DE10028130C2 - System zur Fahrzeugführung vor verkehrsgeregelten Kreuzungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Fahrzeugführung vor Kreuzungen, an denen sich eine Anläge zur Kreuzungsver­ kehrsregelung durch abwechselnde Frei- und Haltephasen befin­ det (DE 31 27 425 C2).

Solche Anlagen zur Kreuzungsverkehrsregelung sind im Straßen­ verkehr insbesondere in Form sogenannter Lichtsignalanlagen o­ der Ampelanlagen bekannt, welche die Freiphasen mit grünem und die Haltephasen mit rotem Licht signalisieren, weshalb die Frei- und Haltephasen allgemein auch als Grün- bzw. Rotphasen bezeichnet werden.

In der DE 31 27 425 C2 wird ein System zur Optimierung eines Ausrollvorgangs vor einem Haltepunkt beschrieben, bei dem durch ortsfeste Sendemittel Informationen über den Haltepunkt an fahrzeugseitige Empfangsmittel gesendet werden. Wird der Halte­ punkt durch eine Ampel gebildet, so erfolgt die Abgabe der Sig­ nale durch die ortsfesten Sendemittel nur dann, wenn das betreffende Fahrzeug den Haltepunkt während der Rot- oder Gelb­ phase der Ampel erreicht.

In dem Artikel "Automatisierung bei der Fahrzeugführung im Straßenverkehr" aus der Zeitschrift Automatisierungstechnik, at 05/2000, Seiten 211-223, wird ein System zur Abstands- und Geschwindigkeitsrege­ lung beschrieben, bei dem auch sich ändernde Verkehrsregelungen berücksichtigt werden.

Aus dem Artikel "Assistenzsystem senkt den Verbrauch" aus der Zeitschrift Elektronik 17/1998, S. 44, ist ein Fahrerassistenzsystem bekannt, das in Abhängigkeit von gespeicherten Daten einer di­ gitalen Karte das Gaspedal ansteuert.

In der DE 195 19 173 A1 wird eine Ampel beschrieben, bei der Informationen über die Restdauer der Rotphase in Fahrzeuge ü­ bertragen werden.

Es ist bekannt, bestimmten Fahrzeugen bei Annäherung an eine verkehrsgeregelte Kreuzung Priorität hinsichtlich des Passie­ rens der Kreuzung dadurch einzuräumen, dass nach erkannter An­ näherung eines solchen Fahrzeugs in entsprechender Weise auf die Steuerung der Kreuzungsverkehrsregelungsanlage eingewirkt wird, siehe die DE 196 01 024 A1 und die US 5 602 739 und DE 195 08 043 C1. In ähnlicher Weise ist es bekannt, Kreuzungsverkehrsregelungsanlagen in Ab­ hängigkeit vom Verkehrzustand im Kreuzungsbereich, insbesondere von der Verkehrsdichte, zu steuern, siehe die US 5 278 554.

In der DE 93 21 191 U1 ist ein Verkehrs­ informationssystem offenbart, das Fahrbahninformationen durch einen stationären Sender drahtlos an einen fahrzeugseitigen Empfänger überträgt, wobei der Sender beispielsweise einem ent­ sprechenden Verkehrsschild zugeordnet sein kann und eine der Verkehrsschildinformation entsprechende Information sendet. Fahrzeugseitig kann die gesendete Fahrbahninformation unter anderem dazu genutzt werden, in Abhängigkeit davon Stelleinrichtungen anzusteuern, die das Fahrzeugverhalten au­ tomatisch beeinflussen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Fahrzeugführungssystems der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem das zugehörige Fahrzeug in situationsange­ passt bestmöglicher Weise an eine verkehrsgeregelte Kreuzung herangeführt werden kann, um diese dann zu passieren.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Fahrzeugführungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses System beinhaltet charakteristischerweise eine Fahr­ zeugführungs-Steuereinheit, die einen situationsangepasst op­ timalen Annäherungsvorgang des Fahrzeugs an eine jeweilige verkehrsgeregelte Kreuzung berechnet, so dass das Fahrzeug dann in entsprechender Weise unter dem Einfluß dieser Steuer­ einheit an die Kreuzung herangeführt werden kann.

Optimal bedeutet hierbei, dass die Berechnung des Fahrzeugan­ näherungsvorgangs unter Vorgabe einer oder mehrerer Optimie­ rungskriterien gemäß eines entsprechenden herkömmlichen Opti­ mierungsalgorithmus erfolgt, z. B. nach dem Kriterium eines un­ ter den gegebenen Bedingungen schnellstmöglichen Passierens der Kreuzung und/oder eines möglichst geringen Kraftstoff­ verbrauchs. Situationsangepasst bedeutet, dass der optimierte Fahrzeugannäherungsvorgang in Abhängigkeit von situationsindi­ kativen Parametern erfolgt, die für den Fahrzeugannäherungs­ vorgang relevant sind. Diese Situationsparameter sind der mo­ mentane Verkehrsregelungsphasenzustand der Kreuzungsverkehrs­ regelungsanlage, der Abstand des Fahrzeugs von der Kreuzung und der relative Fahrzustand des Fahrzeugs zu einem Voraus- Fahrzeug, d. h. zu einem vorausfahrenden Fahrzeug. Dieser rela­ tive Fahrzustand zum Voraus-Fahrzeug beinhaltet insbesondere die Information über den Abstand und/oder die Relativgeschwindigkeit der beiden Fahrzeuge. Die Situationsparameter werden von entsprechenden herkömmlichen Melde- bzw. Detektionsmitteln erfasst, die der Fahrzeugführungs-Steuereinheit die entspre­ chenden Informationen liefern.

Die von der Fahrzeugführungs-Steuereinheit generierte Informa­ tion über einen in dieser Weise momentan jeweils optimalen An­ näherungsvorgang des Fahrzeugs an eine verkehrsgeregelte Kreu­ zung kann dann in gewünschter Weise verwertet werden, z. B. derart, dass der Fahrzeugführer über optische oder akustische Anzeigen aufgefordert wird, die Fahrzeugführung entsprechend dem berechneten optimalen Annäherungsvorgang vorzunehmen. Wei­ tergehend ist in einer Ausgestaltung des Systems nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Fahrzeugführungs-Steuereinheit entspre­ chende Motor-, Bremsen- und/oder Getriebeeingriffe vornimmt, indem sie entsprechende fahrzeugseitige Stelleinheiten ansteu­ ert, um das Fahrzeug ganz oder teilweise autonom in der be­ rechneten optimalen Weise an die Kreuzung heranzuführen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm ei­ nes Systems zur Fahrzeugführung vor ampelgeregelten Kreu­ zungen.

In Fig. 1 ist schematisch und beispielhaft eine Verkehrssitua­ tion dargestellt, in welcher sich ein Fahrzeug 1 hinter einem vorausfahrenden Fahrzeug 2 auf einer Richtungsfahrspur 3 einer gegebenenfalls mehrere Fahrspuren aufweisenden Fahrbahn vor einer Kreuzung 13 befindet, die durch eine Lichtsignalanlage 4 verkehrsgeregelt wird. Die Lichtsignalanlage 4 ist von her­ kömmlicher Bauart und generiert alternierend Grün- und Rotpha­ sen für die sich auf der jeweiligen Richtungsfahrspur 3 annä­ hernden Fahrzeuge gemäß einer vorgegebenen Ampelschaltung, die je nach Auslegung konstant ist oder sich z. B. in Abhängigkeit von der Tageszeit und/oder dem Verkehrszustand ändert.

Neben der herkömmlichen optischen Signalisierung der Grün- und Rotphasen ist der Ampelanlage 4 ein Sender 5 zugeordnet, der die Information über den jeweiligen momentanen Verkehrsrege­ lungsphasenzustand der Ampelanlage 4 über eine drahtlose Kom­ munikationsstrecke 6 sendet. Im Fahrzeug 1 befindet sich ein zugehöriger Empfänger 7 zum Empfangen dieser gesendeten Infor­ mationen. Sender 5 und Empfänger 7 bilden somit Verkehrsrege­ lungsphasen-Meldemittel, mit denen die im Fahrzeug 1 implemen­ tierte Fahrzeugelektronik Kenntnis vom momentanen Ampelschal­ tungszustand der Ampelanlage 4 erhält. Dies umfasst insbeson­ dere die Information darüber, ob die zu der vom Fahrzeug 1 be­ fahrenen Richtungsfahrspur 3 gehörige Ampel momentan auf "rot" oder "grün" steht und wie lange es noch bis zur nächsten Am­ pelumschaltung von "grün" auf "rot" bzw. von "rot" auf "grün" dauert.

Die Verkehrsregelungsphasen-Meldemittel 5, 6, 7 bilden eine der Komponenten des hier betrachteten Fahrzeugführungssystems, zu dem als weitere Komponenten noch Kreuzungsabstandsdetekti­ onsmittel 8 und Fahrzeugdetektionsmittel 9 gehören, die je­ weils fahrzeugseitig angeordnet und von herkömmlicher Bauart sind. Die Kreuzungsabstandsdetektionsmittel 8 erfassen den Ab­ stand D des Fahrzeugs 1 von der Kreuzung 13, z. B. speziell von einer Haltelinie 10, welche die Grenzlinie der Richtungsfahr­ spur 3 zum eigentlichen Kreuzungsknotenbereich bildet. Die Fahrzeugdetektionsmittel 9 stellen fest, ob sich vor dem Fahr­ zeug 1 ein vorausfahrendes Fahrzeug 2 befindet und messen ge­ gebenenfalls den Abstand a des eigenen Fahrzeugs 1 zum voraus­ fahrenden Fahrzeug 2 und/oder die Relativgeschwindigkeit des mit einer durch fahrzeugeigene Sensorik messbaren Geschwindig­ keit v fahrenden eigenen Fahrzeugs 1 zum vorausfahrenden Fahr­ zeug 2. Mit anderen Worten erkennen die Fahrzeugdetektionsmit­ tel 9 den Fahrzustand des eigenen Fahrzeugs 1 relativ zum Fahrzustand eines Voraus-Fahrzeugs 2. Soweit in den Kreuzung­ sabstandsdetektionsmitteln 8 und den Fahrzeugdetektionsmitteln 9 eine Abstandssensorik und je nach Auslegung weitere Sensoriken verwendet werden, sind diese wie gesagt herkömmlicher Art und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.

Die Verkehrsregelungsphasen-Meldemittel 5, 6, 7, die Kreu­ zungsabstandsdetektionsmittel 8 und die Fahrzeugdetektionsmit­ tel 9 führen ihre Informationen einer fahrzeugseitigen Fahr­ zeugführungs-Steuereinheit 11 zu, die in Abhängigkeit von die­ sen zugeführten Informationen einen optimalen Annäherungsvor­ gang des Fahrzeugs 1 an die Kreuzung 13 berechnet. Dazu sind in ihr ein oder mehrere zugehörige Optimierungskriterien vor­ gegeben und ein entsprechender herkömmlicher Optimierungsalgo­ rithmus implementiert. Als ein Optimierungskriterium dient vorzugsweise die Vorgabe eines möglichst raschen Passierens der Kreuzung 13, d. h. einer minimalen Verweildauer des Fahr­ zeugs 1 vor der Kreuzung 13, was gleichbedeutend mit der Vor­ gabe einer unter den gegebenen Umständen maximalen Annähe­ rungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 ist. Als weiteres Opti­ mierungskriterium dient bevorzugt ein minimaler Kraftstoff­ verbrauch, d. h. der Annäherungsvorgang wird bei gegebenen sonstigen Bedingungen so berechnet, dass die zu seiner Bewir­ kung vorzunehmenden Eingriffe in die Bremsanlage und/oder den Antriebsstrang des Fahrzeugs 1 mit möglichst geringem Kraft­ stoffverbrauch verbunden sind. Dabei beachtet die Fahrzeugfüh­ rungs-Steuereinheit 11 in ihrem Optimierungsalgorithmus, wie gesagt, die momentan gegebenen Randbedingungen hinsichtlich des augenblicklichen Ampelzustands, des Abstands D zur Kreu­ zung 13 und des Abstands a bzw. der Relativgeschwindigkeit zu einem vorausfahrenden Fahrzeug.

Die Fahrzeugführungs-Steuereinheit 11 steuert dann gemäß dem von ihr berechneten optimalen Fahrzeugannäherungsvorgang eine herkömmliche Längsbewegungssteuereinrichtung 12 des Fahrzeugs 1 an, die insbesondere eine Bremsanlage, eine Antriebsmo­ torsteuerung und optimal auch eine Getriebesteuerung umfasst. Über die Längsbewegungssteuereinrichtung 12 ist die Fahrzeug­ führungs-Steuereinheit 11 somit in der Lage, das Fahrzeug teilweise oder vollständig autonom gemäß dem berechneten Annäherungsvorgang an die Kreuzung 13 heranzuführen, indem sie entsprechende Bremseingriffe und/oder Motoreingriffe und gege­ benenfalls Getriebeeingriffe bewirkt.

Auf diese Weise ist das Kreuzungsannäherungs- Fahrzeugführungssystem in der Lage, das Fahrzeug 1 mit unter Beachtung der gegebenen Randbedingungen maximaler Geschwindig­ keit und minimalem Kraftstoffverbrauch sowie hohem Fahrkomfort mittels entsprechender Brems- und Motoreingriffe optimal über eine verkehrsgeregelte Kreuzung zu dirigieren. Wenn sich bei­ spielsweise die Ampel 4 bei Eintritt des Fahrzeugs 1 in den Sendebereich des Ampelsenders 5 momentan auf "rot" befindet, wird dies ebenso wie der Zeitpunkt der nächsten Umschaltung auf "grün" über die Verkehrsregelungsphasen-Meldemittel 5, 6, 7 der Fahrzeugführungs-Steuereinheit 11 mitgeteilt. Letztere fragt dann über die Kreuzungsabstandsdetektionsmittel 8 den Abstand D zur Kreuzung 13 und über die Fahrzeugdetektionsmit­ tel 9 den Abstand a zu einem vorausfahrenden Fahrzeug 2 sowie über eine fahrzeuginterne Geschwindigkeitssensorik die momen­ tane eigene Fahrgeschwindigkeit v ab und berechnet die unter diesen Bedingungen maximale Annäherungsgeschwindigkeit sowie den Kraftstoffverbrauch, der mit den entsprechenden Brems- und Motoreingriffen verbunden ist. Anschließend führt die Fahr­ zeug-Steuereinheit 11 das Fahrzeug 1 in der berechneten opti­ malen Weise über die ampelgeregelte Kreuzung 13. Diese Fahr­ zeugführung vor Kreuzungsbereichen ermöglicht eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, eine Verbesserung des Verkehrsflus­ ses und eine Minderung von Fahrzeugverschleiß, da unnötige An­ fahrvorgänge aus dem Stillstand vermieden werden.

Nähert sich das Fahrzeug 1 der Kreuzung 13 und damit dem Sen­ debereich des Ampelsenders 5 zu einem Zeitpunkt, in welcher die Ampel 4 auf "grün" geschaltet ist, so ermittelt die Fahr­ zeugführungs-Steuereinheit 11 anhand der ihr zugeführten In­ formationen, ob die Kreuzung 13 mit der aktuellen Fahrge­ schwindigkeit v noch in dieser Grünphase passiert werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, fordert die Fahrzeugführungs- Steuereinheit 11 über entsprechende Anzeigen den Fahrer zur Gasrücknahme und/oder Bremsung auf oder leitet selbst entspre­ chende Motordrosselklappen- und/oder Bremseneingriffe ein, die im Hinblick auf minimalen Kraftstoffverbrauch bestimmt werden, so dass auch bei einem oder mehreren notwendigen Anhaltevor­ gängen insgesamt ein Annäherungsvorgang des Fahrzeugs an die Kreuzung mit reduziertem Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Fahrzeugführungs­ system nicht auf ampelgeregelte Kreuzungen und nicht auf Stra­ ßenverkehrsnetze beschränkt ist, sondern sich für Kreuzungen beliebiger herkömmlicher Verkehrswegenetze mit jedweder belie­ bigen herkömmlichen Verkehrsregelungsanlage eignet.

Claims (2)

1. System zur Fahrzeugführung vor Kreuzungen, an denen sich eine Anlage (4) zur Kreuzungsverkehrsregelung durch abwechseln­ de Frei- und Haltephasen befindet, mit Sendemitteln (5) zur drahtlosen Übertragung von Informationen über den momentanen Phasenzustand einer jeweiligen Ampelanlage (4) und mit fahr­ zeugseitigen Empfangsmitteln (7), und Kreuzungsabstandsdetektionsmittel (8) zur Erkennung des Ab­ stands (D) des Fahrzeugs (1) von der Kreuzung (13), dadurch gekennzeichnet,
dass die Informationen über den momentanen Phasenzustand auch Informationen darüber umfassen, wie lange es noch bis zur nächsten Ampelumschaltung dauert,
mit einem Fahrzeugdetektionsmittel (9), welches feststellt, ob sich vor dem Fahrzeug ein vorausfahrendes Fahrzeug befindet und den Abstand des eigenen Fahrzeugs zum vorausfahrenden und/oder die Relativgeschwindigkeit des vorausfahrenden zum eigenen Fahrzeug misst, und
mit einer Fahrzeugführungs-Steuereinheit (11), welche aus den Informationen des Phasenzustandes, des Abstands des Fahrzeugs von der Kreuzung und dem Abstand des Fahrzeugs zum vorausfah­ renden Fahrzeug und/oder der Relativgeschwindigkeit des voraus­ fahrenden Fahrzeugs zum eigenen Fahrzeug ein schnellstmögliches Passieren der Kreuzung und/oder einen minimalen Kraftstoff­ verbrauch zum Passieren der Kreuzung berechnet.

2. Fahrzeugführungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugführungs-Steuereinheit (11) eine Längsbewegungs­ steuereinrichtung (12) des Fahrzeugs (1) zur Durchführung von Motor-, Bremsen- und/oder Getriebeeingriffen in Abhängigkeit vom berechneten Fahrzeugannäherungsvorgang ansteuert.