DE10012737A1 - Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug, mit einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positionsinformationen (y, B) des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen (Br, Bl), einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen (y, B; Br, Bl) abhängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel, einer den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungseinrichtung (14) zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momantanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines
Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug von einer Momentanspur
auf eine benachbarte Zielspur.
Derartige Vorrichtungen werden dazu verwendet, den Fahrer eines
Kraftfahrzeuges bei einem Fahrspurwechsel, z. B. zum Einfädeln
in oder Ausfahren aus einer Schnellstraße oder zum Überholen
eines langsameren Fahrzeuges auf einer Autobahn, zu unterstüt
zen, d. h. ihn wenigstens teilweise von den hierfür erforderli
chen Überwachungsmaßnahmen zu entlasten.
Aus der DE 43 13 568 C1 ist bekannt, den Vorraum und den Rück
raum wenigstens der benachbarten Zielspur für den gewünschten
Spurwechsel zu überwachen. Dabei werden die Abstände von dort
detektierten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, und deren Ge
schwindigkeiten gemessen sowie daraus Sicherheitsabstände be
rechnet. Wenn alle gemessenen Abstände größer als die errechne
ten Sicherheitsabstände sind, wird dies als möglicher Spurwech
sel erkannt. Der Fahrer wird hierdurch weitestgehend von Über
wachungsaufgaben und einem Schätzen von Abständen und Geschwin
digkeiten nachfolgender und vorausfahrender Fahrzeuge entla
stet. Der Fahrer entscheidet jedoch selbst, ob er durch manuel
len Lenkeingriff und gegebenenfalls durch zusätzliche Betäti
gung des Fahrpedals oder des Bremspedals einen Fahrspurwechsel
durchführen soll.
Bei dem Fahrspurwechsel kann es jedoch zu Fehlreaktionen oder
gefährlichen Fahrmanövern durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges
kommen. Beispielsweise kann der Fahrer eine für den Wechsel auf
eine benachbarte Zielspur nicht angemessene Lenkbewegung aus
führen oder für einen sicheren Wechsel in eine Lücke zwischen
zwei auf der Zielspur hintereinander fahrenden Fahrzeugen nicht
ausreichend beschleunigen oder verzögern. Durch derartige
Fahrfehler können Verkehrsteilnehmer, insbesondere bei zügiger
Autobahnfahrt, ernstlich zu Schaden kommen.
Beispielsweise ist aus der DE 43 32 836 C1 eine Vorrichtung zur
selbsttätigen Fahrzeugquerführung längs einer Fahrspur bekannt.
Diese ermöglicht, das Fahrzeug beispielsweise auf einer bestimm
ten Fahrspur einer mehrspurigen Straße zu halten. Es ist mit
diesen Vorrichtungen jedoch kein Fahrspurwechsel in eine be
nachbarte Zielspur möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug be
reitzustellen, welche dazu beiträgt, fahrerseitige Fahrfehler
beim Wechseln von einer Momentanspur auf eine Zielspur weitge
hend zu vermeiden. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße
Vorrichtung dem Fahrer des Kraftfahrzeuges ermöglichen, einen
derartigen Fahrspurwechsel auf komfortable und funktionssichere
Weise einfach durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Pa
tentsansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Demgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh
rung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug eine Lage
erkennungseinrichtung zur Ermittlung von Positionsinformationen
des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage
benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen auf.
Weiterhin ist eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen
eines von den Positions- und Fahrspurinformationen abhängigen
Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel vorgesehen,
sowie eine den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussende Querführungs
einrichtung zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentan
spur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf
eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal. Zum
Auslösen eines Fahrspurwechsels ist eine Aktivierungseinrich
tung vorgesehen.
Mit der Erfindung wird eine Fahrspurwechselvorrichtung geschaf
fen, welche einen vom Fahrer angeforderten Spurwechsel aus
führt. Die Spurhaltung in der Momentanspur, der Wechsel auf ei
ne ausgewählte Zielspur und die Spurhaltung in der Zielspur,
welche zur neuen Momentanspur wird, wird dem Fahrer durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung abgenommen. Der Fahrer ist also
von teilweise gefahrenträchtigen Fahrmanövern entlastet.
Der eigentliche Spurwechsel wird dabei durch die Trajektorien
planungseinrichtung bestimmt, indem eine Übergangsbahnkurve be
rechnet wird, welche eine sichere und komfortable Spurwechsel
aktion ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Trajektorienpla
nungseinrichtung das Übergangsbahnkurvensignal an die Querfüh
rungseinrichtung abgibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkel
stellsignal an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenk
winkelstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs abgibt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist eine Überwachungseinrichtung zur Ermittlung von auf der Mo
mentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffende
Verkehrsinformationen vorgesehen, die an die Trajektorienpla
nungseinrichtung abgegeben werden.
Durch die Überwachungseinrichtung wird in erster Linie die Be
obachtung des Raumbereiches vor und hinter dem Fahrzeug ermög
licht, um zu ermitteln, ob sich in den Fahrspuren Hindernisse
oder andere Verkehrsteilnehmer befinden. Aber auch die beidseitigen
Seitenraumbereiche lassen sich mit der Überwachungsein
richtung leicht überwachen. Die gewonnenen Kenntnisse über das
Verkehrsgeschehen gestatten einen besonders sicheren Spurwech
sel und ermöglichen eine zusätzlichen Entlastung des Fahrers.
Sowohl die Lageerkennungseinrichtung als auch die Überwachungs
einrichtung können eine Kameraanordnung mit einer zugeordneten
Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die zur Ermittlung der
Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung
der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten
Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren re
lativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung zumindest der Breite
und Länge der Objekte ausgebildet ist.
Die Informationen bezüglich der räumlichen Anordnung der Objek
te und Fahrspuren zueinander und relativ zum Fahrzeug lassen
sich durch Bildverarbeitung leicht ermitteln. Aus diesen Daten
lassen sich auf einfache Weise Rückschlüsse auf drohende Gefah
ren bzw. unerwartete Spurverläufe gewinnen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Lage
erkennungseinrichtung sowie die Überwachungseinrichtung ein
kartenbasiertes, satellitengestütztes GPS-System (Global-
Positioning-System) umfassen, das zur Ermittlung der Lage des
Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage
von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von
Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum
Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei die Objekte ein satelli
tengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen
und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunika
tion zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.
Mit Hilfe einer fahrspuraufgelösten Straßenkarte in Kombination
mit beispielsweise einem bekannten Differential-GPS-System sind
die Positionsdaten sowohl zur Durchführung einer Querführung in
der Momentanspur als auch für eine Spurwechsel in eine Nachbar
spur leicht zu ermitteln. Der Abstand und die relative Lage anderer
Objekte zum Fahrzeug lassen sich mit Kenntnis der GPS-
Daten der Objekte bzw. Fahrzeuge ebenfalls genau ermitteln.
Darüber hinaus läßt sich der Abstand zu erfaßten Objekten auch
dadurch ermitteln, daß die Überwachungseinrichtung eine Ab
standsbestimmungseinrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen
Abstandssensoren aufweist. Derartige Abstandsbestimmungsein
richtungen sind bewährt und liefern zuverlässige Ergebnisse
auch im Fernbereich. Die gelieferten Verkehrsinformationen um
fassen dabei zumindest einen Abstandswert zu den erfaßten Ob
jekten.
Um dem Fahrer die Entscheidungsfindung bezüglich der Durchfüh
rung eines Fahrspurwechsels abzunehmen, kann die Aktivierungs
einrichtung zum Auslösen des Fahrspurwechsels eine mit der
Überwachungseinrichtung zusammenwirkende Entscheidereinheit um
fassen, die ausgebildet ist, ein Spurwechel-Auslösesignal an die
Trajektorienplanungseinheit zum Erzeugen eines Übergangsbahn
kurvensignals für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf
eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung keine
spurwechselverhindernden Verkehrsinformationen ermittelt.
Mit dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist also ein vollautomatischer Spurwechsel möglich. Die Ent
scheidung für einen Spurwechsel wird dem Fahrer hier durch das
Zusammenspiel von Entscheider- und Überwachungseinrichtung ab
genommen.
Die Entscheidereinheit gibt ein Spurwechel-Abbruchsignal an die
Trajektorienplanungseinheit ab, um einen aktiven Spurwechsel
vorgang abzubrechen und ein Übergangsbahnkurvensignal für ei
nen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels
zu erzeugen, wenn die Überwachungseinrichtung während eines
Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen er
mittelt.
Durch die letztgenannte Möglichkeit kann im Gefahrenfall ein
Spurwechsel sicher abgebrochen werden. Dabei wird das Kraft
fahrzeug nicht in einem undefinierten Fahrzustand belassen,
sondern wie beim Fahrspurwechsel auf einer vorberechneten Über
gangsbahnkurve wieder auf die Ausgangsspur zurückgeführt.
Für einen Spurwechsel kann es auch sinnvoll oder notwendig
sein, das längsdynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs zu beein
flussen. Zu diesem Zweck gibt die Trajektorienplanungseinheit
ein zumindest von den Verkehrsinformationen abhängiges Längsre
gelungssignal an eine das längsdynamische Fahrverhalten des
Fahrzeugs beeinflussende Fahrzeug-Längsregeleinrichtung ab.
Beispielsweise kann den Verkehrsinformationen der Abstand zu
einem vorausfahrenden Fahrzeug und dessen Breite entnommen wer
den. Aus diesen Informationen berechnet die Trajektorienpla
nungseinheit eine geeignete Übergangsbahnkurve. Dabei kann bei
spielsweise ein Verringern der Fahrgeschwindigkeit hinter dem
vorausfahrenden Fahrzeug nötig sein. Allgemein sind somit
schnelle Spurwechsel möglich, aber auch sanfte Wechsel von der
Momentanspur auf eine Zielspur.
Vorzugsweise berechnet die Trajektorienplanungseinheit eine im
wesentlichen S-förmige Übergangsbahnkurve. Dies ermöglicht ei
nen besonders vorteilhaften Spurwechsel.
Dabei kann die Trajektorienplanungseinheit die Übergangsbahn
kurve derart berechnen, daß am Ende des Spurwechsels die Tan
gente der Übergangsbahnkurve gleich der von der Lageerkennungs
einrichtung oder der Überwachungseinrichtung ermittelten Tan
gente der Fahrspur ist. Dies ist insbesondere bei Spurwechseln
in Kurven sinnvoll.
Um eine der Verkehs- und Fahrspursituation angemessene Über
gangsbahnkurve zu ermitteln, kann die Trajektorienplanungsein
heit mit einer Fahrzustandsermittlungseinrichtung verbunden
sein, welche zumindest die die Berechnung der Übergangsbahnkur
ve beeinflussenden Größen Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung,
Fahrzeugquerbeschleunigung oder dergleichen das
längs- oder querdynamische Fahrverhalten beeinflussende Größen
ermittelt.
Für eine einfache Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrich
tung wird vorgeschlagen, daß die Aktivierungseinrichtung zum
Auslösen eines Fahrspurwechsels ein manuell betätigbares Auslö
se-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspur
wechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betätigbares
Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahr
spurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Vor
richtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein
Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche eine Führungseinrichtung
zur automatischen Querführung des Fahrzeugs entlang der Moment
anspur, eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung von die
Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen,
eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den
Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für
den Fahrspurwechsel, eine Lenkwinkelstelleinrichtung zum Wech
seln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur ent
sprechend dem Übergangsbahnkurvensignal, ein manuell betätigba
res Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines
Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und ein manuell betä
tigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen ei
nes Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.
Um im Gefahrenfall eine einfache Abbruchmöglichkeit für den
Spurwechsel zu schaffen, kann die Trajektorienplanungseinheit
mit einem fahrerseitig betätigbaren Fahrspurwechsel-
Abbruchelement verbunden sein, um einen Fahrspurwechsel zurück
zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels durchzuführen, wenn
das Abbruchelement während eines Fahrspurwechsels betätigt wird.
Für eine besonders einfache und für den Fahrer eindeutige Be
dienung im Abbruchfall kann das Abbruchelement bei einem auf
die rechte Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell
betätigbare Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen
eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und bei einem
auf die linke Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell
betätigbare Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen
eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur umfassen. Soll
also ein gerade durchgeführter Spurwechsel nach rechts abgebro
chen werden, muß der Fahrer nur das Auslöse-Bedienelement zur
Aktivierung eines Spurwechsels nach links und umgekehrt bedie
nen. Diese Vorgehen erschließt sich dem Fahrer leicht, so daß
hier Fehlbedienungen weitgehend auszuschließen sind.
Damit der Fahrer stets Informationen über den Systemzustand er
halten kann, ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die mit
der Überwachungseinrichtung zur Anzeige der ermittelten
Verkehrsinformationen (Z) und/oder der Möglichkeit eines Spur
wechsels aufgrund der ermittelten Verkehrsinformationen und mit
der Trajektorienplanungseinheit zur Anzeige der aktuellen
Durchführung eines Fahrspurwechsels verbunden ist. Dem Fahrer
wird also angezeigt, ob das System aktiv ist, ein Spurwechsel
durchgeführt werden kann oder momentan gerade ein Spurwechsel
durchgeführt wird.
Damit der Fahrer selbst aktiv in Spurwechselaktionen eingreifen
und die Übergangsbahnkurve nach seinen Wünschen beeinflussen
kann, ist eine Eingabeeinrichtung zur fahrerseitigen Beeinflus
sung des quer- und/oder längsdynamischen Verhaltens vorgesehen.
Anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den
beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile, Merkmale und
Einzelheiten der Erfindung deutlicher.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung
eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer von der Trajektori
enplanungseinrichtung der Erfindung berechneten S-
förmigen Übergangsbahnkurve für einen Fahrspurwechsel,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung er
möglicht,
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild noch eines anderen
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung er
möglicht und eine Entscheidereinheit zur Durchführung
eines Fahrspurwechsels aufweist,
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbei
spiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels,
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die er
findungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild noch eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die
erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Fig. 1 ist in Form eines schematischen Blockschaltbilds ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug
dargestellt.
Die Vorrichtung weist eine durch eine Querführungseinrichtung
14 und eine elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung 18 gebil
dete Führungseinrichtung zur automatischen Querführung des
Fahrzeugs entlang der Momentanspur auf. Eine Lageerkennungsein
richtung 10 dient der Ermittlung von die Lage benachbarter
Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen, wie etwa die
Breiten Br, Bl einer rechten bzw. linken Zielspur. Zusammen mit
ebenfalls von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelten Po
sitionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentan
spur, welche die Lage y und die Breite B der Momentanspur um
fassen, werden die Fahrspurinformationen an eine Trajektorien
planungseinrichtung 12 abgegeben.
Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 berechnet für ein in ei
ner Momentanspur fahrendes Kraftfahrzeug eine Übergangsbahnkur
ve oder Soll-Querversatztrajektorie für einen Fahrspurwechsel
zu einer Nachbar- oder Zielspur. Dabei wird die Form der be
rechneten Übergangsbahnkurve von den Fahrspurinformationen Br,
Bl und den Positionsinformationen y, B beeinflußt. Die Trajekt
orienplanungseinrichtung 12 gibt ein der Übergangsbahnkurve
entsprechendes Signal y_soll an die Querführungseinrichtung 14
ab, mit dem der Querführungseinrichtung 14 mitgeteilt wird,
welcher laterale Versatz relativ zu einer Referenzlinie (Refe
renzfahrspur) eingeregelt werden soll. Die Querführungseinrich
tung 14 bestimmt daraus ein geeignetes Lenkwinkelstellsignal
δ_soll und übermittelt dieses an eine den Fahrzeuglenkwinkel
einstellende Lenkwinkelstelleinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs.
Die Lenkwinkelstelleinrichtung 18 dient der Lenkkorrektur bei
der Querführung in der Momentanspur und zum Wechseln des Fahr
zeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend der
Übergangsbahnkurve.
Weiterhin ist eine Aktivierungseinrichtung 16 zum Auslösen ei
nes Fahrspurwechsels bzw. zum Abbrechen eines gerade durchge
führten Spurwechsels vorgesehen. Die Aktivierungseinrichtung 16
gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt
ein in den Fig. 5 bis 7 gezeigtes, manuell betätigbares Aus
löse-Bedienelement 30a, 32a zum fahrerseitigen Auslösen eines
Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betä
tigbares Auslöse-Bedienelement 30b, 32b zum fahrerseitigen Auslösen
eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur. Die
Fig. 5 bis 7 und die dort dargestellten, weiteren Bedienelemen
te werden weiter unten genauer beschrieben.
Ein Fahrspurwechsel nach rechts wird mittels eines vom Fahrer
an der Aktivierungseinrichtung 16 erzeugten Aktivierungssignals
Sr angefordert. Entsprechend wird ein Fahrspurwechsel nach
links mittels des Aktivierungssignals Sl angefordert. Aufgrund
eines der Aktivierungssignale Sr oder Sl bestimmt die Trajekt
orienplanungseinrichtung 12 eine geeignete Übergangsbahnkurve
von der Momentanspur zur Nachbarspur.
Während eines durch das Aktivierungssignal Sr ausgelösten Fahr
spurwechsels nach rechts kann der Fahrer über das Bedienelement
16 ein Deaktivierungssignal zum automatisierten Abbruch des
Spurwechsels zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwechsels an
fordern. Dies wird mittels des Aktivierungssignals Sl reali
siert.
Entsprechend kann während eines durch das Aktivierungssignal Sl
ausgelösten Fahrspurwechsels nach links das fahrerseitig er
zeugte Signal Sr als Deaktivierungssignal verwendet werden.
Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt eine geeignete
Übergangsbahnkurve zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwech
sels, falls während eines automatisierten Spurwechsels ein Deak
tivierungssignal zum Abbruch des Spurwechsels vom Fahrer ange
fordert wird.
Weiterhin hat der Fahrer durch entsprechende Betätigung der Ak
tivierungseinrichtung 16 die Möglichkeit, mittels eines hier
durch erzeugten Signals ay_max ein gewünschtes, querdynamisches
Fahrverhalten vorzugeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
hierbei das querdynamische Fahrverhalten in Form einer maximal
zulässigen Querbeschleunigung beschrieben und diese an die Tra
jektorienplanungseinrichtung 12 übermittelt wird.
Der Trajektorienplanungseinrichtung 12 wird für die Bestimmung
einer geeigneten Übergangsbahnkurve die aktuelle Fahrzeugposi
tion beispielsweise in Form des lateralen Versatzes zu einer
Referenzlinie und des Abstandes zu einem voraus in derselben
Fahrspur fahrenden Fahrzeug zugeführt. Als Referenzlinie kann
dabei beispielsweise eine Fahrspurberandung, wie etwa der Fahr
bahnmittelstreifen und der Fahrspurbegrenzungsstreifen, verwen
det werden. Es kann aber auch ein in die Fahrbahn eingebrachter
elektrischer Leiter oder in die Fahrbahn eingebrachte Magnetnä
gel sowie gegebenenfalls auch globale Positionsdaten der Fahr
bahn in Form von GPS-Daten verwendet werden.
Die Fahrzeugposition wird mit Hilfe der die Fahrposition rela
tiv zur Fahrspur erkennenden Lageerkennungseinrichtung 10, die
beispielsweise eine Videokamera mit nachgeschalteter Bildverar
beitung aufweist, realisiert. Zur Erkennung und Abstandsbestim
mung von vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugen auf der
Momentan- oder Zielspur können ebenfalls Bildverarbeitungssy
steme oder auch Radarsysteme verwendet werden. Solche Radarsy
steme werden bereits in bekannten Abstandsregelvorrichtungen
verwendet.
Eine Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26 ermittelt mit Hilfe
geeigneter (nicht gezeigter) Sensoren die Fahrgeschwindigkeit
v, die Längsbeschleunigung ax und die Querbeschleunigung ay.
Aber auch die Ermittlung zusätzlicher das längs- oder querdyna
mische Verhalten beeinflussende Größen ist denkbar. Der Tra
jektorienplanungseinrichtung 12 werden neben diesen von der
Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26 erfaßten Werten auch die
von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelte Breite B der
eigenen Momentanfahrspur und die Breite Br der rechts neben der
Momentanspur befindlichen Nachbarspuren und die Breite Bl der
links neben der Momentanspur befindlichen Nachbarspuren zuge
führt. Die Fahrspurbreiten werden in dem beschriebenen Ausfüh
rungsbeispiel über ein in der Lageerkennungseinrichtung 10 im
plementiertes Bildverarbeitungssystem bestimmt. Wenn durch das
Bildverarbeitungssystem neben der Momentanspur keine Nachbarspur
ermittelt wird, wird der Trajektorienplanungseinrichtung
12 auch kein Signal Br oder Bl geliefert, so daß keine Über
gangsbahnkurve berechnet wird. Ein Fahrspurwechsel ist in die
sem Fall nicht ausführbar.
Alternativ zu der oben beschriebenen Lageerkennungseinrichtung
mit Videokamera und nachgeschalteter Bildverarbeitung kann auch
eine Lageerkennungseinrichtung verwendet werden, welche auf der
Basis eines Magnetfeldsensorsystems und von in die Fahrbahn ein
gebrachten elektrischen Leitern oder in die Fahrbahn eingebrach
ten Magnetnägeln die Fahrzeugposition bestimmt.
Die Lageerkennungseinrichtung kann auch globale GPS-
Informationen verwenden, welche über Satelliten zur Verfügung
gestellt werden. Hierzu kann die Lageerkennungseinrichtung 10
ein kartenbasiertes, satellitengestütztes GPS-System (Global-
Positioning-System), das zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs
relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage von Ziel
spuren ausgebildet ist, aufweisen. Die Position sollte im Zen
timeterbereich genau bestimmbar sein, wie dies beispielsweise
durch bekannte Differential-GPS-Systeme möglich ist.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein Übergangsbahnkurvenverlauf für
einen Fahrspurwechsel nach links dargestellt, wie er von der
Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt wird. Falls fahrer
seitig kein Spurwechsel angefordert wird, liefert die Trajekt
orienplanungseinrichtung 12 das Versatzsignal y_soll = y0. Dies
ist der laterale Versatz auf den das System vor der fahrersei
tigen Anforderung eines Spurwechsels regelt. Der laterale Ver
satz y0 kann beispielsweise den Abstand von der Fahrspurmitte
beim Einschalten des Systems darstellen, wobei dann als Refe
renzlinie beispielsweise die Fahrspurmitte verwendet wird. So
fern also kein Spurwechsel angefordert wird, regelt das System
auf diesen Offset y0. Wird ein Spurwechsel angefordert, so be
stimmt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 eine Übergangs
bahnkurve für das Fahrzeug.
Die von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmte Über
gangsbahnkurve ist gekennzeichnet durch eine sigmoide (S-
förmige) Funktion y_soll = f(x) mit einem Zieloffset yD und
einer Übergangslänge D.
Eine vorteilhafte Realisierung besteht darin, die Übergangs
bahnkurve als ein Polynom dritter Ordnung anzugeben. Damit er
gibt sich:
y_soll = f(x) = a3 . x3 + a2 . x2 + a1 . x + a0.
Die x-Richtung des in Fig. 2 dargestellten Koordinatensystems
fällt mit der Tangente der Fahrbahn (bzw. Referenzline) zu
sammmen. Zum Zeitpunkt t = t0, an dem der Spurwechsel angefordert
wird, sind somit die Koordinaten des Fahrzeugs in Form (0,
y(t0)) bzw. (0, y0) gegeben. Für einen Spurwechsel nach links
ergibt sich als Zieloffset:
yD = y0 + (B + BL)/2.
Entsprechend ergibt sich für einen Spurwechsel nach rechts als
Zieloffset:
yD = y0 - (B + BR)/2.
Wenn sich ein Fahrzeug oder ein Objekt in der Fahrspur befin
det, kann zusätzlich der Zieloffset YD eine Funktion der Fahr
zeug- bzw. Objektbreite sein, insbesondere wenn das Fahrzeug
bzw. Objekt über die Fahrspurbegrenzungen herausragt oder diese
teilweise überschreitet, so daß die volle Breite Br oder Bl der
Zielspuren nicht zur Verfügung steht.
Für die Festlegung der noch unbekannten Parameter
a3, a2, a1, a0 werden folgende Bedingungen aufgestellt:
f(0) = y0 (Gleichung 1)
Die in Gleichung 4 aufgestellte Bedingung bedeutet, daß die
Übergangsbahnkurve so bestimmt wird, daß am Ende des Spurwech
sels die Tangente der Übergangsbahnkurve gleich der Tangente
der Fahrspur ist.
Ein wesentlicher Aspekt für einen komfortablen Spurwechsel ist
bei der Bestimmung der Fahrzeugsollbahn, daß der Anfangsgier
winkelfehler
Δψ0 = Δψ(x = 0) = Δψ(t0)
beträgt, d. h. der Winkel zwischen der Tangente der Fahrspur und
der Fahrzeuglängsachse berücksichtigt wird, welcher durch die
Lageerkennungseinrichtung 10 aber auch die Überwachungseinrich
tung 20 ermittelt werden kann. Dies wird im diesem Beispiel
über die Gleichung 2 berücksichtigt.
Durch Lösen des Gleichungssystems, bestehend aus den Gleichungen
1 bis 4, ergeben sich für die Parameter a3, a2, a1, a0:
Mit den über die Gleichungen 5 bis 8 bestimmten Parametern
a3, a2, a1, a0 ist die Fahrzeugsollbahn abhängig von der Übergangs
länge D. Mit der Festlegung der Übergangslänge D kann das quer
dynamische Fahrverhalten berücksichtigt werden.
Beispielsweise kann gefordert werden, daß während des ganzen
Spurwechsels eine vorgebbare, maximale Querbeschleunigung ay_max
nicht überschritten wird. Dies bedeutet, daß die Bedingung
erfüllt werden muß.
Die zweite Ableitung der Funktion f(x) nach der Zeit t liefert
Mit den vereinfachenden Annahmen, daß die Fahrzeuglängsge
schwindigkeit vx näherungweise gleich der Fahrgeschwindigkeit
v ist und daß die Fahrzeuglängsbeschleunigung ax vernachlässigt
werden kann, d. h. daß also gilt:
= vx ≈ v,
= ax ≈ 0
ergibt sich für die zweite Ableitung der Funktion f(x) nach der
Zeit t:
g(x) = (x) = v . (6a3 . x1 + 2a2).
Mit der zusätzlichen Voraussetzung, daß näherungsweise
D . tan(Δψ0) <<|yD - y0
gilt, ergibt sich für
Somit führt die Forderung nach der vorgebbaren, maximalen Quer
beschleunigung ay_max zu der Bedingung:
Diese Gleichung kann nach der gesuchten Übergangslänge D aufge
löst werden, und es ergibt sich im vereinfachten Fall:
Allgemein ist, wenn man die Vereinfachung = ax ≈ 0 nicht macht,
die Übergangslänge D zusätzlich abhängig von der aktuellen
Fahrzeuglängsbeschleunigung ax, das heißt, es gilt:
D = h(ay_max, y0, yD, v, ax).
Somit ist die Bestimmung der Fahrzeugsollbahn wenigstens von
einer der Größen Fahrgeschwindigkeit und/oder Fahrzeugbeschleu
nigung abhängig.
Bei der vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung
erfolgt die Aufforderung für einen Spurwechsel vom Fahrer über
das Bedienelement 1.
Falls ein vorausfahrendes Fahrzeug im Abstand d vorhanden ist,
überprüft die Trajektorienplanungseinrichtung 12 zunächst, ob
überhaupt genügend Raum für die Durchführung des Spurwechsels
vorhanden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß
der Spurwechsel nur dann wirklich ausgeführt wird, wenn die Be
dingung
D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) ≦ d
erfüllt ist. Dem Fahrer kann beispielsweise auf einer (in Fig.
7 gezeigten) optischen Anzeigeeinheit 34 mitgeteilt werden, ob
ein Spurwechsel durchgeführt werden kann oder nicht. Falls vom
Fahrer ein Spurwechsel angefordert wird, der jedoch nicht
durchgeführt werden kann, kann zusätzlich eine akustische War
nung ausgegeben werden.
In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der er
findungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes dar
gestellt, bei der neben der Beeinflussung der Fahrzeugquerfüh
rung auch eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung erfolgt.
Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in Fig. 3
dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in
Fig. 1 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugs
zeichen der Fig. 3, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen,
die bereits in Fig. 1 verwendet werden, bezeichnen gleiche
Komponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 umfaßt zusätzlich zu der Aktivie
rungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26,
der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungsein
richtung 10, der Querführungseinrichtung 14 und der elektroni
schen Lenkwinkelstelleinrichtung 18 eine Überwachungseinrich
tung 20, eine Längsregeleinrichtung 24, eine Antriebsstrang
stelleinheit 25 und eine Bremsanlagen-Stelleinheit 27.
Die Überwachungseinrichtung 20 dient zur Ermittlung von auf der
Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffen
den Verkehrsinformationen Z, welche an die Trajektorienplanungs
einrichtung 12 abgegeben werden und die Berechnung der Übergangsbahnkurve
y_soll beeinflussen. Die Verkehrsinformationen
(Z) beeinhalten unter anderem den vektoriellen Abstand zum er
faßten Objekt und die Breite und Länge des Objekts. Insbesonde
re der Abstand zum und die Breite des Objekts wird für die Be
rechnung der Übergangsbahnkurve y_soll ausgenutzt.
Die Überwachungseinrichtung 20 umfaßt gemäß der in Fig. 3 ge
zeigten Ausführungsform eine Kameraanordnung mit einer zugeord
neten Bildverarbeitungseinrichtung. Diese dient zur Ermittlung
der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und
in den Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung
der Breite und Länge der Objekte.
Darüber hinaus kann die Überwachungseinrichtung 20 ähnlich wie
die Lageerkennungseinrichtung 10 ein kartenbasiertes, satelli
tengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen,
das zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in
der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahr
zeug ausgebildet ist. Hierbei ist es notwendig, daß die Objekte
bzw. Fahrzeuge ein satellitengestütztes GPS-System (Global-
Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem
Kraftfahrzeug eine Kommunikation zum Austausch von GPS-Daten
eingerichtet ist.
Die Überwachungseinrichtung 20 kann alternativ oder in Ergän
zung zum Bildverarbeitungssystem eine Abstandsbestimmungsein
richtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren
aufweisen.
Mit der Vorrichtung gemäß der Fig. 3 braucht der Fahrer die
Fahrspuren nicht mehr selber zu überwachen. Die Fahrspurüberwa
chung übernimmt in dieser Ausführungsform die Überwachungsein
heit 20. Diese erzeugt beispielsweise ein Abstandssignal Z, das
wenigstens eine vektorielle Abstandsinformation von allen sich
auf der eigenen Fahrspur und den Nachbarfahrspuren befindlichen
Fahrzeugen und Objekten darstellt. Darüber hinaus kann das Si
gnal Z auch Informationen über die relative Geschwindigkeit zu
den auf der eigenen Fahrspur und den Nachbarfahrspuren befind
lichen Fahrzeugen und Objekten enthalten. Bei vorhandenen Ob
jekten, welche ein Hindernis in der Fahrspur darstellen, ist im
Signal Z neben der Lage des Objektes auch die Größe des Objek
tes als Information enthalten.
Falls nun von der Überwachungseinrichtung 20 ein vorausfahren
des Fahrzeug im Abstand d ermittelt wird, überprüft die Tra
jektorienplanungseinrichtung 12 zunächst, ob überhaupt genügend
Raum für die Durchführung des Spurwechsels vorhanden ist. Dies
kann, wie oben beschrieben, beispielsweise wieder über die Be
dingung
D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) ≦ d
erfolgen.
Falls jedoch die obige Bedingung nicht erfüllt ist, d. h. falls
D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) < d
ist, gibt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 an die Längs
regeleinrichtung 24 ein Längsregelsignal d_soll_spw zur Beein
flussung des längsdynamischen Fahrverhaltens ab.
Der für den Spurwechsel erforderliche Raum kann beispielsweise
dadurch geschaffen werden, daß ein vorgegebener Soll-Abstand
d_soll_spw von der Längsregeleinrichtung 24 eingeregelt wird.
Die Antriebsstrangstelleinheit 25 erhält zur Ansteuerung des
(nicht gezeigten) Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs von der
Längsregeleinrichtung 24 ein Antriebsstrang-Stellsignal Ua.
Entsprechend bekommt die Bremsanlagenstelleinheit 27 von der
Längsregeleinrichtung 24 ein Bremsanlagen-Stellsignal Ub.
Falls kein Spurwechsel angefordert wird, erfolgt in der Längs
regeleinrichtung 24 im Zusammenspiel mit der in der Überwa
chungseinrichtung 20 vorhandenen Abstandssensorik eine Abstandsregelung,
wie sie von herkömmlichen Abstandregelsystemen
her bekannt ist.
In Fig. 4 ist schematisch noch eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbil
des dargestellt, welche die Durchführung eines vollautomati
sierten Fahrspurwechsel ermöglicht.
Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in Fig. 4
dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in
Fig. 3 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugs
zeichen der Fig. 4, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen,
die bereits in Fig. 3 verwendet werden, bezeichen gleiche Kom
ponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 umfaßt zusätzlich zu der Aktivie
rungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26,
der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungsein
richtung 10, der Querführungseinrichtung 14, der elektronischen
Lenkwinkelstelleinrichtung 18, der Überwachungseinrichtung 20,
der Längsregeleinrichtung 24, der Antriebsstrangstelleinheit 25
und der Bremsanlagen-Stelleinheit 27 eine Entscheidereinheit
22.
Die Aktivierungseinrichtung 16 zum Auslösen des Fahrspurwech
sels ist mit der Entscheidereinheit 22 verbunden. Der Fahrer
kann an der Aktivierungseinrichtung 16 eine gewünschte Fahrge
schwindigkeit v_set nach Art einer Tempomateinstellung vorge
ben. Dieses Signal v_set wird an die Entscheidereinheit 22 abge
geben. Es kann eine (nicht gezeigte) Tempomateinrichtung zur
Regelung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen sein.
Die Entscheidereinheit 22 ist mit der Überwachungseinrichtung
20 verbunden und bestimmt aufgrund der von der Überwachungsein
richtung 20 zugeführten Verkehrsinformationen Z ein Aktivie
rungssignal Sr, Sl zum Spurwechsel bzw. zum Ausweichen vor ei
nem in der Fahrbahn befindlichen Hindernis und übermittelt
dieses an die Trajektorienplanungseinrichtung 12. Das zumindest
auch einen vektoriellen Abstandswert zu einem erfaßten Objekt
umfassende Verkehrsinformationssignal Z wird ebenfalls an die
Trajektorienplanungseinrichtung 12 abgegeben, denn der ermit
telte Abstand beeinflußt den Verlauf der zu berechnenden Über
gangsbahnkurve y_soll.
Wenn die Überwachungseinrichtung 20 keine spurwechselverhin
dernde Verkehrsinformationen Z, also kein Objekt, das den Spur
wechselvorgang stören könnte, ermittelt, gibt die Entschei
dereinheit 22 ein Spurwechel-Auslösesignal Sr oder Sl an die
Trajektorienplanungseinheit 12 zum Erzeugen eines Übergangs
bahnkurvensignals y_soll für einen Spurwechsel von der Moment
anspur auf eine Zielspur ab.
Nachfolgend soll kurz ein Beispiel für einen aus Spurwechseln
zusammengesetzten Überholvorgang beschrieben werden:
Der Fahrer aktiviert über die Aktivierungseinrichtung 16 einmal
das Spurwechselsystem und gibt eine Wunschgeschwindigkeit v_set
vor. Das System führt das Fahrzeug, wie bereits zu Fig. 1 er
klärt, mit Hilfe der Lageerkennungseinrichtung 10, der Trajekt
orienplanungseinrichtung 12, der Querführungseinrichtung 14 und
der Lenkwinkelstelleinrichtung 18 selbständig quergeregelt mit
der Wunschgeschwindigkeit v_set entlang der Momentanspur.
Sobald die Überwachungseinrichtung 20 in der Momentanspur ein
vorausfahrendes Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit unter der
Wunschgeschwindigkeit v_set liegt, oder ein stehendes Hindernis
ermittelt, werden die weiteren Verkehrsinformationen Z verar
beitet, die an die Trajektorienplanungseinheit 12 abgegeben
werden. Es wird zum Beispiel der Abstand zu bzw. das Vorhanden
sein von weiteren Objekten hinter dem Fahrzeug oder auf der
Überholspur ermittelt. Die Lagererkennungseinrichtung 10 ermit
telt die Spurbreiten Br und Bl der Zielspuren rechts bzw. links
der Momentanspur und gibt diese an die Trajektorienplanungsein
heit 12 ab.
Die Entscheidereinheit 22 wertet die Verkehrsinformationen Z
aus, und "entscheidet" daraufhin, ob ein Spurwechsel in eine
"freie" Zielspur vorgenommen werden kann. Dementsprechend gibt
die Entscheidereinheit 22 beispielsweise ein Aktivierungssignal
Sl an die Trajektorienplanungseinheit 12 aus, wenn ein Spur
wechsel in die linke Überholspur vorgenommen werden soll. Die
Trajektorienplanungseinheit 12 berechnet eine Übergangsbahnkur
ve y_soll und gibt ein entsprechendes Längsregelsignal
d_soll_spw an die Längsregeleinrichtung 24 ab, um beispielswei
se das Fahrzeug aufgrund der Verkehrslage abzubremsen und einen
bestimmten Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu halten. Dies
geschieht durch Abgabe eines von der Längsregeleinrichtung 24
erzeugten Verzögerungssignals Ub an die Bremsanlagenstellein
heit.
Das System führt daraufhin den Spurwechsel auf die linke Über
holspur durch, welche zur neuen Momentanspur wird. Die Überwa
chungseinrichtung 20 ermittelt dabei die Breite des vorausfah
renden Fahrzeugs, welche für die Bestimmung des Zieloffsets yD
notwendig sind, und beim Passieren die Länge des vorausfahren
den Fahrzeugs. Um wieder in die ursprüngliche Fahrspur vor dem
Spurwechsel zurückzugelangen, führt das System einen entspre
chend des vorstehend beschrieben Vorgehens auszuführenden Spur
wechsel nach rechts durch.
Das System ermöglicht also einen automatischen Spurwechsel, ein
automatisches Überholen aber auch ein automatisches Ausweichen
vor Hindernissen. Der Fahrer gibt eine Wunschgeschwindigkeit
v_set vor, und das System entlastet ihn von weiteren Fahraktio
nen. Es lassen sich dabei verkehrsgesetzgebungsbedingte Ent
scheidungsmuster in der Entscheidereinheit 22 hinterlegen, etwa
die Vorschrift, daß auf deutschen Autobahnen links überholt
wird, wenn nicht eine bestimmte Geschwindigkeit unterschritten
ist.
Wenn die Überwachungseinrichtung 20 während eines Fahrspurwech
sels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen Z ermittelt,
wie beispielsweise auftretende Hindernisse in der Zielspur,
dann gibt die Entscheidereinheit 22 ein Spurwechel-
Abbruchsignal an die Trajektorienplanungseinheit 12 zum Abbre
chen eines aktiven Spurwechselvorgangs und zum Erzeugen eines
Übergangsbahnkurvensignals y_soll für einen Wechsel zurück zur
Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels ab. Das Abbruchsignal
für einen Spurwechsel auf eine linke Zielspur ist dabei das Ak
tivierungssignal Sr für einen Spurwechsel auf eine rechte Ziel
spur.
Die Trajektorienplanungseinheit 12 kann eine (nicht gezeigte)
Speichereinrichtung für Übergangsbahnkurven aufweisen. Für den
Fall eines Abbruchs des Spurwechsels liegen somit die notwendi
gen Daten vor, die eine Rückführung auf die ursprüngliche Fahr
spur vor dem Spurwechsel ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 wird nachfolgend ein Ausfüh
rungsbeispiel einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels beschrie
ben. Die Bedieneinrichtung kann dabei Teil der in den Fig.
1, 3 und 4 gezeigten Aktivierungseinrichtung 16 sein.
In Fig. 5 ist ein Bedienelement 39 zur Aktivierung bzw. Deak
tivierung der Querführungseinrichtung 14 zur Durchführung einer
selbsttätigen Fahrzeugquerführung längs einer Fahrspur, ein Be
dienelement 38 zur Fahrtrichtungsanzeige (üblicherweise als
Blinker bezeichnet), ein Multifunktionslenkrad 40, Bedienele
mente 30a, 30b zur Aktivierung bzw. Auslösung eines Fahrspur
wechsels nach links bzw. rechts sowie eine Zentraleinheit 42
gezeigt.
Die Verwendung von separaten Bedienelementen zu Fahrtrichtungs
anzeige und zur Auslösung des Fahrspurwechsels hat den Vorteil,
daß der Fahrer mit dem Bedienelement zur Fahrtrichtungsanzeige
wie gewohnt zunächst die Absicht des Spurwechsels den übrigen
Verkehrsteilnehmern mitteilen kann und erst dann, nachdem er
oder die Entscheidereinheit überprüft hat, ob die für den Spur
wechsel benötigte Nachbarspur frei ist, mittels der Auslöse-
Bedieneinheit den automatisierten Fahrspurwechsel auslöst. Dies
schafft für den Fahrer klare Verhältnisse für die Bedienung.
Die Zentraleinheit 42 umfaßt unter anderem die die Fahrposition
relativ zur Fahrspur erkennende Lageerkennungseinrichtung 10,
die Trajektorienplanungseinrichtung 12, die Querführungsein
richtung 14 und die elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung
18 gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1, 3 oder 4.
Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist ein manuell betätigba
res Auslöse-Bedienelement 30a zum fahrerseitigen Auslösen eines
Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betä
tigbares Auslöse-Bedienelement 30b zum fahrerseitigen Auslösen
eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur vorgesehen.
Über die als zwei Tasten eines Multifunktionslenkrades ausge
bildeten Bedienelemente 30a und 30b erzeugt der Fahrer ein Ak
tivierungs- bzw. Deaktivierungssignal SAKT, mit dem ein automa
tisierter Fahrspurwechsel ausgelöst bzw. abgebrochen werden
kann.
Diese Bedienfunktion läßt sich alternativ mit einem einzigen
Bedienhebel mit gegensätzlichen Bedienrichtungen für den Spur
wechsel nach rechts bzw. links realisieren.
Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt.
Hier sind die Bedienelemente 32a, 32b als Tasten auf einem das
übliche Lenkrad ersetzenden Side Stick-Hebel 44 ausgebildet.
Erfolgt beispielsweise die Auslösung des Fahrspurwechsels nach
links mit Hilfe des Drucks auf die Taste 30a am Multifunktions
lenkrad 40 gemäß Fig. 5 oder 32a am Side Stick-Hebel 44 gemäß
Fig. 6, so wird ein weiteres Betätigen derselben Taste bis zum
Ende des Spurwechsels ignoriert, um das Aktivieren mehrfacher
Spurwechsel in unmittelbarer Folge auszuschließen. Erst nach
vollständigem Abschluß des eingeleiteten Spurwechsels kann ein
weiterer Spurwechsel in dieselbe Richtung (d. h. in diesem Bei
spiel nach links) über dieselbe Taste aktiviert werden.
Während eines automatisierten Fahrspurwechsels kann jedoch
durch Betätigen des Bedienhebels in gegensätzlicher Bedienrich
tung bzw. durch Drücken der gegensätzlichen Bedientaste der ak
tuelle Spurwechsel automatisiert abgebrochen (deaktiviert) wer
den, und das Kraftfahrzeug fährt automatisch gemäß einer von der
Trajektorienplanungseinrichtung 12 berechneten Übergangskurve
in die Fahrspur zurück, aus welcher der Spurwechsel aktiviert
wurde.
Alternativ kann zusätzlich ein (nicht gezeigter) griffgünstig
plazierter Notschalter vorgesehen sein, der vom Fahrer im Not
fall betätigt werden kann. Bei Betätigung des Notschalters wird
der Spurwechsel sofort abgebrochen, und der Fahrer erhält die
volle Kontrolle über das Fahrzeug wieder zurück. Natürlich ist
in diesem Notfall auch die Lenkeinrichtung durch den Fahrer in
gewohnter Weise bedienbar. Die Notschalterfunktion kann auch
beispielsweise mit dem Brems- oder Fahrpedal gekoppelt sein, so
daß der Spurwechsel bei plötzlichem Bremsen oder Gasgeben durch
den Fahrer abgebrochen wird. Auch der Abbruch des Spurwechsels
durch aktiven, fahrerseitigen Lenkeingriff ist denkbar.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild noch eines wei
teren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die er
findungsgemäße Vorrichtung, bei der die erweiterte Zentralein
heit 46 neben der Zentraleinheit 42 gemäß Fig. 5 zusätzlich
eine Überwachungseinheit 20 und eine Anzeigeeinheit 34 besitzt.
Hier muß der Fahrer die Nachbarfahrspuren nicht mehr selbst
überwachen. Die Überwachung der Nachbarspuren erfolgt durch die
Überwachungseinheit 20. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von
am Fahrzeug angebrachten Videokameras und einem geeigneten
Bildverarbeitungssystem realisiert sein. Die Fahrspurüberwa
chungseinheit 20 erzeugt ein Signal SSPW, das angibt, ob ein automatisierter
Spurwechsel aufgrund der Belegungssituation be
nachbarter Fahrspuren möglich ist oder nicht.
Die Anzeigeeinheit 34 zeigt dem Fahrer an, ob das Gesamtsystem
für einen automatisierten Spurwechsel bereit ist oder nicht.
Neben einer freien Nachbarfahrspur muß hierfür sowohl die Lage
erkennungseinrichtung 10 als auch die elektronische Lenkwin
kelstelleinrichtung 18 bereit sein. Dieser Bereitschaftszustand
wird mit dem Signal SBZ an die Anzeigeeinheit 34 übermittelt.
Die Anzeigeeinheit 34 enthält ein Anzeigeelement 20a, das dem
Fahrer anzeigt, ob ein automatisierter Fahrspurwechsel nach
links möglich ist. Entsprechend wird mit dem Anzeigeelement 10b
dem Fahrer angezeigt, ob ein automatisierter Fahrspurwechsel
nach rechts möglich ist.
Weiterhin ist die Möglichkeit vorgesehen, daß der Fahrer mit
Hilfe eines weiteren Bedienelements 36 ein Signal SLQ an die
erweiterte Zentraleinheit 46 übermittelt, mit dem fahrerseitig
das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges beim automatisier
ten Fahrspurwechsel vorgeben bzw. beeinflussen werden kann. Das
Bedienelement 36 kann beispielsweise als ein Drehpotentiometer
ausgebildet sein.
Sämtliche in den Anmeldeunterlagen genannten Merkmale werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder
in Kombination nicht vorbekannt sind.
10
Lageerkennungseinrichtung
12
Trajektorienplanungseinrichtung
14
Querführungseinrichtung
16
Aktivierungseinrichtung (manuell - Entscheider)
18
Lenkwinkelstelleinrichtung
20
Überwachungseinheit
22
Entscheidereinheit
24
Längsregeleinrichtung
25
Antriebsstrangstelleinheit
26
Fahrzustandermittlungseinrichtung
27
Bremsanlagenstelleinheit
30
a,
30
b Auslöse-Bedienelemente
32
a,
32
b Auslöse-Bedienelemente
34
Anzeigeeinheit
34
a,
34
b Anzeigeelemente
36
Bedienungselement für längsdynamische Beeinflussung
38
Blinkerhebel
39
Bedienelement für Fahrzeugquerführung
40
Multifunktionslenkrad
42
Zentraleinheit
44
Side Stick-Hebel
46
erweiterte Zentraleinheit
B Breite der eigenen Fahrspur
Bl Breite der linken Nachbarspur
Br Breite der rechten Nachbarspur
SAKT
B Breite der eigenen Fahrspur
Bl Breite der linken Nachbarspur
Br Breite der rechten Nachbarspur
SAKT
Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
SBZ
SBZ
Signal Bereitschaftszustand
Sl Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach links
SLQ
Sl Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach links
SLQ
Signal Längs-/Querbeeinflussung
Sr Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach rechts
SSPW
Sr Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach rechts
SSPW
Signal Spurwechsel aktuell
v Fahrgeschwindigkeit
v Fahrgeschwindigkeit
Claims (17)
1. Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch
ein Kraftfahrzeug mit
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positi onsinformationen (y, B) des Fahrzeugs relativ zu einer Moment anspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen (y, B; Br, Bl) ab hängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspur wechsel,
einer den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungsein richtung (14) zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Moment anspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und
einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels.
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positi onsinformationen (y, B) des Fahrzeugs relativ zu einer Moment anspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen (y, B; Br, Bl) ab hängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspur wechsel,
einer den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungsein richtung (14) zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Moment anspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und
einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trajektorienplanungseinrichtung (12) das Übergangsbahn
kurvensignal (y_soll) an die Querführungseinrichtung (14) ab
gibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkelstellsignal (δ_soll)
an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstellein
richtung (18) des Kraftfahrzeugs abgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
eine Überwachungseinrichtung (20) zur Ermittlung von auf der
Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffen
de Verkehrsinformationen (Z), die an die Trajektorienplanungs
einrichtung (12) abgegeben werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwa
chungseinrichtung (20) eine Kameraanordnung mit einer zugeord
neten Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die zur Ermittlung
der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Er
mittlung der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzu
geordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den
Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung zumin
dest der Breite und Länge der Objekte ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwa
chungseinrichtung (20) ein kartenbasiertes, satellitengestütztes
GPS-System (Global-Positioning-System), das zur Ermittlung der
Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung
der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten
Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren re
lativ zum Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei die Objekte ein
satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System)
aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine
Kommunikation zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überwachungseinrichtung (20) eine Abstandsbestimmungs
einrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren
aufweist und die Verkehrsinformationen (Z) zumindest einen Ab
standswert zu erfaßten Objekten umfassen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen des Fahrspurwech sels eine mit der Überwachungseinrichtung (20) zusammenwirkende Entscheidereinheit (22) umfaßt, die ausgebildet ist, ein Spurwechel-Auslösesignal (Sr, Sl) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) keine spurwechselverhindernden Verkehrsinformationen (Z) ermittelt, oder ein Spurwechsel-Abbruchsignal (Sl, Sr) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Abbrechen eines aktiven Spurwechselvor gangs und zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) während eines Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Ver kehrsinformationen (Z) ermittelt.
daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen des Fahrspurwech sels eine mit der Überwachungseinrichtung (20) zusammenwirkende Entscheidereinheit (22) umfaßt, die ausgebildet ist, ein Spurwechel-Auslösesignal (Sr, Sl) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) keine spurwechselverhindernden Verkehrsinformationen (Z) ermittelt, oder ein Spurwechsel-Abbruchsignal (Sl, Sr) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Abbrechen eines aktiven Spurwechselvor gangs und zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) während eines Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Ver kehrsinformationen (Z) ermittelt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trajektorienplanungseinheit (12) ein zumindest von den
Verkehrsinformationen (Z) abhängiges Längsregelungssignal
(d_soll_spw) an eine das längsdynamische Fahrverhalten des
Fahrzeugs beeinflussende Fahrzeug-Längsregeleinrichtung (24)
abgibt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trajektorienplanungseinheit (12) eine im wesentlichen
S-förmige Übergangsbahnkurve (y_soll) berechnet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tangente der Übergangsbahnkurve (y_soll) am Ende des
Spurwechsels gleich der von der Lageerkennungseinrichtung (10)
oder der Überwachungseinrichtung (20) ermittelten Tangente der
Fahrspur ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trajektorienplanungseinheit (12) mit einer Fahrzu
stands-Ermittlungseinrichtung (26) verbunden ist, welche zumin
dest die die Berechnung der Übergangsbahnkurve (y_soll) beein
flussenden Größen Fahrgeschwindigkeit (v), Fahrzeuglängsbe
schleunigung (ax), Fahrzeugquerbeschleunigung (ay) oder der
gleichen das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beein
flussende Größen ermittelt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aktivierungseinrichtung (16) zum Auslösen eines Fahr
spurwechsels ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement
(30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels
auf eine linke Zielspur und ein manuell betätigbares Auslöse-
Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines
Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.
13. Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch
ein Kraftfahrzeug mit
einer Führungseinrichtung (14, 18) zur automatischen Querfüh rung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur,
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von die La ge benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen (Br, Bl) abhängigen Übergangs bahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel,
einer Lenkwinkelstelleinrichtung (18) zum Wechseln des Fahr zeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll),
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur.
einer Führungseinrichtung (14, 18) zur automatischen Querfüh rung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur,
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von die La ge benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen (Br, Bl) abhängigen Übergangs bahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel,
einer Lenkwinkelstelleinrichtung (18) zum Wechseln des Fahr zeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll),
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trajektorienplanungseinheit (12) mit einem fahrerseitig
betätigbaren Fahrspurwechsel-Abbruchelement verbunden ist, um
einen Fahrspurwechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahr
spurwechsels durchzuführen, wenn das Abbruchelement während ei
nes Fahrspurwechsels betätigt wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abbruchelement bei einem auf die rechte Zielspur ausge
führten Fahrspurwechsel das manuell betätigbare Auslöse-
Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines
Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und bei einem auf die
linke Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell betä
tigbare Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen
Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur um
faßt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15,
gekennzeichnet durch
eine Anzeigeeinrichtung (34), die mit der Überwachungseinrich
tung (20) zur Anzeige der ermittelten Verkehrsinformationen (Z)
und/oder der Möglichkeit eines Spurwechsels aufgrund der Ver
kehrsinformationen (Z) und mit der Trajektorienplanungseinheit
(12) zur Anzeige der aktuellen Durchführung eines Fahrspurwech
sels verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
gekennzeichnet durch
eine Eingabeeinrichtung (36) zur fahrerseitigen Beeinflussung
des quer- und/oder längsdynamischen Verhaltens.
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