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Die
Erfindung betrifft Betriebsverfahren für in einem Fahrzeug befindliche
verkehrsadaptive Assistenzsysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Bekanntlich
ergibt sich ein für
den Fahrzeugführer
besonders komfortables Assistenzsystem, wenn die Reaktion des Assistenzsystems
(d.h. die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs) auf die
Differenz zwischen dem Ist-Zeitabstand und dem Ziel-Zeitabstand
oder auf die Differenz zwischen der eigenen Geschwindigkeit und
der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs besonders „langsam" (d.h. kleine Beschleunigungs-
bzw. Verzögerungswerte
des Fahrzeugs) ausfällt.
Dies führt
jedoch dazu, dass aus Sicherheitsgründen ein meist relativ großer Abstand
zum vorausfahrenden Fahrzeug vorgesehen ist, wodurch andere Fahrzeuge
leicht einscheren und so den Fahrzeugführer stören können. Weiterhin hat sich gezeigt,
dass eine Abfolge von Fahrzeugen mit solchen „langsamen" Assistenzsystemen instabil ist. Diese
Instabilität
führt zur
Entstehung von sich bewegenden Staus im Verkehr wenn der Anteil
von Fahrzeugen mit „langsamen" Assistenzsystemen
größer als
ein kritischer Wert ist, siehe B.S. Kerner, „The Physics of Traffic" (Springer, Berlin, New
York 2004).
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Um
dieses Problem zu lösen,
wurden gemäß der
DE 103 08 256 A1 und
der
DE 102004057147
A1 ein qualitativ verschiedenes Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten
des Fahrzeugs abhängig
davon vorgeschlagen, ob sich das Fahrzeug im freien Verkehr (wo
die Fahrzeugsgeschwindigkeit größer als
ein vorgegebener Wert ist) oder im synchronisierten Verkehr (wo
die Fahrzeugsgeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener Wert ist)
befindet. Insbesondere wurde vorgeschlagen, keine Beschleunigung
oder Verzögerung
des Fahrzeugs in Längsrichtung
vorzusehen, wenn die Differenz zwischen dem Ist-Zeitabstand und
einem Ziel-Zeitabstand in einem Bereich der Zeitabstände liegt,
deren Grenze vorgebbare und geschwindigkeitsabhängige Werte sind, was dem Verhalten
des Fahrzeugs im synchronisierten Verkehr bzw. im sich bewegenden breiten
Stau entspricht. Allgemein gesprochen wurde also ein verkehrsadaptives
Assistenzsystem vorgeschlagen, welches abhängig von der an der Fahrzeugposition
herrschenden Verkehrsphase betrieben wird.
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Jedoch
können
Probleme auftreten, wenn sich der aktuelle Verkehrszustand im Bereich
der Fahrzeugposition ändert,
d.h. wenn das Fahrzeug aus der aktuellen Verkehrsphase des freien
bzw. des synchronisierten Verkehrs „herausfällt". Das Fahrzeug muss eine solche Änderung
frühzeitig
erkennen können,
weil ansonsten das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs,
das gemäß der entsprechenden
Verkehrsphase gewählt
wurde, zu groß bzw.
nicht ausreichend sein könnte,
um den Fahrkomfort und/oder die Verkehrssicherheit zu gewährleisten.
Beispielsweise kann es passieren, dass die notwendige Verzögerung nicht den
Verzögerungswerten
entspricht, die unter Beachtung der aktuellen Differenzen zwischen
dem Ist-Zeitabstand und dem Ziel-Zeitabstand und zwischen der eigenen
Geschwindigkeit und der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs
in dem aktuell eingestellten Betriebsmodus des Assistenzsystems
vorgesehen ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht mithin darin, ein Betriebsverfahren
für ein
in einem Fahrzeug befindliches verkehrsadaptives Assistenzsystem
anzugeben, das wann immer möglich
maximalen Fahrkomfort bietet ohne die Verkehrssicherheit zu beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass bei einem Übergang
der im Bereich der Fahrzeugposition herrschenden Verkehrsphase in
eine andere Verkehrsphase, d.h. beim Auftreten eines Phasenübergangs
im Bereich der Fahrzeugposition, das Assistenzsystem in einen anderen
Betriebsmodus umgeschaltet wird. Anders ausgedrückt wird ein an eine jeweilige
Verkehrsphase angepasster Betriebsmodus des Assistenzsystems ausgeschaltet,
wenn ein „Herausfallen" aus dieser Verkehrsphase
unmittelbar bevorsteht bzw. aktuell geschieht. Das Assistenzsystem
wird dazu z.B. in einen für
den Phasenübergang
spezifischen oder in einen Standard-Betriebsmodus umgeschaltet. Der Schaltzeitpunkt
hängt dabei
davon ab, welche Ausdehnung der auf das Auftreten eines Phasenübergangs
hin überwachte
Bereich hat. Beispielsweise kann bei der Verwendung fahrzeugseitiger
Sensoren von Abstands-Warnsystemen lediglich die unmittelbare Umgebung
des Fahrzeugs, bis zum unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeug, überwacht
werden.
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Die
Erfindung gewährleistet
ein sicheres Verhalten bei auch bei starken Verkehrsstörungen,
z.B. wenn die Geschwindigkeit im Verkehr sich plötzlich gravierend ändert wie
es bei Phasenübergängen im
Verkehr üblich
ist. Damit werden eine individuelle Anpassung des Zeitabstandes
und/oder des dynamischen Verhaltens des Assistenzsystems an die
Verkehrsphasen freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und sich
bewegende Staus möglich.
Als weitere Vorteile ergeben sich die Erhaltung von Kolonnenstabilität, Stabilität des gesamten Verkehrsablaufs
und ein verkehrsangepasstes Fahren.
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Mit
Vorteil wird vorgeschlagen, dass für Phasenübergänge wenigstens ein Phasenübergangs-Betriebsmodus,
als spezieller Betriebsmodus des Assistenzsystems, vorgesehen ist.
Hiermit wird sichergestellt, dass auch während Änderungen im Verkehrsablauf,
welche einige Zeit benötigen,
ein angepasster Betrieb des Assistenzsystems möglich ist. Hierbei kann z.B.
für die
Dauer jedes Phasenübergangs
ein einheitlicher Phasenübergangs-Betriebsmodus
des Assistenzsystems vorgesehen sein. Alternativ kann für jede unterschiedliche
Art von Phasenübergang
(z.B. von synchronisiertem Verkehr zu freiem Verkehr) ein eigener
Phasenübergangs-Betriebsmodus
vorgesehen sein.
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Ein
Phasenübergang
wird vorzugsweise dann detektiert, wenn die Beschleunigung oder
Verzögerung eines
vorausfahrenden Fahrzeugs einen jeweils vorgebbaren Wert übersteigt.
Dies ermöglicht
eine relativ genaue und einfache Überwachung der aktuellen Verkehrsphase.
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Noch
genauer wird diese Überwachung
ausfallen, wenn der oder die vorgebbaren Werte geschwindigkeitsabhängig und/oder
abhängig
vom Ist-Zeitabstand des Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gewählt werden.
Damit ist eine individuelle Anpassung an die aktuelle Verkehrssituation
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, die Werte alternativ oder zusätzlich abhängig vom
aktuellen Betriebsmodus des Assistenzsystems vorzugeben. Denn dieser
Betriebsmodus umfasst ja bereits Informationen über den aktuellen Verkehrszustand.
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Die
Beschleunigung oder Verzögerung
des vorausfahrenden Fahrzeugs wird vorzugsweise unter Verwendung
eines Mittelungsprozesses bestimmt werden. Hiermit ergibt sich eine
besonders zuverlässige
Bestimmung, welche insbesondere kurzzeitige „Ausreißer" eliminiert. Beispielsweise kann eine
zeitliche Mittelung jeweils über
die letzte Minute durchgeführt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, in einem oder jedem der Phasenübergangs-Betriebsmodi des
Assistenzsystems die Beschleunigung und/oder Verzögerung des
Fahrzeugs von der Beschleunigung oder Verzögerung eines vorausfahrenden
Fahrzeugs abhängig
zu gestalten. Es ergibt sich eine einfach zu ermittelnde Relation,
welche der aktuellen Verkehrssituation bei einem Phasenübergang aber
dennoch gut angepasst ist.
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Die Änderung
der herrschenden Verkehrsphase kann vermittels fahrzeugseitiger
Sensoren, z.B. Radarsensoren, detektiert werden. Dies ermöglicht ein
autarkes und preisgünstiges
Assistenzsystem, da die benötigten
Sensoren zumeist fahrzeugseitig bereits verfügbar sind.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist vorgesehen, die Änderung
der herrschenden Verkehrsphase vermittels Vorausschauinformation über den
Verkehr in einer Fahrzeugsumgebung, insbesondere unter Verwendung
von Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation, zu detektieren. Dies ermöglicht ein „hinausschauen" über die durch fahrzeugseitige
Sensoren abdeckbare Umgebung des Fahrzeugs hinaus. Hierbei kann
auch Vorausschauinformation auf benachbarten Fahrspuren des Fahrzeugs
verwendet werden, beispielsweise um unterschiedlichen Zuständen des
Verkehrs auf unterschiedlichen Fahrspuren Rechnung zu tragen. Als
weitere Vorausschauinformation kann z.B. ein Radarsignal verwendet
werden, welches unter einem vorausfahrenden Fahrzeug nach vorne „hindurchschaut".
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Vorzugsweise
ist die Erfindung als Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt
realisiert.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 typische
Phasenübergänge zu einem
bestimmten Zeitpunkt anhand der ortsabhängigen Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Wenn
ein verkehrsadaptives Assistenzsystem abhängig von der im Bereich der
Fahrzeugposition herrschenden Verkehrsphase betrieben wird, kann
es bei einem Phasenübergang
Probleme geben. Hierbei sind die drei Verkehrsphasen der freie Verkehr,
der synchronisierte Verkehr und die sich bewegenden breiten Staus,
siehe 1. Wenn das Fahrzeug einen Phasenübergang
zwischen zwei beliebigen dieser drei Verkehrsphasen nicht frühzeitig
erkennt, kann das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs,
das der entsprechenden Verkehrsphase entspricht in einigen Fällen zu
groß sein
bzw. nicht ausreichen, um den Fahrkomfort und/oder die Verkehrssicherheit
zu gewährleisten.
Dies kann z.B. geschehen, wenn ein Phasenübergang zwischen freiem Verkehr
und einem sich bewegenden breiten Stau stattfindet.
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Im
diesen Fall wird das Fahrzeug in den Bereich der Front zwischen
dem freien Verkehr und dem sich bewegenden breiten Stau, in der
die Fahrzeugsgeschwindigkeit schlagartig sinken wird, gelangen (1(a)). Das Fahrzeug muss sehr stark verzögern, um
die Verkehrssicherheit zu gewährleisten.
Es kann passieren, dass die notwendige Verzögerung nicht der Verzögerungswerten
entspricht, die unter Beachtung der aktuellen Differenzen zwischen
dem Ist-Zeitabstand und dem Ziel-Zeitabstand und zwischen der eigenen
Geschwindigkeit und der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs
vorgesehen wurden.
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Ein
anderes Beispiel ergibt sich im Fall des Phasenübergangs zwischen einem sich
bewegenden breiten Stau und freiem Verkehr, wo sich die Fahrzeugsgeschwindigkeit
schlagartig erhöht
(Bild 1(b)). In diesem Fall müsste
das Fahrzeug stark beschleunigen, um den Fahrkomfort zu gewährleisten.
Tatsächlich
wird jedoch der Ist-Zeitabstand des Fahrzeugs eine gewisse, für den Fahrer
zu lange Zeit zu groß sein,
so das andere Fahrzeuge zwischen dem Fahrzeug und dem aktuell vorausfahrenden
Fahrzeug einscheren können.
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Deshalb
wird ein neues Verfahren vorgeschlagen, um eine automatische Erkennung
eines Phasenübergangs
im Verkehr zu realisieren. Dabei wird das Fahrzeug die entsprechende Änderung
des Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhaltens
des Fahrzeugs im Vergleich mit dem Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten
des Fahrzeugs in einer der Verkehrsphasen vornehmen, indem das Assistenzsystem
in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet wird. Ein Phasenübergang
kann auch als ein Ereignis gesehen werden. Hier liegt also ein ereignisorientiertes
Assistenzsystem vor.
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Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
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Bei
verkehrsadaptiven Assistenzsystemen, beispielsweise einem ACC (Automatic
Cruise Control) oder einem Stop-and-Go-Assistenzsystem, ist die Beschleunigung
bzw. Verzögerung
des Fahrzeugs
mit a
min < 0, a
min als
einer Konstanten;
a
max(v) > 0 (z.B. a
max(v)
= a
max,m(1 – v/v (ACC) / max), a
max,m,
v (ACC) / max als Konstanten;
t ist die Zeit; K
τ und
K
v sind dynamische Koeffizienten des Assistenzsystems
die von der der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder dem Ist-Zeitabstand
abhängig
sein können;
v
l(t) ist die Geschwindigkeit des vorausfahrenden
Fahrzeugs; d ist die Fahrzeugslänge;
dx(t) – d
ist der Netto-Ist-Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug.
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In
(1) ist die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs a(t) eine
Funktion von der Differenz zwischen dem Ist-Zeitabstand (aktueller Zeitabstand)
zum vorausfahrenden Fahrzeug, τ(t)
= (dx(t) – d)/v(t), dem
Ziel-Zeitabstand (gewünschter
Zeitabstand) zum vorausfahrenden Fahrzeug, τ(set),
und der Differenz der Fahrzeuggeschwindigkeiten.
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Falls v(t) = vl(t)
= v0(t) (2)und τ = τ(set), (3)so ist a
= 0 und es wird ein Zeitabstand τ(set) (der als eine Konstante oder als eine
Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Fahrzeuggeschwindigkeiten
angegeben wurde) gefahren, mit einem Abstand zum vorausfahrenden
Fahrzeug von dx(t) – d = v(0)(t)τ(set). (4)
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Nun
wird erfindungsgemäß anstatt
der Regelung (1) die folgende Regelung verwendet: a(t) = a(τ(t), v(t), vl(t), a l(t)), (5)
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In
(5)
T
a ist die Integrationskonstante. Anstatt
(6) kann die folgende Vereinfachung benutzt werden:
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Eine
andere Möglichkeit,
a l(t)
zu bestimmen ist
wobei
w(t) eine vorgegebene Gewichtungsfunktion ist.
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Die
Beschleunigung (Verzögerung)
des Fahrzeugs gemäß (5) wird
in folgender Form angenommen: a(τ,
v, vl, a l) = F(a( phase )(τ, v, vl), a(front)(τ, v, vl)), (9a)die
z.B. als die folgende Gleichung dargestellt werden kann a(τ, v, vl, a l)
= a( phase )(τ,
v, vl)(1 – λ(front)(a l))
+ + a(front)(τ, v, vl))λ(front)(a l). (9b )
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Die
Funktion λ
(front)(
a l) in (9b) beschreibt einen Wechsel zwischen
zwei verschiedenen Betriebsmodi des Assistenzsystems, d.h. Abhängigkeiten
der Beschleunigung (Verzögerung)
des Fahrzeugs a
( phase )(τ,
v, v
l) oder a
(front)(τ, v, v
l), abhängig
davon, ob sich das Fahrzeug in der Verkehrsphase des freien oder
synchronisierten Verkehrs befindet, oder ob es sich im Bereich eines
Phasenübergangs
(„Front") befindet. Deswegen
ist
λ(front) ≈ 0, (10)falls sich
das Fahrzeug im freien Verkehr oder im synchronisierten Verkehr
befindet und
λ(front) > 0, (11)falls sich
das Fahrzeug im einen Übergang
zwischen zwei Verkehrsphasen befindet. Als ein Kriterium für einen Phasenübergang
können
die Bedienungen
a l > a(front)0 oder a l < –a(front)1 (12)gewählt werden,
a (front) / 0 und a (front) / 1 sind vorgebbare und geschwindigkeitsabhängige (von v und/oder v
l anhängig) und/oder
vom Ist-Zeitabstand τ abhängige Werte,
oder Konstanten, die auch von der Art des Phasenübergangs abhängig sein
können.
Die Bedienungen (12) bedeuten, dass ein Übergang zwischen zwei Verkehrsphasen
dann vorliegt, falls die mittlere Beschleunigung des vorausfahrenden
Fahrzeugs
a l größer als
a (front) / 0 ist oder die mittlere Verzögerung
des vorausfahrenden Fahrzeugs
a l kleiner als –a (front) / 1 ist. Eine Möglichkeit,
diese Bedienungen zu erfüllen,
ist wie folgt:
mit Δa (front) / 1 und Δa (front) / 2 als vorgegebenen
Konstanten.
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Die
Beschleunigung (Verzögerung)
des Fahrzeugs a( phase )(τ,
v, vl) in (9) ist a( phase )(τ,
v, vl) = ψ(a(free)(τ, v, vl), a(syn)(τ, v, vl)) (14a)die
z.B. als die folgende Gleichung dargestellt werden kann a( phase )(τ, v, vl) = a(free)(τ, v, vl(1 – λ(syn)(v))
+ + a(syn)(τ, v, vl)λ(syn)(v). (14b)
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Die
Funktion λ
(syn)(v) in (14b) beschreibt einen Wechsel
zwischen zwei verschiedenen Betriebsmodi des Assistenzsystems, d.h.
zwei verschiedenen Abhängigkeiten
der Beschleunigung (Verzögerung)
des Fahrzeugs (a
(free)(τ, v, v
l)
oder a
(syn)(τ, v, v
l),
abhängig
davon, in welcher der Verkehrsphasen freier Verkehr oder synchronisierter
Verkehr sich das Fahrzeug befindet. Deswegen ist
λ(syn)(v) ≈ 0 (15)im freien
Verkehr (v ≥ v (syn) / m)
und
λ(syn)(v) ≈ 1 (16)im synchronisierten
Verkehr (v < v (syn) / m),
wobei v (syn) / m eine vorgegebene Konstante ist. Die Funktion λ
(syn)(v)
kann durch die folgende Formel bestimmt werden:
wobei N eine Konstante ist.
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Die
Funktion a
(free)(τ, v, v
l)
in (18b) kann durch eine ACC-Formel
angegeben werden, die Funktionen
K (free) / τ(v) und K (free) / v(v)) sind die dynamischen ACC-Koeffizienten, die auch als
Konstanten angenommen werden können,
v (min) / τ ist eine Konstante.
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a
(front)(τ,
v, v
l) in (14) ist die Beschleunigung (Verzögerung)
des Fahrzeugs während
eines Phasenübergangs,
die durch verschiedene Funktionen bei den verschiedenen Phasenübergängen gewählt werden
kann. Eine Möglichkeit
ist es
zu verwenden, in der die
Funktionen K (front) / τ(v) und K (front) / v(v) (die auch als Konstanten angenommen werden
können)
von der Art des Phasenübergangs
abhängig
sein können.
Normalerweise gilt
K(front)τ > K(free)τ , (20) K(front)v > K(free)v ,(21
)d.h. das Fahrzeug wird bei der
gleichen Differenz τ – τ
(set) und/oder
der gleichen Differenz Δv
= v
l – v
stärker beschleunigen
(verzögern),
falls es sich in einem Phasenübergang
befindet.
