, wobei ein Lenkwinkelaktuator zur Stellung des Lenkwinkels vorgesehen ist und die Recheneinheit zur Berechnung von Stellwerten zur Ansteuerung dieses Lenkwinkelaktuators ausgestaltet ist, wobei der Optimierer auch für die Ermittlung des Soll-Lenkwinkels des Fahrzeugs unter Minimierung der Risikofunktion eingerichtet ist, und wobei die Recheneinheit zur Berechnung der Stellwerte aus dem Soll-Lenkwinkel eingerichtet ist.

Die Lateralposition des Fahrzeugs bezeichnet in diesem Zusammenhang die Position des Fahrzeugs im rechten Winkel zur Fahrtrichtung, sowohl auf unterschiedlichen Fahrbahnen, als auch innerhalb einer Fahrbahn.

[0011] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass es sich bei den detektierten Bewegungsdaten zumindest um Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Richtung der Verkehrsteilnehmer handelt. Dabei kann es sich insbesondere um Bewegungsdaten von Fahrzeugen handeln, die sich auf benachbarten Spuren einer mehrspurigen Fahrbahn fortbewegen.

[0012] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Umgebungssensor zumindest einen Radarsensor, zumindest eine Kamera, und/oder zumindest einen Lidarsensor zur Abstandsund Geschwindigkeitsmessung umfasst. Diese Sensoren können im Frontbereich, im Heckbereich oder in seitlichen Bereichen des Fahrzeugs angeordnet sein.

[0013] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Umgebungssensor zur Detektion der Art der detektierten Verkehrsteilnehmer ausgestaltet ist, und die Recheneinheit dazu ausgestaltet ist, die Art der detektierten Verkehrsteilnehmer bei der Berechnung der Risikofunktion zu berücksichtigen.

[0014] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, die möglichen Trajektorien der benachbarten Verkehrsteilnehmer aufgrund der durch den Umgebungssensor gemessenen Daten und eines stochastischen Modells zu berechnen. Der Prädiktor kann auch dazu ausgestaltet sein, Informationen über die Verkehrs-Infrastruktur, beispielsweise Ampeln, zu berücksichtigen.

2/11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches

Patentamt [0015] Als Einflussfaktoren oder Kriterien der durch den Prädiktor generierten Risikofunktion können verschiedene Faktoren herangezogen werden, beispielsweise die voraussichtliche Bremszeit, der voraussichtliche Bremsweg, oder das Vorhandensein von ausreichend Platz (z.B. Lateralversatz oder freier weiterer Fahrstreifen), um am jeweils anderen Fahrzeug sicher vorbeifahren zu können.

Der Prädiktor kann auch die Kenntnis oder Prädiktion über die Absicht anderer Fahrzeuge, die beispielsweise über digitale oder visuelle Kommunikation erlangt wurde, als Kriterium zur Generierung der Risikofunktion heranziehen.

[0016] Auch die voraussichtliche Zeit, in der das Fahrzeug einem erhöhten Risiko ausgesetzt ist, kann bei der Generierung der Risikofunktion herangezogen werden.

[0017] Schließlich kann der Prädiktor auch eine Bewertung der Komplexität der Verkehrssituation über den Prädiktionshorizont vornehmen. Dies beinhaltet beispielsweise die Ermittlung des Risikos anhand der Anzahl und/oder Dichte anderer Verkehrsteilnehmer, welche eine mögliche Beschränkung innerhalb des Prädiktionshorizontes für das Ego Fahrzeug darstellen können.

[0018] Erfindungsgemäß kann somit vorgesehen sein, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, die Risikofunktion auf Grundlage vorbestimmter Kriterien, beispielsweise auf Grundlage einer Funktion der minimalen Zeit bis zu einer Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer (Time-toCollision) zu generieren. Insbesondere kann die Risikofunktion als Inverse der Time-to-Collision gebildet werden.

[0019] Selbstverständlich kann der Prädiktor auch eine Kombination mancher oder aller genannter Kriterien für die Generierung der Risikofunktion vornehmen.

[0020] Der Prädiktor kann zu diesem Zweck eine Vielzahl möglicher Änderungen der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs und der benachbarten Verkehrsteilnehmer in Betracht ziehen und daraus jeweils die voraussichtliche Time-to-Collision und/oder andere Werte berechnen. Die Werte der Time-to-Collision oder anderer berechneter Kriterien werden einer Funktion unterworfen, beispielsweise invertiert, und bilden den jeweiligen mit den betrachteten Bewegungsdaten verbundenen Risikowert.

[0021] Der erfindungsgemäße Optimierer berücksichtigt verschiedene mögliche Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs, um den Risikowert innerhalb des betrachteten Zeitraums unter einer vorbestimmten Schwelle zu halten oder zu minimieren.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, aktuelle Verkehrsdaten, insbesondere durch Abfrage eines Verkehrsinformationsdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzuziehen.

[0022] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, die aktuelle Wettersituation, insbesondere durch Abfrage eines Temperatur- und Feuchtigkeitssensors und/oder eines internetbasierten Wetterdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzuziehen.

[0023] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Zeithorizont des Prädiktors 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden, beispielsweise etwa eine Sekunde bis drei Sekunden, beträgt.

[0024] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, bei der Generierung der Risikofunktion stochastische Störungen, insbesondere zur Modellierung plötzlicher Fahrbahnwechsel benachbarter Verkehrsteilnehmer, innerhalb des Zeithorizonts zu berücksichtigen.

[0025] Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor ein dynamisches System modelliert, in dem Störterme vorgesehen sind, welche den zufälligen Fahrspurwechsel oder das zufällige Auftreten eines anderen Hindernisses simulieren. Die stochastische Verteilung dieser Zufallsterme kann einer Gauß-Verteilung folgen, deren Mittelwert und Standardabweichung an den realen Anwendungsfall angepasst sind.

[0026] So kann insbesondere bei hohem Verkehrsaufkommen oder in bekannten örtlichen Bereichen vorgesehen sein, dass die Störterme in höherer Häufigkeit auftreten, als bei niedri3/11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches patentamt gern Verkehrsaufkommen oder in anderen örtlichen Bereichen.

[0027] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Optimierer dazu ausgestaltet ist, den Schwellwert der Risikofunktion an das Fahrzeug oder den Fahrer des Fahrzeugs, insbesondere durch einen adaptiven Algorithmus, anzupassen.

[0028] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs wird durch zumindest einen Umgebungssensor die aktuelle Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs detektiert und durch eine Recheneinheit Stellwerte zur Ansteuerung eines Bremsaktuators zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs und eines Beschleunigungsaktuators zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs berechnet.

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungssensor die Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs detektiert, und ein Prädiktor eine Risikofunktion innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts berechnet, wobei die Risikofunktion zumindest auf Grundlage der Bewegungsdaten des eigenen Fahrzeugs und der detektierten Verkehrsteilnehmer berechnet wird, und wobei ein Optimierer die Sollbeschleunigung des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors optimiert, wobei der Optimierer die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit die Stellwerte aus der ermittelten Sollbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet.

[0030] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass durch das Verfahren auch die Lateralposition des Fahrzeugs gesteuert wird, wobei durch die Recheneinheit ein Stellwert zur Ansteuerung eines Lenkwinkelaktuators berechnet wird, wobei der Optimierer auch den Soll-Lenkwinkel des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors optimiert, wobei der Optimierer die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit den Stellwert zur Ansteuerung des Lenkwinkelaktuators aus dem ermittelten Soll-Lenkwinkel des Fahrzeugs berechnet.

[0031] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Umgebungssensor die Art der Verkehrsteilnehmer detektiert, und die Recheneinheit die Art der detektierten Verkehrsteilnehmer bei der Berechnung der Risikofunktion berücksichtigt.

[0032] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor die Risikofunktion auf Grundlage vorbestimmter Kriterien, beispielsweise auf Grundlage einer Funktion der minimalen Zeit bis zu einer Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer (Time-to-Collision) generiert. Insbesondere kann der Prädiktor die Risikofunktion als Inverse der Time-to-Collision bilden.

[0033] Selbstverständlich können auch andere Kriterien zur Generierung der Risikofunktion herangezogen werden, beispielsweise die oben genannten Kriterien.

[0034] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor aktuelle Verkehrsdaten, insbesondere durch Abfrage eines Verkehrsinformationsdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzieht.

[0035] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor die aktuelle Wettersituation, insbesondere durch Abfrage eines Temperatur- und Feuchtigkeitssensors und/oder eines internetbasierten Wetterdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzieht.

[0036] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Zeithorizont des Prädiktors 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden, beispielsweise etwa eine Sekunde bis drei Sekunden, beträgt.

[0037] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Prädiktor bei der Generierung der Risikofunktion stochastische Störungen, insbesondere zur Modellierung plötzlicher Fahrbahnwechsel benachbarter Verkehrsteilnehmer, innerhalb des Zeithorizonts berücksichtigt.

[0038] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Optimierer den Schwellwert der Risikofunktion an das Fahrzeug oder den Fahrer des Fahrzeugs, insbesondere durch einen adaptiven Algorithmus, anpasst.

[0039] Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung des Ausfüh4/11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches

Patentamt rungsbeispiels, den Zeichnungen und den Patentansprüchen.

[0040] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0041] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung. Diese umfasst einen Umgebungssensor, der mit einer Recheneinheit verbunden ist.

[0042] Der Umgebungssensor umfasst zahlreiche Einzelsensoren, die zur Aufnahme der Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeuges eingerichtet sind, beispielsweise Radarsensoren und Kameras im Front- und Heckbereich des Fahrzeugs. Darüber hinaus können Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren und Schnittstellen zu internet- oder radiobasierten Wetter- und Verkehrsdiensten vorgesehen sein.

[0043] Die Recheneinheit umfasst einen Prädiktor, der auf Grundlage der vom Umgebungssensor gelieferten Daten eine Vorhersage der Time-to-Collision treffen kann, also jener Zeitspanne, bis das Fahrzeug bei gleichbleibendem Kurs, Geschwindigkeit und Beschleunigung mit einem der detektierten Verkehrsteilnehmer Zusammenstößen wird. Neben oder anstatt der Vorhersage der Time-to-Collision kann der Prädiktor auch andere Kriterien berechnen. Das Vorhersagemodell des Prädiktors ist dabei auf eine bestimmte Vorhersageperiode, beispielsweise eine Sekunde, beschränkt.

[0044] Auf Grundlage der vom Umgebungssensor detektierten Bewegungsdaten der Verkehrsteilnehmer wird durch einen Optimierer ein Optimierungsproblem aufgestellt und gelöst. Die Beschränkung oder Minimierung der Risikofunktion, welche als Inverse der vom Prädiktor berechneten Time-to-Collision definiert ist, zielt darauf ab, Kollisionen mit den detektierten Verkehrsteilnehmern möglichst unwahrscheinlich zu machen. Wie erwähnt kann die Risikofunktion statt der Inversen der Time-to-Collision auch andere Kriterien umfassen.

[0045] Als Variable des Optimierers wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Fahrzeuglängsrichtung und die Lateralbeschleunigung herangezogen, sodass der Optimierer jene Stellwerte für das Fahrzeug liefert, bei der die Risikofunktion unter einem Schwellwert bleibt oder minimal ist. Statt einer Minimierung der Risikofunktion kann auch vorgesehen sein, dass das Optimierungsverfahren abgebrochen wird, sobald die Risikofunktion unter einen vorbestimmten Schwellwert reduziert wird. Die Recheneinheit berechnet auf Grundlage der vom Optimierer als Ergebnis des Optimierungsverfahrens bestimmten Geschwindigkeit Stellwerte zur Ansteuerung eines Bremsaktuators und eines Beschleunigungsaktuators des Fahrzeugs, um die berechneten Zielwerte der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu erreichen.

[0046] Fig. 2a zeigt einen typischen Anwendungsfall einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer typischen Verkehrssituation.

[0047] Das Ego-Fahrzeug A, dessen Geschwindigkeit optimiert werden soll, befindet sich auf der mittleren Fahrspur einer mehrspurigen Autobahn und fährt in einem definierten Abstand zu einem Vorderfahrzeug B (Phase I). Von der rechten Fahrspur biegt ein drittes Fahrzeug C mit höherer Geschwindigkeit in die in die mittlere Fahrspur ein (Phase II). Das dritte Fahrzeug C verlässt die mittlere Fahrspur und biegt in die linke Fahrspur ein (Phase III). Schließlich befindet sich das dritte Fahrzeug C in der linken Fahrspur, und die Ausgangssituation ist wieder hergestellt (Phase IV).

[0048] Fig. 2b zeigt den zeitlichen Verlauf der Distanz zum Vorderfahrzeug (obere Zeitschiene) und der Beschleunigung des Ego-Fahrzeugs (untere Zeitschiene) im Fall einer herkömmlichen Distanzregelung, die darauf abzielt, eine ausreichende Bremszeit zum Vorderfahrzeug einzuhalten.

[0049] In Phase I bleibt die Distanz zum Fahrzeug B im Wesentlichen konstant und die Beschleunigung etwa Null. Auch in Phase II, wenn das Fahrzeug C bereits in die Fahrspur des Fahrzeugs A einbiegt, ändert sich daran nichts, da sich das Fahrzeug C noch nicht in der Spur des Fahrzeugs A befindet. Erst in Phase III wird das Fahrzeug C als neues Vorderfahrzeug definiert und das Fahrzeug A muss ruckartig abbremsen, um eine konstante Bremszeit zum

5/11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches

Patentamt neuen Vorderfahrzeug zu gewährleisten. In Phase IV, wenn das Fahrzeug C die Fahrspur wieder verlässt, wird wieder das Fahrzeug B als Vorderfahrzeug definiert, und es erfolgt neuerlich eine positive Beschleunigung des Fahrzeugs A, um die vordefinierte Bremszeit zu erreichen. Es erfolgen also zwei abrupte Beschleunigungsänderungen bei einer Verkehrssituation, die in der Praxis ausgesprochen häufig auftritt.

[0050] Fig. 2c zeigt dieselbe Situation unter Einsatz einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der obersten Zeitschiene die vom Prädiktor berechnete Risikofunktion dargestellt ist.

[0051] In diesem Fall wird bereits in Phase I aufgrund der Berücksichtigung stochastischer Störungen berücksichtigt, dass die Bewegungsdaten des Fahrzeuges C eine Kollision in der mittleren Fahrspur möglich machen, sodass die Distanz zum Fahrzeug B schon in dieser Phase leicht erhöht wird, ohne eine merkbare Änderung der Beschleunigung zu vollziehen (sogenanntes Predictive fall-back).

[0052] In Phase II tritt das Fahrzeug C in die mittlere Fahrspur ein und die Risikofunktion erhöht sich. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug A leicht abbremst, sodass die Distanz zum Fahrzeug B leicht erhöht wird. Auch diese Phase ist ein Teil des predictive fallback, mit dem ein bevorstehender Wechsel des Vorderfahrzeugs antizipiert wird.

[0053] In Phase III tritt das Fahrzeug C zur Gänze in die mittlere Spur ein und wird als neues Vorderfahrzeug definiert, sodass sich die Distanz zum Vorderfahrzeug schlagartig verringert. Es erfolgt jedoch keine schlagartige Änderung der Beschleunigung, da aufgrund der hohen detektierten Geschwindigkeit des Fahrzeugs C das Risiko einer Kollision gering ist. Im Gegensatz zum Beispiel aus Fig. 2a hat das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduktion der Risikofunktion zum Ziel, und nicht eine konstante Bremszeit zum Vorderfahrzeug.

[0054] Im Laufe der Phase III, in der sich das Fahrzeug C in der mittleren Fahrspur befindet, bleibt die Risikofunktion über dem ursprünglichen Wert, reduziert sich aber kontinuierlich trotz annähernd konstanter Beschleunigung und niedriger Distanz zum Vorderfahrzeug, da aufgrund der detektierten Bewegungsdaten des Fahrzeugs C ein weiterer Fahrspurwechsel des Fahrzeugs C antizipiert wird.

[0055] In Phase IV verlässt das Fahrzeug C die mittlere Fahrspur, sodass die ursprüngliche Situation wieder hergestellt wird und sich die Distanz zum Vorderfahrzeug, also Fahrzeug B, wieder schlagartig erhöht. Wiederum erfolgt keine abrupte Änderung der Beschleunigung.

[0056] Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben also eine vorausschauende Behandlung typischer Verkehrssituationen, wobei abrupte Beschleunigungsänderungen vermieden werden, sodass auch der Treibstoffverbrauch reduziert wird.

[0057] Darüber hinaus kann durch Berücksichtigung eines oder mehrerer fahrzeugspezifischer oder allgemeiner Treibstoffverbrauchkennlinienfelder die Sollbeschleunigung und Fahrzeugverzögerung derart gewählt werden, dass sich der geringste mögliche Treibstoffverbrauch innerhalb des Prädiktionshorizonts einstellt.

6/11

AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches patentamt

Claims (20)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur prädiktiven Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, umfassend

   a. zumindest einen Umgebungssensor zur Aufnahme der aktuellen Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs,

   b. einen Bremsaktuator zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs,

   c. einen Beschleunigungsaktuator zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs,

   d. eine Recheneinheit, die dazu ausgestaltet ist, Stellwerte zur Ansteuerung des Bremsaktuators und des Beschleunigungsaktuators zu berechnen, wobei

   e. der Umgebungssensor zur Detektion der Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

   f. die Recheneinheit einen Prädiktor zur Berechnung einer Risikofunktion innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts umfasst, wobei die Risikofunktion zumindest auf Grundlage der Bewegungsdaten des eigenen Fahrzeugs und der detektierten Verkehrsteilnehmer berechnet wird, und wobei

   g. die Recheneinheit einen Optimierer für die Sollbeschleunigung des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors umfasst, der die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit zur Berechnung der Stellwerte aus der ermittelten Sollbeschleunigung des Fahrzeugs eingerichtet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auch zur Steuerung der Lateralposition des Fahrzeugs eingerichtet ist, wobei ein Lenkwinkelaktuator zur Stellung des Lenkwinkels vorgesehen ist und die Recheneinheit zur Berechnung von Stellwerten zur Ansteuerung dieses Lenkwinkelaktuators ausgestaltet ist, wobei der Optimierer auch für die Ermittlung des Soll-Lenkwinkels des Fahrzeugs unter Minimierung der Risikofunktion eingerichtet ist, und wobei die Recheneinheit zur Berechnung der Stellwerte aus dem Soll-Lenkwinkel eingerichtet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den detektierten Bewegungsdaten zumindest um Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Richtung der Verkehrsteilnehmer, insbesondere der Fahrzeuge, handelt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungssensor zumindest einen Radarsensor, zumindest eine Kamera, und/oder zumindest einen Lidarsensor zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung umfasst.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungssensor zur Detektion der Art der detektierten Verkehrsteilnehmer ausgestaltet ist, und die Recheneinheit dazu ausgestaltet ist, die Art der detektierten Verkehrsteilnehmer bei der Berechnung der Risikofunktion zu berücksichtigen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, die Risikofunktion auf Grundlage vorbestimmter Kriterien, beispielsweise auf Grundlage einer Funktion der minimalen Zeit bis zu einer Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer (Time-to-Collision), zu generieren.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, aktuelle Verkehrsdaten, insbesondere durch Abfrage eines Verkehrsinformationsdienstes, zur Berechnung der Risikofunktion heranzuziehen.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, die aktuelle Wettersituation, insbesondere durch Abfrage eines Temperatur- und Feuchtigkeitssensors und/oder eines internetbasierten Wetterdienstes, zur Berechnung der Risikofunktion heranzuziehen.

   7/11

   AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches patentamt
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeithorizont des Prädiktors 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden, beispielsweise etwa eine Sekunde bis drei Sekunden, beträgt.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor dazu ausgestaltet ist, bei der Berechnung der Risikofunktion stochastische Störungen, insbesondere zur Modellierung plötzlich auftretender Hindernisse oder plötzlicher Fahrbahnwechsel benachbarter Verkehrsteilnehmer, innerhalb des Zeithorizonts zu berücksichtigen.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Optimierer dazu ausgestaltet ist, den Schwellwert der Risikofunktion an das Fahrzeug oder den Fahrer des Fahrzeugs, insbesondere durch einen adaptiven Algorithmus, anzupassen.
12. 12. Verfahren zur prädiktiven Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei durch zumindest einen Umgebungssensor die aktuelle Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs detektiert wird und durch eine Recheneinheit Stellwerte zur Ansteuerung eines Bremsaktuators zur Betätigung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs und eines Beschleunigungsaktuators zur Betätigung einer Beschleunigungsvorrichtung des Fahrzeugs berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass

    a. der Umgebungssensor die Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern im Umfeld des Fahrzeugs detektiert, und

    b. ein Prädiktor eine Risikofunktion innerhalb eines vorbestimmten Zeithorizonts berechnet, wobei die Risikofunktion zumindest auf Grundlage der Bewegungsdaten des eigenen Fahrzeugs und der detektierten Verkehrsteilnehmer berechnet wird, und wobei

    c. ein Optimierer die Sollbeschleunigung des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors optimiert, wobei der Optimierer die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit die Stellwerte aus der ermittelten Sollbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren auch die Lateralposition des Fahrzeugs gesteuert wird, wobei durch die Recheneinheit ein Stellwert zur Ansteuerung eines Lenkwinkelaktuators berechnet wird, wobei der Optimierer auch den Soll-Lenkwinkel des Fahrzeugs unter Abfrage des Prädiktors optimiert, wobei der Optimierer die Risikofunktion innerhalb des Zeithorizonts minimiert oder unter einem vorbestimmten Schwellwert hält, und wobei die Recheneinheit den Stellwert zur Ansteuerung des Lenkwinkelaktuators aus dem ermittelten Soll-Lenkwinkel des Fahrzeugs berechnet.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungssensor die Art der Verkehrsteilnehmer detektiert, und die Recheneinheit die Art der detektierten Verkehrsteilnehmer bei der Berechnung der Risikofunktion berücksichtigt.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor die Risikofunktion auf Grundlage vorbestimmter Kriterien, beispielsweise einer Funktion der minimalen Zeit bis zu einer Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer (Time-toCollision), generiert.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor aktuelle Verkehrsdaten, insbesondere durch Abfrage eines Verkehrsinformationsdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzieht.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor die aktuelle Wettersituation, insbesondere durch Abfrage eines Temperatur- und Feuchtigkeitssensors und/oder eines internetbasierten Wetterdienstes, zur Generierung der Risikofunktion heranzieht.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeithorizont des Prädiktors 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden, beispielsweise etwa eine Sekunde bis drei Sekunden, beträgt.

    8/11

    AT519 547 B1 2018-08-15 österreichisches

    Patentamt
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktor bei der Generierung der Risikofunktion stochastische Störungen, insbesondere zur Modellierung plötzlich auftretender Hindernisse oder plötzlicher Fahrbahnwechsel benachbarter Verkehrsteilnehmer, innerhalb des Zeithorizonts berücksichtigt.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Optimierer den Schwellwert der Risikofunktion an das Fahrzeug oder den Fahrer des Fahrzeugs, insbesondere durch einen adaptiven Algorithmus, anpasst.