DE10012737B4

DE10012737B4 - Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10012737B4
Application number: DE10012737A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Fritz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: DE10012737A1

Abstract

Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug, mit
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positionsinformationen (y, B) des Kraftfahrzeugs 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 Kraftfahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Kraftfahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und
einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trajektorienplanungseinrichung (12) eingerichtet ist, das Übergangskurvensignal (y_soll) derart zu erzeugen, dass eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgebbare Querbeschleunigung (ay_max) nicht überschritten wird.

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 unterstützen, d.h. ihn wenigstens teilweise von den hierfür erforderlichen Überwachungsmaßnahmen zu entlasten.

Aus der DE 43 13 568 C1 ist bekannt, den Vorraum und den Rückraum wenigstens der benachbarten Zielspur für den gewünschten Spurwechsel zu überwachen. Dabei werden die Abstände von dort detektierten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, und deren Geschwindigkeiten gemessen sowie daraus Sicherheitsabstände berechnet. Wenn alle gemessenen Abstände größer als die errechneten Sicherheitsabstände sind, wird dies als möglicher Spurwechsel erkannt. Der Fahrer wird hierdurch weitestgehend von Überwachungsaufgaben und einem Schätzen von Abständen und Geschwindigkeiten nachfolgender und vorausfahrender Fahrzeuge entlastet. Der Fahrer entscheidet jedoch selbst, ob er durch manuellen Lenkeingriff und gegebenenfalls durch zusätzliche Betätigung 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 ausführen oder für einen sicheren Wechseln in eine Lücke zwischen zwei auf der Zielspur hintereinander fahrenden Fahrzeugen nicht ausreichend beschleunigen oder verzögern. Durch derartiger 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 bestimmten Fahrspur einer mehrspurigen Straße zu halten. Es ist mit diesen Vorrichtungen jedoch kein Fahrspurwechsel in eine benachbarte Zielspur möglich.

Aus der DE 38 30 790 A1 ist eine Vorrichtung zur Kollisionsvermeidung für automatisch fürhbare Fahrzeuge bekannt, bei dem eine Kollision durch ein Brems-, Beschleunigungs- oder Ausweichmanäver vermieden werden soll.

Aus der EP 913 751 B1 ist ein autonomes Fahrzeug bekannt, das fahrerunabhängig zu einem Ziel geführt wird und dabei mittels einer Videokamera die eigene Spur sowie Nachbarspuren und den Straßenrand erkennt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche dazu beiträgt, fahrerseitige Fahrfehler beim Wechseln von einer Momentanspur auf eine Zielspur weitgehend 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 Patentsansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Demgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug (nachfolgend vereinfacht Fahrzeug genannt) eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung von Positionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen auf. Weiterhin ist eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel vorgesehen, sowie eine den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungseinrichtung zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal. Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist eine Aktivierungseinrichtung vorgesehen. Die Trajektorienplanungseinrichung ist eingerichtet, das Übergangskurvensignal derart zu erzeugen, dass eine vorgebbare Querbeschleunigung nicht überschritten wird. Das Kraftfahrzeug wird nachfolgend vereinfacht auch Fahrzeug genannt.

Mit der Erfindung wird eine Fahrspurwechselvorrichtung geschaffen, welche einen vom Fahrer angeforderten Spurwechsel ausführt. Die Spurhaltung in der Momentanspur, der Wechsel auf eine 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 Trajektorienplanungseinrichtung bestimmt, indem eine Übergangsbahnkurve berechnet wird, welche eine sichere und komfortable Spurwechselaktion ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Trajektorienplanungseinrichtung das Übergangsbahnkurvensignal an die Querführungseinrichtung abgibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkelstellsignal an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs abgibt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Überwachungseinrichtung zur Ermittlung von auf der Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffende Verkehrsinformationen vorgesehen, die an die Trajektorienplanungseinrichtung abgegeben werden.

Durch die Überwachungseinrichtung wird in erster Linie die Beobachtung des Raumbereiches vor und hinter dem Fahrzeug ermöglicht, um zu ermitteln, ob sich in den Fahrspuren Hindernisse oder andere Verkehrsteilnehmer befinden. Aber auch die beidsei tigen Seitenraumbereiche lassen sich mit der Überwachungseinrichtung leicht überwachen. Die gewonnenen Kenntnisse über das Verkehrsgeschehen gestatten einen besonders sicheren Spurwechsel und ermöglichen eine zusätzlichen Entlastung des Fahrers.

Sowohl die Lageerkennungseinrichtung als auch die Überwachungseinrichtung 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 relativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung zumindest der Breite und Länge der Objekte ausgebildet ist.

Die Informationen bezüglich der räumlichen Anordnung der Objekte und Fahrspuren zueinander und relativ zum Fahrzeug lassen sich durch Bildverarbeitung leicht ermitteln. Aus diesen Daten lassen sich auf einfache Weise Rückschlüsse auf drohende Gefahren bzw. unerwartete Spurverläufe gewinnen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Lageerkennungseinrichtung 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 satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunikation 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 Nachbarspur leicht zu ermitteln. Der Abstand und die relative Lage an derer 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 Abstandsbestimmungseinrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweist. Derartige Abstandsbestimmungseinrichtungen sind bewährt und liefern zuverlässige Ergebnisse auch im Fernbereich. Die gelieferten Verkehrsinformationen umfassen dabei zumindest einen Abstandswert zu den erfaßten Objekten.

Um dem Fahrer die Entscheidungsfindung bezüglich der Durchführung eines Fahrspurwechsels abzunehmen, kann die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen des Fahrspurwechsels eine mit der Überwachungseinrichtung zusammenwirkende Entscheidereinheit umfassen, die ausgebildet ist ein Spurwechel-Auslösesignal an die Trajektorienplanungseinheit zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung keine spurwechselverhindernde Verkehrsinformationen ermittelt.

Mit dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also ein vollautomatischer Spurwechsel möglich. Die Entscheidung für einen Spurwechsel wird dem Fahrer hier durch das Zusammenspiel von Entscheider- und Überwachungseinrichtung abgenommen.

Die Entscheidereinheit gibt ein Spurwechel-Abbruchsignal an die Trajektorienplanungseinheit ab, um einen aktiven Spurwechselvorgangs abzubrechen und ein Übergangsbahnkurvensignal für einen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels zu erzeugen, wenn die Überwachungseinrichtung während eines Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen ermittelt.

Durch die letztgenannte Möglichkeit kann im Gefahrenfall ein Spurwechsel sicher abgebrochen werden. Dabei wird das Kraftfahrzeug nicht in einem undefinierten Fahrzustand belassen, sondern wie beim Fahrspurwechsel auf einer vorberechneten Übergangsbahnkurve wieder auf die Ausgangsspur zurückgeführt.

Für einen Spurwechsel kann es auch sinnvoll oder notwendig sein, das längsdynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs zu beeinflussen. Zu diesem Zweck gibt die Trajektorienplanungseinheit ein zumindest von den Verkehrsinformationen abhängiges Längsregelungssignal 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 werden. Aus diesen Informationen berechnet die Trajektorienplanungseinheit eine geeignete Übergangsbahnkurve. Dabei kann beispielsweise ein Verringern der Fahrgeschwindigkeit hinter den 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 einen besonders vorteilhaften Spurwechsel.

Dabei kann die Trajektorienplanungseinheit die Übergangsbahnkurve derart berechnen, daß am Ende des Spurwechsels die Tangente der Übergangsbahnkurve gleich der von der Lageerkennungseinrichtung oder der Überwachungseinrichtung ermittelten Tangente der Fahrspur ist. Dies ist insbesondere bei Spurwechseln in Kurven sinnvoll.

Um eine der Verkehs- und Fahrspursituation angemessene Übergangsbahnkurve zu ermitteln, kann die Trajektorienplanungseinheit mit einer Fahrzustandsermittlungseinrichtung verbunden sein, welche zumindest die die Berechnung der Übergangsbahnkurve beeinflussenden Größen Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbe schleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung oder dergleichen das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beeinflussende Größen ermittelt.

Für eine einfache Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche eine Führungseinrichtung zur automatischen Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur, eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen, eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel, eine Lenkwinkelstelleinrichtung zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal, ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines 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 Fahrpurwechsels betätigt wird.

Für eine besonders einfache und für den Fahrer eindeutige Bedienung 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 abgebrochen werden, muß der Fahrer nur das Auslöse-Bedienelement zur Aktivierung eines Spurwechsels nach links und umgekehrt bedienen. Diese Vorgehen erschließt sich dem Fahrer leicht, so daß hier Fehlbedienungen weitgehend auszuschließen sind.

Damit der Fahrer stets Informationen über den Systemzustand erhalten kann, ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die mit der Überwachungseinrichtung zur Anzeige Anzeige der ermittelten Verkehrsinformationen (Z) und/oder der Möglichkeit eines Spurwechsels 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 Beeinflussung 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:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchfüh rung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug,
2 eine schematische Darstellung einer von der Trajektorienplanungseinrichtung der Erfindung berechnete S-förmigen Übergangsbahnkurve für einen Fahrspurwechsel,
3 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung ermöglicht,
4 ein schematisches Blockschaltbild noch eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung ermöglicht und eine Entscheidereinheit zur Durchführung eines Fahrspurwechsels aufweist,
5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels,
6 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung,
7 ein schematisches Blockschaltbild noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
In 1 ist in Form eines schematischen Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug dargestellt.
Die Vorrichtung weist eine durch eine Querführungseinrichtung 14 und eine elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung 18 gebildete Führungseinrichtung zur automatischen Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur auf. Eine Lageerkennungseinrichtung 10 dient der Ermittlung von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen, wie etwa die Breiten Br, Bl einer rechten bzw. linken Zielspur. Zusammen mit ebenfalls von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelten Positionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur, welche die Lage y und die Breite B der Momentanspur umfassen, werden die Fahrspurinformationen an eine Trajektorienplanungseinrichtung 12 abgegeben.
Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 berechnet für ein in einer Momentanspur fahrendes Kraftfahrzeug eine Übergangsbahnkurve oder Soll-Querversatztrajektorie für einen Fahrspurwechsel zu einer Nachbar- oder Zielspur. Dabei wird die Form der berechneten Übergangsbahnkurve von den Fahrspurinformationen Br, Bl und den Positionsinformationen y, B beeinflußt. Die Trajektorienplanungseinrichtung 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 (Referenzfahrspur) eingeregelt werden soll. Die Querführungseinrichtung 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 Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend der Übergangsbahnkurve.
Weiterhin ist eine Aktivierungseinrichtung 16 zum Auslösen eines Fahrspurwechsels bzw. zum Abbrechen eines gerade durchgeführten Spurwechsels vorgesehen. Die Aktivierungseinrichtung 16 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt ein in den 5 bis 7 gezeigtes 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 Aus lösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur. Die 5 bis 7 und die dort dargestellten weiteren Bedienelemente werden weiter unten genauer beschreiben.
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 Trajektorienplanungseinrichtung 12 eine geeignete Übergangsbahnkurve von der Momentanspur zur Nachbarspur.
Während eines durch das Aktivierungssignal Sr ausgelösten Fahrspurwechsels nach rechts kann der Fahrer über das Bedienelement 16 ein Deaktivierungssignal zum automatisierten Abbruch des Spurwechsels zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwechsels anfordern. Dies wird mittels des Aktivierungssignal Sl realisiert.
Entsprechend kann während eines durch das Aktivierungssignal Sl ausgelösten Fahrspurwechsels nach links das fahrerseitig erzeugte Signal Sr als Deaktivierungssignal verwendet werden.
Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt eine geeignete Übergangsbahnkurve zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwechsels falls während eines automatisierten Spurwechsels ein Deaktivierungssignal zum Abbruch des Spurwechsels vom Fahrer angefordert wird.
Weiterhin hat der Fahrer durch entsprechende Betätigung der Aktivierungseinrichtung 16 die Möglichkeit, mittels eines hiardurch erzeugten Signals ay_max ein gewünschtes querdynamisches Fahrverhalten vorzugeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn hierbei das querdynamische Fahrverhalten in Form einer maximal zulässige Querbeschleunigung beschrieben und diese an die Trajektorienplanungseinrichtung 12 übermittelt wird.
Der Trajektorienplanungseinrichtung 12 wird für die Bestimmung einer geeigneten Übergangsbahnkurve die aktuelle Fahrzeugposition 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 Fahrbahnmittelstreifen und der Fahrspurbegrenzungsstreifen verwendet werden. Es kann aber auch ein in die Fahrbahn eingebrachter elektrischer Leiter oder in die Fahrbahn eingebrachte Magnetnägel sowie gegebenenfalls auch globale Positionsdaten der Fahrbahn in Form von GPS-Daten verwendet werden.
Die Fahrzeugposition wird mit Hilfe der die Fahrposition relativ zur Fahrspur erkennenden Lageerkennungseinrichtung 10, die beispielsweise eine Videokamera mit nachgeschalteter Bildverarbeitung aufweist, realisiert. Zur Erkennung und Abstandsbestimmung von vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugen auf der Momentan- oder Zielspur können ebenfalls Bildverarbeitungssysteme oder auch Radarsysteme verwendet werden. Solche Radarsysteme werden bereits in bekannten Abstandsregelvorrichtungen verwendet.
Eine Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26 ermittelt mit Hilfe geeigneter (nicht gezeigter) Sensoren die Fahrgeschwindigkeit v, die Längsbeschleunigung a_x und die Querbeschleunigung a_y. Aber auch die Ermittlung zusätzlicher das längs- oder querdynamische Verhalten beeinflussende Größen ist denkbar. Der Trajektorienplanungseinrichtung 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 neber der Momentanspur befindlichen Nachbarspuren und die Breite Bl der links neben der Momentanspur befindlichen Nachbarspuren zugeführt. Die Fahrspurbreiten werden in dem beschrieben Ausführungsbeispiel über ein in der Lageerkennungseinrichtung 10 implementierten Bildverarbeitungssystem bestimmt. Wenn durch das Bildverarbeitungssystem neben der Momentanspur keine Nachbar spur ermittelt wird, wird der Trajektorienplanungseinrichtung 12 auch kein Signal Br oder Bl geliefert, so daß keine Übergangsbahnkurve berechnet wird. Ein Fahrspurwechsel ist in diesem 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 Magnetfeldsensorsystem und von in die Fahrbahn eingebrachter elektrischer Leiter oder in die Fahrbahn eingebrachter Magnetnägel 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 Zielspuren ausgebildet ist, aufweisen. Die Position sollte im Zentimeterbereich genau bestimmbar sein, wie dies beispielsweise durch bekannte Diffential-GPS-Systeme möglich ist.
In 2 ist beispielhaft ein Übergangsbahnkurvenverlauf für einen Fahrspurwechsel nach links dargestellt, wie er von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt wird. Falls fahrerseitig kein Spurwechsel angefordert wird, liefert die Trajektorienplanungseinrichtung 12 das Versatzsignal y_soll = y₀. Dies ist der laterale Versatz auf den das System vor der fahrerseitigen Anforderung eines Spurwechsels regelt. Der laterale Versatz y₀ kann beispielsweise den Abstand von der Fahrspurmitte beim Einschalten des Systems darstellen, wobei dann als Referenzlinie beispielsweise die Fahrspurmitte verwendet wird. Sofern also kein Spurwechsel angefordert wird, regelt das System auf diesen Offset y₀. Wird ein Spurwechsel angefordert, so bestimmt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 eine Übergangsbahnkurve für das Fahrzeug.
Die von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmte Übergangsbahnkurve ist gekennzeichnet durch eine sigmoide (S-förmige) Funktion y_soll = f(x) mit einem Zieloffset y_D und einer Übergangslänge D.
Eine vorteilhafte Realisierung besteht darin, die Übergangsbahnkurve als ein Polynom dritter Ordnung anzugeben. Damit ergibt sich: y_soll = f(x) = a3·x3 + a2·x2 + a1·x + a0
Die x-Richtung des in 2 dargestellten Koordinatensystems fällt mit der Tangente der Fahrbahn (bzw. Referenzline) zusammmen. 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 befindet, kann zusätzlich der Zieloffset Y_D eine Funktion der Fahrzeug- 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 Zeilspuren nicht zur Verfügung steht.
Für die Festlegung der noch unbekannten Parameter a₃, a₂, a₁, a₀ werden folgende Bedingungen aufgestellt: f(0) = y0 (Gleichung 1)
f(D) = yD (Gleichung 3)
Die in Gleichung 4 aufgestellt Bedingung bedeutet, daß die Übergangsbahnkurve so bestimmt wird, daß am Ende des Spurwechsels die Tangente der Übergangsbahnkurve gleich der Tangente der Fahrspur ist.
Ein wesentlicher Aspekt für einen komfortabel Spurwechsel ist bei der Bestimmung der Fahrzeugsollbahn, daß der Anfangsgierwinkelfehler 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 Überwachungseinrichtung 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
a1 = f1(Δψ0) = tan(Δψ0) (Gleichung 7) a0 = f0(Y0) = y0 (Gleichung 8)
Mit den über die Gleichungen 5 bis 8 bestimmten Parameter a₃, a₂, a₁, a₀ ist die Fahrzeugsollbahn abhängig von der Übergangslänge D. Mit der Festlegung der Übergangslänge D kann das querdynamische 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 f ..(x) = ẍ·(3a3·x2 + 2a2·x1 + a1) + [ẋ]2·(6a3·x1 + 2a2).
Mit den vereinfachenden Annahmen, daß die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x näherungweise gleich der Fahrgeschwindigkeit v ist und daß die Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x vernachlässigt werden kann, d.h. daß also gilt ẋ = vx ≈ v, ẍ = ax ≈ 0ergibt sich für die zweite Ableitung der Funktion f(x) nach der Zeit t: g(x) = f ..(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 Querbeschleunigung ay_max zu der Bedingung:
Diese Gleichung kann nach der gesuchten Übergangslänge D aufgelöst werden und es ergibt sich im vereinfachten Fall:
Allgemein ist, wenn man die Vereinfachung ẍ = a_x ≈ 0 nicht macht, die Übergangslänge D zusätzlich abhängig von der aktuellen Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x, 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 Fahrzeugbeschleunigung abhängig.
Bei der vorstehend anhand der 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 Bedingung D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) ≤ derfüllt ist. Dem Fahrer kann beispielsweise auf einer (in 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 Warnung ausgegeben werden.
In 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes dargestellt, bei der neben der Beeinflussung der Fahrzeugquerführung auch eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung erfolgt.
Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in 3 dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in 1 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugszeichen der 3, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen, die bereits in 1 verwendet werden, bezeichnen gleiche Komponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.
Die Vorrichtung gemäß 3 umfaßt zusätzlich zu der Aktivierungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26, der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungseinrichtung 10, der Querführungseinrichtung 14 und der elektronischen Lenkwinkelstelleinrichtung 18 eine Überwachungseinrichtung 20, eine Längsregeleinrichtung 24, eine Antriebsstrangstelleinheit 25 und eine Bremsanlagen-Stelleinheit 27.
Die Überwachungseinrichtung 20 dient zur Ermittlung von auf der Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffende Verkehrsinformationen Z, welche an die Trajektorienplanungseinrichtung 12 abgegeben werden und die Berechnung der Über gangsbahnkurve y_soll beeinflussen. Die Verkehrsinformationen (Z) beeinhalten unter anderem den vektoriellen Abstand zum erfaßten Objekt und die Breite und Länge des Objekts. Insbesondere der Abstand zum und die Breite des Objekts wird für die Berechnung der Übergangsbahnkurve y_soll ausgenützt.
Die Überwachungseinrichtung 20 umfaßt gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform eine Kameraanordnung mit einer zugeordneten 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 satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen, das zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug 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 Ergänzung zum Bildverarbeitungssystem eine Abstandsbestimmungseinrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweisen.
Mit der Vorrichtung gemäß der 3 braucht der Fahrer die Fahrspuren nicht mehr selber zu überwachen. Die Fahrspurüberwachung übernimmt in dieser Ausführungsform die Überwachungseinheit 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 Signal Z auch Informationen über die relative Geschwindigkeit zu den auf der eigenen Fahrspur und den Nachbarfahrspuren befindlichen Fahrzeugen und Objekten enthalten. Bei vorhandenen Objekten, welche ein Hindernis in der Fahrspur darstellen, ist im Signal Z neben der Lage des Objektes auch die Größe des Objektes als Information enthalten.
Falls nun von der Überwachungseinrichtung 20 ein vorausfahrendes Fahrzeug im Abstand d ermittelt wird, überprüft die Trajektorienplanungseinrichtung 12 zunächst, ob überhaupt genügend Raum für die Durchführung des Spurwechsels vorhanden ist. Dies kann, wie oben beschrieben, beispielsweise wieder über die Bedingung D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) ≤ derfolgen.
Falls jedoch die obige Bedingung nicht erfüllt ist, d.h falls D = h(ay_max, y0, yD, v, ax) > dist, gibt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 an die Längsregeleinrichtung 24 ein Längsregelsignal d_soll_spw zur Beeinflussung 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 U_a. Entsprechend bekommt die Bremsanlagenstelleinheit 27 von der Längsregeleinrichtung 24 ein Bremsanlagen-Stellsignal U_b.
Falls kein Spurwechsel angefordert wird, erfolgt in der Längsregeleinrichtung 24 im Zusammenspiel mit der in der Überwachungseinrichtung 20 vorhandenen Abstandssensorik eine Ab standsregelung, wie sie von herkömmlichen Abstandregelsystemen her bekannt ist.
In 4 ist schematisch noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes dargestellt, welche die Durchführung eines vollautomatisierten Fahrspurwechsel ermöglicht.
Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in 4 dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in 3 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugszeichen der 4, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen, die bereits in 3 verwendet werden, bezeichen gleiche Komponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.
Die Vorrichtung gemäß 4 umfaßt zusätzlich zu der Aktivierungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26, der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungseinrichtung 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 Fahrspurwechsels ist mit der Entscheidereinheit 22 verbunden. Der Fahrer kann an der Aktivierungseinrichtung 16 ein gewünschte Fahrgeschwindigkeit v_set nach Art einer Tempomateinstellung vorgeben. Diese Signal v_set wird an die Entscheidereinheit 22 abgegeben. 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 Überwachungseinrichtung 20 zugeführten Verkehrsinformationen Z ein Aktivierungssignal Sr, Sl zum Spurwechsel bzw. zum Ausweichen vor einem in der Fahrbahn befindlichen Hindernisses 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 ermittelte Abstand beeinflußt den Verlauf der zu berechnenden Übergangsbahnkurve y_soll.
Wenn die Überwachungseinrichtung 20 keine spurwechselverhindernde Verkehrsinformationen Z, also kein Objekt, das den Spurwechselvorgang stören könnte, ermittelt, gibt die Entscheidereinheit 22 ein Spurwechel-Auslösesignal Sr oder Sl an die Trajektorienplanungseinheit 12 zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals y_soll für einen Spurwechsel von der Momentanspur 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 1 erklärt, mit Hilfe der Lageerkennungseinrichtung 10, der Trajektorienplanungseinrichtung 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 verarbeitet, die an die Trajektorienplanungseinheit 12 abgegeben werden. Es wird zum Beispiel der Abstand zu bzw. das Vorhandensein von weiteren Objekten hinter dem Fahrzeug oder auf der Überholspur ermittelt. Die Lagererkennungseinrichtung 10 ermittelt die Spurbreiten Br und Bl der Zielspuren rechts bzw. links der Momentanspur und gibt diese an die Trajektorienplanungseinheit 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 Spurwechsel in die linke Überholspur vorgenommen werden soll. Die Trajektorienplanungseinheit 12 berechnet eine Übergangsbahnkurve y_soll, und gibt ein entsprechendes Längsregelsignal d_soll_spw an die Längsregeleinrichtung 24 ab, um beispielsweise 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 U_b an die Bremsanlagenstelleinheit.
Das System führt daraufhin den Spurwechsel auf die linke Überholspur durch, welche zur neuen Momentanspur wird. Die Überwachungseinrichtung 20 ermittelt dabei die Breite des vorausfahrenden Fahrzeugs, welche für die Bestimmung des Zieloffsets y_D notwendig sind, und beim Passieren die Länge des vorausfahrenden Fahrzeugs. Um wieder in die ursprüngliche Fahrspur vor dem Spurwechsel zurückzugelangen, führt das System einen entsprechend des vorstehend beschrieben Vorgehens auszuführenden Spurwechsel 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 Fahraktionen. Es lassen sich dabei verkehrsgesetzgebungsbedingte Entscheidungsmuster 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 Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen Z ermittelt, wie beispielsweise auftretende Hindernisse in der Zielspur, dann gibt die Entscheidereinheit 22 ein Spurwechel-Abbruchsignal an die Trajektorienplanungseinheit 12 zum Abbrechen 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 Aktivierungssignal Sr für einen Spurwechsel auf eine rechte Zielspur.
Die Trajektorienplanungseinheit 12 kann eine (nicht gezeigte) Speichereinrichtung für Übergangsbahnkurven aufweisen. Für den Fall eines Abbruchs des Spurwechsels liegen somit die notwendigen Daten vor, die eine Rückführung auf die ursprüngliche Fahrspur vor dem Spurwechsel ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels beschrieben. Die Bedieneinrichtung kann dabei Teil der in den 1, 3 und 4 gezeigten Aktivierungseinrichtung 16 sein.
In 5 ist ein Bedienelement 39 zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Querführungseinrichtung 14 zur Durchführung einer selbsttätigen Fahrzeugquerführung längs einer Fahrspur, ein Bedienelement 38 zur Fahrtrichtungsanzeige (üblicherweise als Blinker bezeichnet), ein Multifunktionslenkrad 40, Bedienelemente 30a, 30b zur Aktivierung bzw. Auslösung eines Fahrspurwechsels nach links bzw. rechts, sowie eine Zentraleinheit 42 gezeigt.
Die Verwendung von separaten Bedienelementen zu Fahrtrichtungsanzeige 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 Spurwechsel 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 Querführungseinrichtung 14 und die elektronischen Lenkwinkelstelleinrichtung 18 gemäß den Ausführungsformen der 1, 3 oder 4.
Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement 30a zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und ein manuell betätigbares Ruslöse-Bedienelement 30b zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur vorgesehen.
Über die als zwei Tasten eines Multifunktionslenkrades ausgebildeten Bedienelemente 30a und 30b erzeugt der Fahrer ein Aktivierungs- bzw. Deaktivierungssignal S_AKT, mit dem ein automatisierter Fahrspurwechsel ausgelöst bzw. abgebrochen werden kann.
Diese Bedienfunktion läßt sich alternativ mit einem einzigen Bedienhebel mit gegensätzlichen Bedienrichtungen für den Spurwechsel nach rechts bzw. links realisieren.
Eine alternative Ausführungsform ist in 6 dargestellt. Hier sind die Bedienelemente 32a, 32b als Tasten auf einem das übliche Lenkrad ersetzenden Side Stick-Hebels 44 ausgebildet.
Erfolgt beispielsweise die Auslösung des Fahrspurwechsels nach links mit Hilfe des Drucks auf die Taste 30a am Multifunktionslenkrad 40 gemäß 5 oder 32a am Side Stick-Hebel 44 gemäß 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 Beispiel nach links) über dieselbe Taste aktiviert werden.
Während eines automatisierten Fahrspurwechsels kann jedoch durch Betätigen des Bedienhebels in gegensätzlicher Bedienrichtung bzw. durch Drücken der gegensätzlichen Bedientaste der aktuelle Spurwechsel automatisiert abgebrochen (deaktiviert) werden 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 Notfall 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.
7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die erweiterte Zentraleinheit 46 neben der Zentraleinheit 42 gemäß 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 Fahrspurüberwachungseinheit 20 erzeugt ein Signal S_SPW, das angibt, ob ein au tomatisierter Spurwechsel aufgrund der Belegungssituation benachbarter 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 Lageerkennungseinrichtung 10 als auch die elektronischen Lenkwinkelstelleinrichtung 18 bereit sein. Dieser Bereitschaftszustand wird mit dem Signal S_BZ an die Anzeigeeinheit 34 übermittelt. Die Anzeigeeinheit 34 enthält ein Anzeigeelement 20a, das dem Fahrer angezeigt, 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 S_LQ an die erweiterte Zentraleinheit 46 übermittelt, mit dem fahrerseitig das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges beim automatisierten 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
30a, 30b,: Auslöse-Bedienelemente
32a, 32b
34: Anzeigeeinheit
34a, 34b: Anzeigeelemente
36: Bedienungselement für längsdyn. 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
S_AKT: Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
S_BZ: Signal Bereitschaftszustand
Sl: Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach links
S_LQ: Signal Längs-/Querbeeinflussung
Sr: Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach rechts
S_SPW: Signal Spruwechsel aktuell
v: Fahrgeschwindigkeit

Claims

Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug, mit einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positionsinformationen (y, B) des Kraftfahrzeugs 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 Kraftfahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Kraftfahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorienplanungseinrichung (12) eingerichtet ist, das Übergangskurvensignal (y_soll) derart zu erzeugen, dass eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgebbare Querbeschleunigung (ay_max) nicht überschritten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinrichtung (12) das Übergangsbahnkurvensignal (y_soll) an die Querführungseinrichtung (14) abgibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkelstellsignal (δ_soll) an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstelleinrichtung (18) des Kraftfahrzeugs abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (20) zur Ermittlung von auf der Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffende Verkehrsinformationen (Z), die an die Trajektorienplanungseinrichtung (12) abgegeben werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwachungseinrichtung (20) eine Kameraanordnung mit einer zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die zur Ermittlung der Lage des Kraftfahrzeugs 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 und zur Ermittlung zumindest der Breite und Länge der Objekte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwachungseinrichtung (20) ein kartenbasiertes satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System), das zur Ermittlung der Lage des Kraftfahrzeugs 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 satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunikation zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (20) eine Abstandsbestimmungseinrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweist und die Verkehrsinformationen (Z) zumindest einen Abstandswert zu erfaßten Objekten umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen des Fahrspurwechsels eine mit der Überwachungseinrichtung (20) zusammenwirkende Entscheidereinheit (22) umfaßt, die ausgebildet ist ein Spurwechel-Auslösesignal (Sr, Sl) an die Trajektorienplanungseinheit (12) zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) keine spurwechselverhindernde Verkehrsinformationen (Z) ermittelt, oder ein Spurwechel-Abbruchsignal (Sl, Sr) an die Trajektorienplanungseinheit (12) zum Abbrechen eines aktiven Spurwechselvorgangs 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 Verkehrsinformationen (Z) ermittelt.
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 Kraftfahrzeugs beeinflussende Fahrzeug-Längsregeleinrichtung (24) abgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) eine im wesentlichen S-förmige Übergangsbahnkurve (y_soll) berechnet.
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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) mit einer Fahrzustands-Ermittlungseinrichtung (26) verbunden ist, welche zumindest die die Berechnung der Übergangsbahnkurve (y_soll) beeinflussenden Größen Fahrgeschwindigkeit (v), Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_x), Fahrzeugquerbeschleunigung (a_y) oder dergleichen das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beeinflussende Größen ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung (16) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels 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.
Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug, mit einer Führungseinrichtung (14, 18) zur automatischen Querführung des Kraftfahrzeugs entlang der Momentanspur, einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen (Br, Bl), einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen (Br, Bl) abhängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel derart, dass eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgebbare Querbe schleunigung (ay_max) nicht überschritten wird, einer Lenkwinkelstelleinrichtung (18) zum Wechseln des Kraftfahrzeugs 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.
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 Fahrspurwechsels durchzuführen, wenn das Abbruchelement während eines Fahrpurwechsels betätigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbruchelement bei einem auf die rechte Zielspur ausgeführten 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 betätigbare Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (34), die mit der Überwachungseinrichtung (20) zur Anzeige der ermittelten Verkehrsinformationen (Z) und/oder der Möglichkeit eines Spurwechsels aufgrund der Verkehrsinformationen (Z) und mit der Trajektorienplanungseinheit (12) zur Anzeige der aktuellen Durchführung eines Fahrspurwechsels verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (36) zur fahrerseitigen Beeinflussung des quer- und/oder längsdynamischen Verhaltens.