DE102006028610A1

DE102006028610A1 - Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006028610A1
Application number: DE102006028610A
Authority: DE
Inventors: Arne Dr. Bartels; Michael Dr. Rohlfs; Oliver Berger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: DE102006028610B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß wird für unterschiedliche Fahrsituationen eine Zustandsmatrix mit nachfolgenden Zustandsvariablen der Reihe nach abgefragt: - wird die Fahrspur verlassen; - gibt es ein Lenkmoment durch den Fahrer; - ist die Nebenspur belegt; - wurde der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt; wobei das Ergebnis dieser mit optional ja oder nein beantworteten Abfrage gegebenenfalls ein Lenkmoment des Fahrerassistenzsystems zum Halten der Fahrspur generiert und für diesen Fall unterschiedliche Warnmechanismus ausgelöst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs.
Fahrerassistenzsysteme sind elektronische Zusatzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte, aber auch die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund. Diese Systeme greifen teilautonom oder autonom in Antrieb, Steuerung (z.B. Gas, Bremse) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeugs ein und warnen durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen. Derzeit sind die meisten Fahrerassistenzsysteme so konzipiert, dass die Verantwortung beim Fahrer bleibt, und dieser letztlich nicht entmündigt wird. Der Regeleingriff bzw. die Signalisierungsfunktionen von Fahrerassistenzsystemen setzen das Wissen hinsichtlich der aktuellen Fahrsituationen voraus. Dies können bei Spurwechselassistenten, die ein Fahrerassistenzsystem zur Warnung des Fahrers vor drohenden Kollisionen beim Spurwechsel darstellen, Radarsensoren (24 GHz oder 77 GHz), Kameras oder Laserscanner sein. Das System wird bisher beim Betätigen des Fahrtrichtungsanzeigers aktiviert und warnt den Fahrer vor Kollisionen mit herannahenden Fahrzeugen auf der Nachbarspur. Warnungen werden optisch durch Leuchtanzeigen, meist im Bereich der Außenspiegel, akustisch oder haptisch durch Vibration des Lenkrads oder des Fahrtrichtungsanzeigers ausgegeben.
Dazu ist aus der DE 198 18 259 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrspurwechsels bekannt, bei welchem dem Fahrer mit Beginn des Spurwechsels signalisiert wird, ob alle Sicherheitsabstände eingehalten sind, wenn der Fahrer bei Einleitung des Spurwechsels die Betätigung des Fahrtrichtungsanzeigers vergisst. Dabei kann die Signalisierung an den Fahrer z.B. durch ein haptisches Moment auf das Lenkrad erfolgen, durch welches das Kraftfahrzeug in Gefahrensituationen in seine ursprüngliche Spur zurückgeführt wird.
Die DE 196 35 009 A1 beschreibt ein Korrektursystem für die Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad, dessen durch einen Fahrer erzeugte Drehbewegung durch einen Lenkmechanismus in eine Schwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs gewandelt wird. Das System ist mit Sensoren einschließlich einer CCD-Kamera versehen, um den Zustand der vorausliegenden Straße zu erfassen, welche zumindest eine Fahrbahn aufweist, auf der das Fahrzeug fährt, und um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn zu erfassen. Im System wird die erwünschte Lenkkraft, die der Lenkmechanismus aufbringen muss, um die erfasste Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn zu halten, aufgrund der erfassten Parameter bestimmt. Der Lenkmechanismus wird derart beeinflusst, dass er die gewünschte Lenkkraft erzeugt. Die Zustände und den Verkehr auf den nächstliegenden Fahrbahnen werden überwacht. Außerdem wird der Gefahrengrad geschätzt, um die Beeinflussungskraft zu bestimmen. Dieses System lässt sich an Muskelkraftlenksystemen oder Hilfskraftlenksystemen realisieren.
Weiter ist aus der DE 102 47 290 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung toter Winkel eines Kraftfahrzeuges bekannt, wie sie bei einem Spurwechselassistenten verwendet werden, wobei ein Signal an den Fahrer abgegeben wird, wenn die Fahrtrichtung eines Objektes derjenigen des Kraftfahrzeugs entspricht, die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zum Objekt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt und das Objekt sich innerhalb eines Warnbereichs befindet.
Nachteilig an den bisherigen Spurwechselassistenzsystemen ist jedoch, dass nur für bestimmte Fahrsituationen ausgewählte Fahrassistenzeingriffe bereitgestellt werden, und diese bisherigen Systeme keine unterschiedliche Ausprägung des Lenkmoments für eine Warnung vor Verlassen der Fahrspur aufgrund einer belegten Nachbarspur aufweisen bzw. eine Warnfunktion aufgrund eines ungewollten Verlassens der Fahrspur.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das eine systematische Zusammenstellung von verschiedenen relevanten Fahrsituationen mit einer dazu passenden Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist und zudem bei kritischen Fahrsituationen unterschiedliche Warnsignale generiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass für unterschiedliche Fahrsituationen eine Zustandsmatrix mit Zustandsvariablen (wird die Fahrspur verlassen; gibt es ein Lenkmoment durch den Fahrer; ist die Nebenspur belegt; wurde der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt) der Reihe nach abgefragt wird, und das Ergebnis dieser optional mit ja oder nein beantworteten Abfrage gegebenenfalls ein Lenkmoment des Fahrerassistenzsystems zum Halten der Fahrspur generiert, wobei für diesen Fall unterschiedliche Warnmechanismen ausgelöst werden. Dabei wird die Fahrsituation von Radarsensoren, Kameras oder Laserscannern erfasst. Diese bestimmen, ob die benachbarten Fahrspuren frei oder belegt sind. Die Aufbringung eines Lenkmomentes erfolgt dann über elektrisch oder hydraulisch steuerbare Lenksysteme.
Es gibt verschiedene Konstellationen, die dazu führen, dass die Nachbarspur als belegt gilt. Der einfachste Fall liegt vor, wenn ein Fahrzeug mit gleicher Geschwindigkeit auf der Nebenspur fährt. Die Nebenspur gilt ebenfalls als belegt, wenn sich ein Fahrzeug auf der Nebenspur so schnell von hinten nähert, dass bei einem Spurwechsel eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem eine Gefahrsituation oder gar ein Unfall entsteht. Dementsprechend gilt die Nebenspur auch als belegt, wenn sich ein Fahrzeug auf der Nebenspur so zurückfallen lässt, dass bei einem Spurwechsel ebenfalls eine Gefahrensituation entstehen könnte. Berücksichtigung findet auch die Konstellation, dass ein Fahrzeug auf der Nebenspur als Gegenverkehr fährt, oder die Nebenspur bauliche Maßnahmen wie z.B. Leitplanken oder Pfosten aufweist. Auch in diesen Fällen gilt die Nebenspur als belegt.
Das Verlassen der Fahrspur erkennt das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem durch Beobachtung der Fahrspurmarkierungen bzw. von baulichen Maßnahmen wie z.B. Leitplanken, Regenrinnen, Grünstreifen, Bordsteinen oder ähnlichem. Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem ist zudem in der Lage zu erfassen, in welcher Richtung vom Fahrer ein Lenkmoment aufgebracht wird bzw. ob und in welcher Richtung vom Fahrer der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt wurde.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Warnmechanismus in zwei Typen differenziert wird. Das System differenziert zwischen Warnungen, welche aufgrund der Vermutung eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur generiert werden und Warnungen, welche aufgrund einer belegten Nachbarspur generiert werden. In beiden Fällen erfolgt die Fahrerwarnung über ein Lenkradmoment, welches dem Verlassen der Fahrspur entgegensteuert. Die Ansteuerung des Lenkmoments kann so variiert werden, dass vom Fahrer zwischen den zwei Warntypen differenziert werden kann. Dem Lenkmoment können z.B. schnelle Schwankungen mit kleiner Amplitude überlagert werden. Der Lenkwinkel wird hierdurch nicht beeinflusst, der Fahrer empfindet dies jedoch als Lenkradvibration. Es ist möglich, diese Lenkradvibration als Warnmechanismus für einen der beiden Warntypen zu verwenden.
Zudem können dem Lenkmoment kurze Pulse mit gehobener Amplitude, welche in gleichmäßigen Zeitabständen erfolgen, überlagert werden. Der Lenkradwinkel wird hierdurch nicht beeinflusst, der Fahrer empfindet dies jedoch als ein Klopfen am Lenkrad. Dieses Lenkradklopfen kann ebenfalls als Warnmechanismus für einen der beiden Warntypen herangezogen werden.
Weiterhin kann die Änderungsgeschwindigkeit des Lenkmomentes als Differenzierungsmerkmal verwendet werden. Bei Warnungen, die durch ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur generiert werden, erfolgt durch den Fahrer in der Regel kein Lenkeingriff. Das ungewollte Verlassen der Fahrbahn wird durch ein langsam ansteigendes und dann langsam abfallendes Lenkmoment verhindert. Bei Warnungen, die aufgrund einer belegten Nachbarspur generiert werden, erfolgt durch den Fahrer in der Regel ein Lenkeingriff. Die Warnung vor dem beabsichtigten Spurwechsel wird durch ein schnell ansteigendes Lenkmoment realisiert. Um ein Verreißen des Lenkrades zu verhindern, erfolgt der Anstieg jedoch nicht sprunghaft.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass die Differenzierung des Warnmechanismus in zwei Typen vom Fahrer optional in einem Personalisierungsmenü eingestellt wird.
Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine Tabelle einer Zustandsmatrix für unterschiedliche Fahrsituationen, auf der das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem basiert;
2 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituationen 2a und 2b aus 1;
3 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituationen 3a und 3b aus 1;
4 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituation 4a, c und d aus 1;
5 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituation aus 4 mit Beibehaltung der Fahrtrichtung durch den Fahrer;
6 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für eine Fahrsituation mit Lenkradvibration als Warnsignal;
7 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für eine Fahrsituation mit Lenkradklopfen als Warnsignal;
8 eine graphische Darstellung für das Lenkmoment gegen die Zeit für zwei unterschiedliche Warnsituationen.
1 zeigt eine Tabelle einer Zustandsmatrix für unterschiedliche Fahrsituationen, auf der das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem basiert. Es wird eine Abfrage mit unterschiedlichen Zustandsvariablen durchgeführt, die optional mit ja oder nein beantwortet werden kann.
Das Ergebnis der Abfrage kann zu einem Lenkmoment des Fahrerassistenzsystems mit Warnanzeige führen. Die Fahrsituation wird anhand folgender Fragestellungen ermittelt: wird die Fahrspur verlassen; übt der Fahrer ein Lenkmoment aus entweder zum Verlassen oder zum Halten der Fahrspur; ist die Nebenspur belegt; wurde der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt.
Aus 1 geht für die Punkte 1a bis 1c folgende Fahrsituation hervor: Das Fahrerassistenzsystem erkennt ein Verlassen der Fahrspur, die Nachbarspur ist nicht belegt und der Fahrtrichtungsanzeiger wurde betätigt. Diese Fahrsituation führt dazu, dass vom System kein Lenkmoment ausgeübt wird. Dies gilt sowohl dann, wenn vom Fahrer ein Lenkmoment aufgebracht wird (1a, 1b) bzw. wenn vom Fahrer kein Lenkmoment aufgebracht wird (1c).
2 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituationen 2a und 2b aus 1. Die graphische Darstellungen beschreiben die Fahrsituation, dass das System ein Verlassen der Fahrspur erkennt, der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt wurde und vom Fahrer kein Lenkmoment aufgebracht wird. Dies führt dazu, dass das System ein Lenkmoment aufbringt, welches das Fahrzeug in die Fahrspur zurücklenkt. Diese Korrektur wird auch dann durchgeführt, wenn die Nachbarspur frei ist (2b).
3 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituationen 3a und 3b aus 1. Die in 3 dargestellte Fahrsituation setzt die aus 2 fort. Die Nebenspur ist frei, und der Fahrer bringt ein Gegen-Lenkmoment zum Verlassen der Fahrspur auf, womit er das System übersteuert. Dadurch wird das vom System aufgebrachte Lenkmoment abgestellt (Abschnitte c und d aus 3 sowie 3a aus 1). Bringt der Fahrer ein Lenkmoment auf, um in die ursprüngliche Fahrspur zurückzukehren, wird vom System weiterhin kein Lenkmoment aufgebracht (3b).
4 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituation 4a, c und d aus 1. 4 geht von folgender Fahrsituation aus: das System erkennt ein Verlassen der Fahrspur, die Nachbarspur ist belegt, der Fahrtrichtungsanzeiger ist betätigt, und der Fahrer bringt ein Lenkmoment zum Verlassen der Fahrspur auf. In diesem Fall bringt das System ein Lenkmoment auf, das den Fahrspurwechsel verhindert (Abschnitte a und b aus 4 sowie 4a aus 1). Wird vom Fahrer ein Lenkmoment aufgebracht, um in die ursprüngliche Fahrspur zurückzukehren, so wird das vom System aufgebrachte Lenkmoment abgestellt (Abschnitt c aus 4). Dies erfolgt unabhängig davon, ob der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt wurde (4d) oder nicht (4c).
5 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für die Fahrsituation aus 4, wobei der Fahrer die Fahrtrichtung beibehält und auf die Nebenspur zieht: Das System versucht zwar eine Lenkmoment zum Halten der Spur auszuüben, wird jedoch vom Fahrer übersteuert.
In 1 wird in Spalte 5a wird zudem eine Fahrsituation beschrieben, bei der das System ein Verlassen der Fahrspur erkennt, die Nachbarspur belegt ist, der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt ist, und der Fahrer kein Lenkmoment aufbringt. Diese Parameterkonstellation führt dazu, dass das System ein Lenkmoment aufbringt, das den Fahrspurwechsel verhindert.
6 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für eine Fahrsituation mit Lenkradvibration als Warnsignal. Das System differenziert zwischen Warnungen, welche aufgrund der Vermutung eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur generiert werden, und Warnungen, die aufgrund einer belegten Nebenspur generiert werden. In beiden Fällen erfolgt die Fahrerwarnung über ein Lenkradmoment, das dem Verlassen der Fahrspur entgegensteuert. Dabei kann die Ansteuerung des Lenkmomentes so variiert werden, dass vom Fahrer zwischen diesen unterschiedlichen Warntypen differenziert werden kann. Es ist möglich, das Lenkmoment mit schnellen Schwankungen, die eine kleine Amplitude aufweisen, zu überlagern. Wie 6 zeigt, wird der Lenkwinkel hierdurch nicht beeinflusst. Der Fahrer empfindet dies als Lenkradvibration. Es ist möglich, diese Lenkradvibrationen einem bestimmten Warnsituation zu zuordnen.
7 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment, den Lenkwinkel und die laterale Position des Fahrzeugs jeweils gegen die Zeit für eine Fahrsituation mit Lenkradklopfen als Warnsignal. Dem Lenkmoment können kurze Pulse mit gehobener Amplitude überlagert werden, die in gleichmäßigen Zeitabständen erfolgen. Wie in 7 dargestellt, wird der Lenkradwinkel hierdurch nicht beeinflusst. Der Fahrer empfindet diesen Vorgang jedoch als Lenkradklopfen. Es ist möglich, dieses Lenkradklopfen einer bestimmten Warnsituation zu zuordnen.
8 zeigt eine graphische Darstellung für das Lenkmoment gegen die Zeit für zwei unterschiedliche Warnsituationen. Es ist möglich, die Änderungsgeschwindigkeit des Lenkmoments als Differenzierungsmerkmal für unterschiedliche Warnsituationen heranzuziehen. Bei Warnungen, die aufgrund eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur generiert werden, erfolgt durch den Fahrer in der Regel kein Lenkeingriff. Das ungewollte Verlassen der Fahrbahn wird durch ein langsam ansteigendes und dann langsam abfallendes Lenkmoment verhindert (Kurve 2 in 8). Bei Warnungen, die generiert werden, weil die Nachbarspur belegt ist, wird vom Fahrer in der Regel ein Lenkeingriff vorgenommen. Die Warnung vor dem beabsichtigten Spurwechsel wird durch ein schnell ansteigendes Lenkmoment realisiert (Kurve 1). Um ein Verreißen des Lenkrades zu verhindern, erfolgt der Anstieg jedoch nicht sprunghaft.

Claims

Fahrerassistenzsystem mit Warnfunktion zur Überwachung eines Fahrspurwechsels eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Fahrsituationen eine Zustandsmatrix mit nachfolgenden Zustandsvariablen der Reihe nach abgefragt wird: – wird die Fahrspur verlassen; – gibt es ein Lenkmoment durch den Fahrer; – ist die Nebenspur belegt; – wurde der Fahrtrichtungsanzeiger betätigt, wobei das Ergebnis dieser optional mit ja oder nein beantworteten Abfrage gegebenenfalls ein Lenkmoment des Fahrerassistenzsystems zum Halten der Fahrspur generiert und für diesen Fall unterschiedliche Warnmechanismen ausgelöst werden.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Warnmechanismus in zwei Typen differenziert wird.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Warnmechanismus aufgrund eines unbeabsichtigten Verlassens der Fahrspur generiert wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Warnmechanismus aufgrund einer belegten Nachbarspur generiert wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Warnmechanismus gegenüber dem Fahrer eines Fahrzeugs in Form einer Lenkradvibration angezeigt wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Warnmechanismus. gegenüber dem Fahrer eines Fahrzeugs in Form eines Lenkradklopfens angezeigt wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Differenzierung des Warnmechanismus in zwei Typen die Änderungsgeschwindigkeit des Lenkmoments herangezogen wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzierung des Warnmechanismus in zwei Typen vom Fahrer optional in einem Personalisierungsmenü eingestellt wird.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System das Verlassen der Fahrspur durch Beobachtung der Fahrspurmarkierungen bzw. von baulichen Maßnahmen erkennt.
Fahrerassistenzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkmoment über elektrische oder hydraulisch steuerbare Lenksysteme aufgebracht wird.