DE10036276A1 - Automatisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug - Google Patents
Automatisches Brems- und Lenksystem für ein FahrzeugInfo
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Abstract
Ein automatisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug beinhaltet eine Sensoreinheit zur Erfassung von Fahrzeug-Zustandsgrößen und Fahrzeug-Kenngrößen und von Umgebungsbedingungen. Darüber hinaus sind eine Regel- und Steuereinheit und Stelleinrichtungen zur Einstellung der Fahrzeugbremse und/oder der Fahrzeuglenkung vorgesehen. DOLLAR A Um mit größtmöglicher Sicherheit automatische Ausweichmanöver durchführen zu können, wird im Falle eines Hindernisses im Fahrweg eine Ausweichroute ermittelt, wobei für den Fall, dass in der Ausweichroute ein weiteres Hindernis liegt, die Strategie zur Ermittlung der Ausweichroute nochmals angewandt wird. Ist eine kollisionsfreie Ausweichroute nicht auffindbar, wird diejenige Route gewählt, bei der die Differenz vom verbleibenden Bremsweg und verbleibender Distanz zum Hindernis am geringsten ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein automatisches Brems- und Lenksystem
für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Druckschrift DE 40 39 005 A1 ist ein Steuersystem für
ein Fahrzeug bekannt, welches eine Sensoranordnung, eine zent
rale Regel- und Steuereinheit sowie eine Mehrzahl von Stellein
richtungen für diverse, den Fahrzeugzustand beeinflussende Ag
gregate eines Fahrzeugs umfasst. Über die Sensoranordnung wer
den vom Fahrer durchgeführte Aktivitäten registriert, insbeson
dere eine Brems- und eine Lenkbetätigung des Fahrers, sowie
Fahrzeugzustandsgrößen wie zum Beispiel die Fahrzeuggeschwin
digkeit und die Raddrehgeschwindigkeiten ermittelt. Die ermit
telten Signale werden gemäß einer hinterlegten Berechnungsvor
schrift in der Regel- und Steuereinheit verarbeitet, in der
Stellsignale erzeugt werden, die den Stelleinrichtungen der
Fahrzeugaggregate zur Manipulation des Fahrzeugzustandes zuge
führt werden. Die zu beeinflussenden Aggregate umfassen unter
anderem das Fahrzeuggetriebe, eine Lenksteuereinrichtung sowie
eine Bremseinrichtung.
Dieses Steuersystem hat den Nachteil, dass nur Aktivitäten des
Fahrers und der Fahrzeugzustand erfasst werden können, nicht
jedoch Vorgänge und Zustände, welche außerhalb des Fahrzeuges
stattfinden bzw. existieren. Es ist daher nicht möglich, even
tuelle Hindernisse auf der Fahrbahn zu erfassen und Maßnahmen
zur Kollisionsvermeidung zu ergreifen. Mit dem Steuersystem der
DE 40 39 005 A1 kann ein selbsttätiges, autonomes Fahren nicht
realisiert werden.
Aus der Druckschrift WO 90/02985 A1 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur automatischen Kollisionsvermeidung für Fahrzeu
ge bekannt, welches bzw. welche eine vorausschauende Erfassung
eines Hindernisses beinhaltet, wobei im Falle eines erkannten
Hindernisses ein kollisionsvermeidendes Ausweichmanöver durch
geführt wird. Im Falle eines Hindernisses wird gemäß einer in
der Regel- und Steuereinheit hinterlegten Ausweichstrategie ei
ne Ausweichbahn errechnet. Die Stelleinrichtung für die Lenkung
wird in der Weise beaufschlagt, dass das Fahrzeug der Ausweich
bahn folgt und das Hindernis umfährt.
Es ist zwar mit dem Brems- und Lenksystem der WO 90/02985 A1
möglich, in vorausschauender Weise Kollisionen mit Hindernissen
zu vermeiden, indem Brems- und Ausweichmanöver durchgeführt
werden. Nachteilig ist jedoch, dass die Ausweichstrategie keine
Alternativen für den Fall enthält, dass während des Ausweichma
növers weitere, unerwartete Hindernisse auftauchen.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Fahrzeugsystem
zu schaffen, mit dem mit größtmöglicher Sicherheit automatische
Ausweichmanöver durchgeführt werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 gelöst.
Bei dem neuartigen automatischen Brems- und Lenksystem wird zu
mindest für den Fall, dass im Ausweichweg ein weiteres Hinder
nis entdeckt wird, die Berechnung eines alternativen Ausweich
wegs nochmals durchgeführt, um eine Alternativroute zur Umge
hung des weiteren Hindernisses zu erhalten. Falls die Alterna
tivroute ein gefahrloses Umfahren des Hindernisses ermöglicht,
werden die Aggregate des Fahrzeugs mit entsprechenden Stellsig
nalen beaufschlagt, um der Alternativroute zu folgen. Falls je
doch die Alternativroute ein gefahrenfreies Ausweichen nicht
ermöglicht, wird gemäß einer hinterlegten Optimierungsstrategie
vorteilhaft diejenige Ausweichroute gewählt, bei der der zu er
wartende Schaden am geringsten ist. Zweckmäßig wird für jede
ermittelte Ausweichroute die Differenz von verbleibendem Brems
weg und verbleibender Distanz zum Hindernis - ausgehend von der
aktuellen Fahrzeugposition - ermittelt und diejenige Ausweich
route eingeschlagen, bei der die Differenz von Bremsweg und
Distanz am geringsten ist.
Alternativ zu der Optimierungsstrategie der minimalen Differenz
von verbleibendem Bremsweg und verbleibender Distanz zum Hin
dernis können aber auch sonstige Optimierungskriterien ange
wandt werden. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, dass Rand
bedingungen bei der Bestimmung der Ausweichroute berücksichtigt
werden, welche sich aus der Topologie des umliegenden Geländes
ergeben. Derartige Randbedingungen können beispielsweise durch
die Bestimmung der Absolutposition des Fahrzeugs mittels eines
Positionsbestimmungssystems unter Berücksichtigung der aus ei
ner elektronischen Straßenkarte bekannten Topologie definiert
werden.
Auf der Grundlage der Ausweichstrategie ist sicher gestellt,
dass für den Fall, dass eine Kollision nicht zu vermeiden ist,
diejenige Route gewählt wird, bei der das Fahrzeug bei Errei
chen des Hindernisses den geringsten verbleibenden Bremsweg
aufweist, so dass auch die Fahrzeuggeschwindigkeit im Moment
des Aufpralls minimiert und dementsprechend auch der Schaden so
gering wie möglich gehalten wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung werden zusätzliche Randbe
dingungen in der Umgebung berücksichtigt, welche über die Sen
soreinheit des Brems- und Lenksystems erfasst werden können.
Diese zusätzlichen Randbedingungen, welche insbesondere charak
teristische Merkmale der Umgebung beschreiben, werden in die
Ausweichstrategie mit einbezogen, um sicher zu stellen, dass
die Ausweichroute des Fahrzeugs nicht zu einem größeren Schaden
führt als das Verbleiben auf der bisherigen Fahrstrecke. Über
die Formulierung der Randbedingungen können zusätzliche, si
cherheitsrelevante Aspekte bei der Routenwahl berücksichtigt
werden. So ist es beispielsweise möglich, die Hindernisse, wel
che über die Sensoreinheit erfassbar sind, in unterschiedliche
Kategorien einzuteilen, wobei Kategorien von Hindernissen defi
nierbar sind, mit denen eine Kollision unbedingt zu vermeiden
ist. Dies betrifft insbesondere Personen auf der Fahrbahn bzw.
auf der Ausweichroute.
Als Randbedingung kann auch berücksichtigt werden, dass der
Ausweichweg nicht auf die Gegenfahrbahn führen darf. Dies gilt
insbesondere für den Fall, dass bei einem Ausweichen auf die
Gegenfahrbahn eine Gefährdung des eigenen Fahrzeugs oder eines
fremden Fahrzeugs zu befürchten ist, beispielsweise, falls auf
der Gegenfahrbahn während des Ausweichvorganges Gegenverkehr
herrscht, was insbesondere durch die Sensoreinheit zu erfassen
ist.
Um ein Hindernis über die Ausweichroute umgehen zu können, muss
das Lenksystem des Fahrzeuges manipuliert werden. Für den Fall
jedoch, dass die Lenk-Stelleinrichtung ausfällt, wird zweckmä
ßig eine Ersatzstrategie verfolgt, welche die verbleibenden,
noch intakten Fahrzeugaggregate im Hinblick auf eine Schadens
minimierung einsetzt. Hierzu werden insbesondere die die Fahr
zeug-Längsdynamik beeinflussenden Aggregate des Fahrzeuges ma
nipuliert, zweckmäßig im Hinblick auf eine optimale Verzögerung
mit minimalem Bremsweg.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung ist im Fahrzeug ein
Mitteilungssystem, insbesondere eine grafische Anzeige vorgese
hen, auf dem bzw. auf der die tatsächliche Fahrzeugposition und
die Sollposition darstellbar sind, welche gemäß der Ausweich
strategie ermittelt worden ist. Dem Fahrer wird hierdurch mit
geteilt, ob das Fahrzeug sich im Gefahrenfalle tatsächlich auf
der optimalen Route - dem Ausweichweg - befindet. Dies bietet
insbesondere für den Fall Vorteile, dass das selbsttätige Füh
ren des Fahrzeuges über den Ausweichweg nicht bzw. nicht voll
ständig funktioniert oder aber dass eine derartige automatische
Steuerung noch nicht bzw. noch nicht vollständig realisiert
worden ist. In diesem Fall kann der Fahrer auf Grund der ihm
mitgeteilten Information über Ist- und Soll-Position des Fahr
zeugs, insbesondere an Hand der grafischen Darstellung, selbst
tätig Lenk- und Bremsmanöver einleiten und durchführen, um die
angezeigte Sollposition des Fahrzeugs erreichen bzw. einhalten
zu können.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. In Fig. 1 sind verschiedene Ausweichrouten
eines Fahrzeugs auf einer Straße zur Umgehung von mehreren Hin
dernissen dargestellt, Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug mit einem Be
reich möglicher Solltrajektorien für die weitere Fahrt des
Fahrzeugs unter Berücksichtigung eines Hindernisses im Fahr
zeugweg und der seitlichen Straßenbegrenzung.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 auf der rechten Fahrbahnhälfte ei
ner Straße 2 dargestellt. Das Fahrzeug 1 sei mit einem automa
tischen Brems- und Lenksystem ausgestattet, welches ein selbst
tätiges Bremsen und Lenken des Fahrzeuges in Abhängigkeit von
Vorgängen, Zuständen, Ereignissen und Aktivitäten sowohl außer
halb als auch innerhalb des Fahrzeuges ermöglicht. Die das
Brems- und Lenksystem beeinflussenden Größen umfassen insbeson
dere Fahrzeug-Zustandsgrößen, beispielsweise die Fahrzeugge
schwindigkeit und die Lenkgeschwindigkeit, Fahrzeug-Betriebs-
oder -Kenngrößen, beispielsweise den Radstand, aber auch Signa
le, welche von einer Sensoreinheit stammen, über die die Umge
bungsbedingungen festzustellen sind, beispielsweise Hindernisse
auf oder am Rande der Fahrbahn oder wetterbedingte Einflüsse.
Die Sensoreinheit bildet einen Bestandteil des Brems- und Lenksystems,
dem darüber hinaus eine Regel- und Steuereinheit zuge
ordnet ist, in welcher in Abhängigkeit der Fahrzeug-
Zustandsgrößen und der Umgebungsbedingungen Stellsignale er
zeugt werden können. Diese Stellsignale werden mit Hilfe von
Signalübertragungseinrichtungen diversen Stelleinrichtungen zur
Einstellung der Fahrzeugbremse und/oder der Fahrzeuglenkung zu
geführt, gegebenenfalls auch weiteren den Fahrzeugzustand be
einflussenden Aggregaten, insbesondere Zündung und Einspritzung
der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs.
Im Falle eines Hindernisses, welches den Fahrweg des Fahrzeugs
blockiert oder zumindest mit nicht ausreichendem Sicherheitsab
stand im Fahrweg des Fahrzeugs liegt und welches mittels der
Sensoreinheit detektiert werden kann, werden gemäß hinterlegten
Berechnungsvorschriften in der Regel- und Steuereinheit in Ab
hängigkeit der Fahrzeug-Zustandsgrößen und der Umgebungsbedin
gungen Ausweichmanöver ermittelt, um eine Kollision mit dem
Hindernis bzw. eine Gefährdung des Fahrzeugs zu vermeiden.
Im Ausführungsbeispiel befindet sich auf der Fahrbahn ein Hin
dernis 3, welches im Fahrweg des Fahrzeugs 1 liegt, so dass das
Fahrzeug 1 ein Ausweichmanöver durchführen muss, um eine Kolli
sion mit dem oder eine Gefährdung durch das Hindernis 3 zu ver
meiden. Das Hindernis 3, das über die Sensoreinheit des Brems-
und Lenksystems des Fahrzeug 1 entdeckt werden kann, beispiels
weise durch ein im Fahrzeug 1 mitgeführtes Radarsystem, zwingt
das Fahrzeug 1 auf Ausweichrouten, welche unter Beachtung zu
sätzlicher Randbedingungen, insbesondere unter Beachtung si
cherheitsrelevanter Kriterien, auszuwählen sind.
Bei dem in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 1 gelegenen Hindernis
3 kommen zwei Ausweichrouten a und b in Betracht, die links
bzw. rechts am Hindernis 3 vorbeiführen. Um zu vermeiden, dass
eine einzuschlagende Ausweichroute zu einer weiteren Gefährdung
des Fahrzeug 1 führt, werden Randbedingungen vorgegeben, die
bei der Auswahl der Ausweichroute zu beachten sind. Als Randbe
dingung wird insbesondere berücksichtigt, dass die Ausweichrou
te nicht auf die Gegenfahrbahn führen darf, um eine Kollision
mit Gegenverkehr auszuschließen. Diese Randbedingung kann je
doch gegebenenfalls dahingehend eingeschränkt werden, dass ein
Ausweichen auf die Gegenfahrbahn nur für den Fall verboten ist,
dass auch tatsächlich Gegenverkehr herrscht; dies setzt jedoch
leistungsfähige, weit voraus schauende Sensoreinrichtungen im
Fahrzeug 1 und im Übrigen weitere günstige Umgebungsbedingungen
voraus, insbesondere einen überschaubaren Streckenverlauf.
Ein zusätzliches zu berücksichtigendes Kriterium bei der Fest
legung der Ausweichroute ist die Kurvenkrümmung der Ausweich
route, welche insbesondere in Abhängigkeit der Fahrzeuglängsge
schwindigkeit in der Weise gewählt werden muss, dass keine un
zulässig hohen Querbeschleunigungen am Fahrzeug auftreten.
Sobald im Brems- und Lenksystem erkannt wird, dass im aktuellen
Fahrweg ein Hindernis steht, werden der hinterlegten Ausweich
strategie entsprechend Ausweichrouten ermittelt. Die theore
tisch möglichen Ausweichrouten führen links und rechts am Hin
dernis vorbei, im Ausführungsbeispiel sind dementsprechend zwei
links und rechts am Hindernis 3 vorbeiführende Ausweichrouten a
und b eingezeichnet, auf denen das Fahrzeug 1 das Hindernis 3
theoretisch umfahren kann. Die Ausweichroute a kann jedoch im
Ausführungsbeispiel auf Grund einer einschränkenden Randbedin
gung nicht durchgeführt werden, da diese Route a auf die Gegen
fahrbahn führt, was in der Regel nicht gestattet ist. Der ein
zige, das Hindernis 3 umgehende Weg ist die Ausweichroute b,
welche rechts am Hindernis 3 vorbeiführt.
Im Brems- und Lenksystem des Fahrzeug 1 wird vorteilhaft perma
nent, insbesondere in kurzen zyklischen Abständen, die Umgebung
sensiert und auf der Grundlage dieser, über die Sensoreinheit
aufgenommenen Umgebungsdaten werden permanent bzw. zyklisch
weitere Fahrstrategien ermittelt und gegebenenfalls auch durch
geführt. Falls keine weiteren Hindernisse oder Störungen auf
treten, wird die Ausweichroute zweckmäßig in der Weise gewählt,
dass in Lateralrichtung nach dem Beenden des Ausweichmanövers
die ursprüngliche Lateralposition des Fahrzeugs 1 in Bezug auf
den Fahrbahnrand wieder erreicht wird.
Falls ein Ausweichmanöver durchgeführt werden muss, wird die
Querkomponente y des Ausweichwegs vorteilhaft als Klothoide ge
mäß der Funktion
y = ∫(v2(t)(t)t2)/Ldt
in Abhängigkeit der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit v, der Lenk
geschwindigkeit , des Radstandes L und der Zeit t - gemessen
ab Beginn des Ausweichmanövers - berechnet. Es ist zu beachten,
dass die Mindest-Lateralkomponente ymin des Ausweichwegs für ei
ne sichere Umfahrung des Hindernisses zweckmäßig bestimmt wird
durch die Addition von halber Hindernisbreite bH und halber
Fahrzeugbreite bF gemäß dem Zusammenhang
ymin = 1/2(bH + bF),
wobei gegebenenfalls ein zusätzlicher seitlicher Sicherheitsab
stand zu berücksichtigen ist.
Die Längskomponente x des Ausweichwegs wird gemäß der Beziehung
x = ∫v(t)dt
in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v bestimmt.
Alternativ zur Klothoide kann auch eine kubische Parabel als
Ausweichfunktion gewählt werden.
In der Figur ist ein weiterer Fall mit einer Mehrzahl von Hin
dernissen im Fahrweg d des Fahrzeugs dargestellt, ausgehend von
einer Fahrzeugposition 1' des Fahrzeugs. In Geradeausrichtung
befindet sich im Fahrweg des Fahrzeugs ein Hindernis 4. Seit
lich und in Längsrichtung mit größerem Abstand zum Fahrzeug
versetzt liegt ein weiteres Hindernis 5, am Wegesrand außerhalb
der Straße 2 befinden zusätzliche Einzelhindernisse 6. Ausge
hend von der eingezeichneten Position 1' wird das Fahrzeug nach
dem Erkennen des unmittelbar in der Fahrspur d liegenden Hin
dernisses 4 Ausweichmanöver bzw. Ausweichrouten c und e ermit
teln, welche rechts bzw. links am Hindernis 4 vorbeiführen.
Bei der Festlegung der letztlich durchzuführenden Ausweichroute
werden zunächst diejenigen Alternativen ausgesondert, welche
mit zusätzlich zu beachtenden Randbedingungen unverträglich
sind. Als derartige Randbedingungen können die Hindernisse in
abgestufte Kategorien unterteilt sein, welche mit einem unter
schiedlich hohen Gefährdungsgrad für das eigene Fahrzeug oder
aber für außenstehende Personen oder Gegenstände bewertet wer
den. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Personen, die sich
außerhalb des betrachteten Fahrzeugs befinden, beispielsweise
am Wegesrand stehen und von der Sensoreinheit als Personen i
dentifiziert werden, in eine Hinderniskategorie einzustufen,
mit denen eine Kollision unter allen Umständen vermieden werden
muss. Durch die Einteilung und Bewertung in verschiedene Kate
gorien kann eine Vorsortierung unter mehreren ermittelten Aus
weichrouten getroffen werden.
Im Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem Hindernis 6 um ein
zelne Personen handeln, so dass ein Ausweichen über die Route c
nicht möglich ist.
Als weitere Alternativen verbleiben - ausgehend von der Fahrzeugposition
1' - die Route d, welche dem regulären Fahrweg
entspricht und zu einer Kollision mit dem Hindernis 4 führt,
sowie die Ausweichroute e, die jedoch im weiteren Verlauf eben
falls zu einer Kollision mit dem weiter entfernt liegenden Hin
dernis 5 führen würde. Da die Ausweichroute c definitiv ausge
schieden ist, muss eine Auswahl unter den verbliebenen Routen d
und e getroffen werden. Als Auswahlkriterium wird zunächst der
Abstand zwischen aktueller Fahrzeugposition 1' und den Hinder
nissen 4 und 5 in Längsrichtung x bestimmt. Der Abstand zwi
schen Fahrzeugposition 1' und dem näher liegenden Hindernis 4
beträgt sH1, der Abstand zum weiter entfernt liegenden Hinder
nis 5 beträgt sH2. Zugleich wird in der Regel- und Steuerein
heit des Brems- und Lenksystems der noch verbleibende Mindest-
Bremsweg sB bestimmt, welcher ausgehend von der aktuellen Fahr
zeugposition 1' in Längsrichtung x bis zum vollständigen Fahr
zeugstillstand voraussichtlich erforderlich ist. Falls der
verbleibende Bremsweg sB den für eine hindernisfreie Fahrt zur
Verfügung stehenden Abstand sH1 und sH2 bis zu den Hindernissen
übersteigt und demzufolge ein kollisionsfreier Ausweichweg aus
gehend von der Fahrzeugposition 1' nicht aufzufinden ist, wird
nun als Kriterium für die Auswahl unter den verbleibenden Rou
ten d und e derjenige Ausweichweg gewählt, bei dem die Diffe
renz von Bremsweg sB und Distanz sH1 bzw. sH2 zum jeweiligen
Hindernis 4 bzw. 5 am geringsten ist. Diese Differenz, die mit
Δs1 und Δs2 bezeichnet wird, ist auf Grund des größeren Längs
abstandes des Hindernisses 5 zur aktuellen Fahrzeugposition 1'
für das Hindernis 5 am geringsten, dementsprechend wird die
Ausweichroute e gewählt. Auf Grund der größeren Distanz zum
Hindernis 5 wird das Fahrzeug auf eine geringere Geschwindig
keit verzögert sein als bei Annäherung an das Hindernis 4 auf
der Route d, die Schäden bei einem Aufprall auf das Hindernis 5
werden geringer sein als die Schäden bei einem Aufprall auf das
nähere Hindernis 4.
Nachdem das Fahrzeug ausgehend von der Position 1' die Ausweichroute
e eingeschlagen hat, wird permanent in zyklischen
Abständen nach weiteren Ausweichrouten gefahndet. Hierbei kön
nen sich weitere Alternativen ergeben, beispielsweise eine Aus
weichroute f, die jedoch nur dann durchgeführt werden können,
wenn keine zusätzlichen Randbedingungen verletzt werden bzw.
wenn die Route f in eine unter Sicherheitsaspekten gleiche oder
bevorzugt günstigere Wertungskategorie fällt als die momentan
eingeschlagene Route e. Im Ausführungsbeispiel ist die Route f
jedoch keine ausführbare Alternative zur Route e, da die Route
f auf die Gegenfahrbahn führt.
Im Falle eines Ausfalls der eine automatische Lenkung bewirken
den Lenk-Stelleinrichtung ist ein selbsttätiges laterales Aus
weichen und Umfahren eines Hindernisses nicht möglich. In die
sem Fall wird zweckmäßig die Fahrzeug-Längsdynamik gemäß einer
hinterlegten Ersatzstrategie beeinflusst, insbesondere wird ei
ne maximale Verzögerung durch Beaufschlagung der Fahrzeugbremse
und/oder des Motors erzeugt, um nach dem Erkennen des Ausfalls
der Lenk-Stelleinrichtung und einem erkannten Hindernis das
Fahrzeug so schnell wie möglich bis zum Stillstand abzubremsen.
Diese Strategie kann auch generell angewandt werden, wenn eine
Lenk-Stelleinrichtung im Fahrzeug nicht vorhanden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist im Fahrzeug ein
Mitteilungssystem vorgesehen, insbesondere ein grafisches Mit
teilungssystem, zur Darstellung der tatsächlichen Fahrzeugposi
tion und der Sollposition, welche gemäß der Ausweichroute ein
geschlagen werden soll. Insbesondere für den Fall, dass das
selbsttätige Befahren der Ausweichroute als Folge einer beein
trächtigten Funktion des Brems- und Lenksystems nicht oder
nicht vollständig möglich ist, erhält der Fahrer über das Mit
teilungssystem ausreichende Informationen über die optimale
Fahrroute, die dementsprechend vom Fahrer manuell eingeschlagen
werden kann.
In einer weiteren Ausführung ist dem Brems- und Lenksystem eine
Speichereinheit zugeordnet, in der Daten des Brems- und Lenk
systems permanent oder temporär speicherbar sind. Es werden
zweckmäßig sowohl die der Auslösung des automatischen Brems-
und/oder Lenkvorganges zugrunde liegenden Daten als auch die
vom Brems- und Lenksystem erzeugten Daten gespeichert, um im
Nachhinein sowohl die Datenbasis, auf deren Grundlage das
Brems- und Lenksystem Stellsignale erzeugt, als auch die er
zeugten Stellsignale selbst bzw. deren Auswirkung feststellen
und beurteilen zu können. Es können insbesondere sowohl Soll
größen als auch Istgrößen in der Speichereinheit abgelegt wer
den. Auf der Grundlage der gespeicherten Daten können das Ver
halten des Bremssystems und das Auftreten eines Fehlers im
Brems- und Lenksystem rekonstruiert werden. Außerdem können
Entscheidungen des Fahrers, welche Entscheidungen oder Vor
schlägen des Brems- und Lenksystems zuwider laufen, im Nachhi
nein auf Richtigkeit überprüft werden. Die Daten können in der
Speichereinheit für eine begrenzte Zeit oder unbegrenzt gespei
chert werden. Im Falle einer auf ein bestimmtes Speicherinter
vall vorgegebenen zeitlichen Begrenzung werden vorteilhaft nach
dem ersten Durchlauf des Speicherintervalls fortlaufend Daten
aus dem verstrichenen Speicherintervall von nachfolgenden Daten
überschrieben.
Es kann auch vorteilhaft sein, im Fahrzeug ein Positionsbestim
mungssystem zur Bestimmung der augenblicklichen Absolutposition
vorzusehen, beispielsweise ein satellitengestütztes Positions
bestimmungssystem GPS. In Verbindung mit einer im Fahrzeug mit
zuführenden elektronischen Straßenkarte, welche in digitali
sierter Form Informationen über die Topografie der aktuell be
fahrenen Straße und der umliegenden Umgebung enthält, erhält
man ein Navigationssystem, mit dem zusätzliche Kriterien bei
der Wahl der Ausweichroute berücksichtigt werden können, indem
unabhängig von der Erkennung von Hindernissen über die im Fahr
zeug mitgeführte Sensoreinheit topografische bzw. topologische
Gegebenheiten berücksichtigt werden, die aus der elektronischen
Karte hervorgehen. Hierbei wird zweckmäßig die absolute Fahr
zeugposition mit Hilfe des Positionsbestimmungssystems bestimmt
und in die elektronische Straßenkarte übertragen, aus der der
Straßenverlauf und insbesondere die seitliche Straßenbegrenzung
sowie feststehende Hindernisse bekannt sind, was als Randbedin
gung im Sinne eines nicht zu befahrenden oder nur unter beson
deren Umständen zu befahrenden Gebiets bei der Bestimmung der
Ausweichroute zu berücksichtigen ist. Der Straßenverlauf kann
gegebenenfalls auch dreidimensional abgespeichert und bei der
Auswahl der geeigneten Route als räumliche Kurve berücksichtigt
werden.
In Fig. 2 ist ein Fahrzeug 1, welches über ein automatisches
Brems- und Lenksystem verfügt, auf einer Fahrbahn 2 eingezeich
net. Das Fahrzeug 1 ist in der Lage, mit Hilfe seiner Sensorik
ein vor ihm liegendes Hindernis 3 auf der Fahrbahn 2 zu erken
nen und eine das Hindernis umgehende Ausweichroute zu bestimmen
und der gewählten Ausweichroute selbsttätig durch Beaufschla
gung der Lenkaggregate und der Bremsaggregate sowie gegebenen
falls auch sonstiger Motoraggregate zu folgen. Das Fahrzeug 1
verfügt darüber hinaus über ein Navigationssystem, welches ein
Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der augenblicklichen
Absolutposition des Fahrzeugs und eine elektronische Straßen
karte umfasst, in welcher die Topographie der aktuell befahre
nen Straße sowie der umliegenden Umgebung abgespeichert ist.
Bei dem Positionsbestimmungssystem handelt es sich zweckmäßig
um ein satellitengestütztes Ortungssystem.
Über die Bestimmung der Absolutposition des Fahrzeugs 1 und ei
nen Vergleich mit der elektronischen Straßenkarte können topo
logische Gegebenheiten und Besonderheiten im aktuellen Straßen
verlauf und der umliegenden Umgebung bei der Ermittlung der op
timalen Ausweichroute als zusätzliche Randbedingungen berück
sichtigt werden. Unter Berücksichtigung des topologischen Streckenverlaufs
sowie des Hindernisses 3 auf der Fahrbahn 2 kann
eine Fläche 7 ermittelt werden, welche eine zulässigen Aufent
haltsbereich für das Fahrzeug 1 mit sämtlichen möglichen Aus
weichrouten bzw. Trajektorien enthält, denen das Fahrzeug 1
theoretisch folgen kann, um sowohl das Hindernis 3 zu umgehen
als auch einen ausreichenden Abstand zur Fahrbahn-
Seitenbegrenzung 8 oder sonstigen, aus der Straßenkarte zu ent
nehmenden Hindernissen einhalten zu können.
Aus der Kenntnis des Streckenverlaufs, der mit Hilfe des Navi
gationssystems bekannt ist, können Randbedingungen bei der Be
stimmung und Ausführung der Fahrzeugbewegung sowohl auf Lage-
als auch gegebenenfalls auf Geschwindigkeits- und/oder Be
schleunigungsebene berücksichtigt werden. Dadurch ist eine vor
ausschauende selbsttätige Fahrweise möglich, weil der zweidi
mensionale oder gegebenenfalls auch der dreidimensionale Ste
ckenverlauf im Hinblick auf positive und negative Beschleuni
gungskräfte, die in Längs- und in Querrichtung auf das Fahrzeug
einwirken, berücksichtigt werden kann.
Aus der Fläche 7 der zulässigen Fahrzeugbewegung wird eine ein
zelne Flächenlinie oder Raumlinie bzw. Trajektorie als Soll
wertverlauf bzw. als Solltrajektorie für das Fahrzeug ermit
telt. Die Auswahl der Solltrajektorie kann wiederum unter Be
rücksichtigung von Optimierungskriterien bzw. Randbedingungen
erfolgen, wobei in einfachster Näherung als Solltrajektorie
diejenige Trajektorie gewählt wird, die in der Mitte der Fläche
7 der zulässigen Fahrzeugbewegung liegt.
Auf die Solltrajektorie 9 können Ankerpunkte 10 gesetzt werden,
welche als mathematischer Ort für ein im Brems- und Lenksystem
simuliertes, dynamisches Fahrzeugmodell dienen. Aus diesem dy
namischen Fahrzeugmodell können Fahrzeuggrößen ermittelt wer
den, welche das Fahrverhalten des realen Fahrzeuges widerspie
geln. Wird bei der Simulation festgestellt, dass das Fahrzeug
bei Beibehaltung des gegenwärtigen Zustandes in eine kritische
Situation geraten kann, so können im Brems- und Lenksystem Ein
griffe durchgeführt werden, um eine derartige Verfahrenssitua
tion zu vermeiden, beispielsweise eine Reduzierung der Fahr
zeuggeschwindigkeit und/oder eine Neubestimmung der Solltrajek
torie, die einen im Hinblick auf den gefährlichen Fahrzeugzu
stand günstigeren Verlauf der auf das Fahrzeug wirkenden Be
schleunigungen und Kräfte ergibt.
Claims (15)
1. Automatisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug, mit
einer Sensoreinheit zur Erfassung von Fahrzeug-Zustandsgrößen
und Fahrzeug-Kenngrößen sowie zur Erfassung von Umgebungsbedin
gungen, mit einer Regel- und Steuereinheit, in welcher in Ab
hängigkeit der Fahrzeug-Zustandsgrößen und der Umgebungsbedin
gungen Stellsignale erzeugbar sind, welche Stelleinrichtungen
im Fahrzeug zur Einstellung der Fahrzeugbremse und/oder der
Fahrzeuglenkung zuführbar sind, wobei im Falle eines Hindernis
ses (3) im Fahrweg des Fahrzeugs die Distanz zwischen der aktu
ellen Fahrzeugposition und dem Hindernis sowie der voraussicht
liche Bremsweg zum Halten des Fahrzeugs bestimmt wird und gemäß
einer hinterlegten Ausweichstrategie selbsttätig ein Ausweich
weg (b, d) zur Umfahrung des Hindernisses (3) gefahren wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Fall, dass im Ausweichweg (b, d) ein weiteres Hindernis (4) liegt, die Ausweichstrategie zur Berechnung eines alternativen Ausweichwegs (e) nochmals angewandt wird,
dass für den Fall, dass ein kollisionsfreier Ausweichweg nicht auffindbar ist, unter mehreren Alternativen derjenige Ausweichweg (d, e) gewählt wird, bei dem die Differenz (Δs1, Δs2) von verbleibendem Bremsweg (sB) und verbleibender Dis tanz (sH1, sH2) zum Hindernis (4, 5) im jeweiligen Ausweich weg (d, e) am geringsten ist.
dass für den Fall, dass im Ausweichweg (b, d) ein weiteres Hindernis (4) liegt, die Ausweichstrategie zur Berechnung eines alternativen Ausweichwegs (e) nochmals angewandt wird,
dass für den Fall, dass ein kollisionsfreier Ausweichweg nicht auffindbar ist, unter mehreren Alternativen derjenige Ausweichweg (d, e) gewählt wird, bei dem die Differenz (Δs1, Δs2) von verbleibendem Bremsweg (sB) und verbleibender Dis tanz (sH1, sH2) zum Hindernis (4, 5) im jeweiligen Ausweich weg (d, e) am geringsten ist.
2. Brems- und Lenksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Ausweichstrategie Randbedingungen zu berücksichti
gen sind, die über die Sensoreinheit zu erfassen sind und die
charakteristische Merkmale der Umgebung beschreiben.
3. Brems- und Lenksystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hindernisse in Kategorien eingeteilt werden, wobei
Ausweichwege ausscheiden, die zu einer Kollision mit einer de
finierten Kategorie von Hindernissen führen.
4. Brems- und Lenksystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle alternativer Ausweichwege derjenige Ausweichweg
gewählt wird, der nicht auf eine Gegenfahrbahn führt.
5. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in Querrichtung zur Fahrzeugrichtung zu messende Brei
te des Hindernisses bestimmt wird und die Mindest-
Lateralkomponente (ymin) des Ausweichwegs bestimmt wird aus der
Addition von halber Hindernisbreite (bH) und halber Fahrzeug
breite (bF).
6. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lateralkomponente (y) des Ausweichwegs bestimmt wird
gemäß der Klothoide
y = ∫(v2(t)(t)t2)/Ldt,
wobei mit
v die Fahrzeuggeschwindigkeit,
t die Zeit
die Lenkgeschwindigkeit,
L der Radstand
bezeichnet wird.
y = ∫(v2(t)(t)t2)/Ldt,
wobei mit
v die Fahrzeuggeschwindigkeit,
t die Zeit
die Lenkgeschwindigkeit,
L der Radstand
bezeichnet wird.
7. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle eines Ausfalls der Lenk-Stelleinrichtung ein die
Fahrzeug-Längsdynamik beeinflussendes Aggregat gemäß einer vor
gegebenen Ersatzstrategie beaufschlagt wird.
8. Brems- und Lenksystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fahrzeug durch Aktivierung der Fahrzeugbremse und/oder
der Motorbremse mit maximaler Verzögerung verzögert wird.
9. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Fahrzeug eine grafische Anzeige zur Darstellung der
tatsächlichen Fahrzeugposition und der gemäß der Ausweichstra
tegie ermittelten Sollposition vorgesehen ist.
10. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Brems- und Lenksystem eine Speichereinheit zugeordnet
ist und dass in der Speichereinheit zumindest ein Teil der für
die automatische Auslösung des Brems- und/oder Lenkvorgangs re
levanten Daten und/oder zumindest ein Teil der vom Brems- und
Lenksystem erzeugten Daten speicherbar ist.
11. Bremssystem nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil der Daten nur für einen begrenzten, vorgegebenen
Zeitabschnitt vor dem letzten Stillstand des Fahrzeugs in der
Speichereinheit gespeichert wird.
12. Bremssystem nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil der Daten ohne Zeitbegrenzung in der Speicherein
heit gespeichert wird.
13. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der augen
blicklichen Position des Fahrzeugs vorgesehen ist, insbesondere
ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem.
14. Brems- und Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine elektronische Straßenkarte vorgesehen ist, welche in
digitalisierter Form Informationen über die Topografie der aktuell
befahrenen Straße und der umliegenden Umgebung enthält.
15. Bremssystem nach Anspruch 13 und 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fahrzeugposition in die elektronischen Straßenkarte
eintragbar ist und dass aus der Fahrzeugposition in der Stra
ßenkarte Randbedingungen erzeugbar sind, welche in der Aus
weichstrategie zu berücksichtigen sind.
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