DE102008046488A1

DE102008046488A1 - Probabilistische Auslösestrategie

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Publication number: DE102008046488A1
Application number: DE102008046488A
Authority: DE
Inventors: Marc-Michael Dr. Meinecke; Hermann Prof. Dr. Rohling; Stephan Müller; Henning Ritter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: DE102008046488B4

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fahrerassistenzsystems, aus Sensorsignalen von mindestens einem Umfeldsensor des Kraftfahrzeugs, weist die folgenden Schritte auf:
- Berechnen einer zweidimensionalen probablistischen Fahrsituation unter Berücksichtigung von mindestens der Eigengeschwindigkeit, des Gierwinkels und der geometrischen Abmessungen des Kraftfahrzeugs,
- Durchführen einer Situationsanalyse zur Bestimmung eines resultierenden Auslöseparameters anhand der probablistischen Fahrsituation und der Sensorsignale des mindestens einen Umfeldsensors unter Berücksichtigung von Sensorsignalvarianzen, und
- Erzeugen eines Auslösesignals zur Auslösung eines Aktuators als Funktion des resultierenden Auslöseparameters mittels eines Auslösealgorithmus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals aus mindestens einem Sensorsignal eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die Erfindung insbesondere Anwendung als Auslösestrategie in Pre-Crash-Systemen für Kraftfahrzeuge findet.
Moderne Kraftfahrzeuge sind mittlerweile bereits serienmäßig mit sogenannten Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, die den Fahrer in diversen Situationen unterstützen sollen. Beispiele derartiger Fahrerassistenzsysteme sind Parkassistenten, die den Fahrer beim Parken unterstützen, ACC-Systeme (ACC: Automatic Cruise Control) zum Steuern einer vorgewählten Geschwindigkeit sowie zur Beibehaltung eines minimalen Abstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, Systeme zur Detektion eines Objekts innerhalb eines Totwinkelbereichs etc.
Allen diesen Systemen ist gemeinsam, dass mittels Sensoren Daten über das Umfeld des Egofahrzeugs gesammelt und ausgewertet werden. Aus den mittels vorgegebener Algorithmen ausgewerteten Daten der Sensoren wird mit dem Eintreten einer oder mehrerer vorgegebener Bedingungen ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Aktion des Fahrerassistenzsystems ansteuert. Diese Aktion kann aus einer Warnung an den Fahrer oder einem tatsächlichen Fahrereingriff bestehen. Beispiele für Warnsignale finden sich bei Abstandswarnsystemen, die den Fahrer vor dem Unterschreiten eines Minimalabstandes beim Einparken etc. Warnen. Ein Beispiel für einen direkten Eingriff eines Fahrerassistenzsystems bietet das ACC-System, welches die Wunschgeschwindigkeit beim Erreichen eines vorgegebenen Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug verringert.
Sicherheitssysteme, die bereits vor einer möglichen Kollision präventiv wirksam sind und eine sogenannte Pre-Crash-Phase, d. h. einen Zeitraum ab Erkennen einer hohen Kollisionswahrscheinlichkeit durch entsprechende Detektionssysteme in dem Fahrzeug bis zum eigentlichen Aufprall, dazu nutzen, den Insassenschutz zu erweitern und so die Unfallschwere zu mindern, werden als präventiv wirkende Schutzsysteme bezeichnet, Präventiv wirkende Schutzsysteme nutzen zur Erkennung möglicher Unfallsituationen Informationen, die von verschiedenen Sensoreinrichtungen des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. In Abhängigkeit von der erkannten Situation werden dann Rückschlüsse auf einen möglichen Unfall gezogen und entsprechende Maßnahmen zur Konditionierung des Fahrzeugs auf die bevorstehende Verunfallung können eingeleitet werden.
Ein derartiges präventiv wirkendes Schutzsystem für ein Kraftfahrzeug ist aus der Druckschrift WO 2006/015747 A1 bekannt, welches Sicherheitseinrichtungen umfasst, die in Abhängigkeit von Merkmalen angesteuert werden, die aus Eingangsgrößen einer Sicherheitssensorik in einer Datenauswerte- und Steuereinrichtung gebildet werden. Dabei steuert die Datenauswerte- und Steuereinrichtung bei Erkennung eines kritischen Fahrzustandes wenigstens eine diesem Fahrzustand zugeordnete Sicherheitseinrichtung an, wobei den Merkmalen jeweils eine spezifische Gewichtung bezüglich der Kritikalität des Fahrzustands zugeordnet wird.
Weiterhin zeigt die Druckschrift EP 1 739 582 A1 ein Verfahren zum Optimieren eines nichtlinearen technischen Systems, wobei das technische System durch stochastische Ausgangszielwerte beschrieben wird, die von stochastischen Eingangsparametern abhängen.
Eingangsgrößen der oben genannten Sicherheitssysteme für Kraftfahrzeuge werden durch Umfeldsensoren bereit gestellt. Dabei liefern derartige Umfeldsensoren eines Kraftfahrzeugs Positionen, d. h. x- und y-Positionen, Geschwindigkeiten, d. h. v_x und v_y, Beschleunigungen, d. h. a_x und a_y, Formparameter, d. h. Länge, Breite und Höhe, Orientierung ψ und/oder Gierrate ψ . von beobachtbaren Objekten im Umfeld des Egofahrzeugs.
Ferner werden Daten des Egofahrzeugs in die Berechnung der Sicherheitssysteme einbezogen, die beispielsweise gebildet werden durch Informationen über die Egogeschwindigkeit, die Ego-Gierrate ψ ._Ego, die Egoposition über GPS, die Orientierung des Egofahrzeugs ψ_Ego und/oder über beabsichtigte Aktionen des Fahrers mittel einer geeigneten Erkennung.
Aus den genannten Eingangsgrößen bestimmt das Sicherheitssystem mittels eines geeigneten Kollisionsmodells die Wahrscheinlichkeit einer Kollision und leitet als Funktion der Kollisionswahrscheinlichkeit geeignete Maßnahmen ein.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, dass die Auslösung einer Aktion eines Fahrerassistenzsystems, beispielsweise einer Warnung an den Fahrer, trotz Berechnung einer Kollisionswahrscheinlichkeit auf einer rein deterministischen Basis erfolgt. Dies hat zur Folge, dass unter Umständen Maßnahmen des Fahrerassistenzsystems zu früh oder unnötigerweise erfolgen, was wiederum die Akzeptanz des Fahrerassistenzsystems durch den Fahrer herabsetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Auslösestrategie von Sicherheitssystemen bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise von Fahrerassistenzsystemen, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fahrerassistenzsystems, aus Sensorsignalen von mindestens einem Umfeldsensor des Kraftfahrzeugs, weist die folgenden Schritte auf:

– Berechnen einer zweidimensionalen probabilistischen Fahrsituation unter Berücksichtigung von mindestens der Eigengeschwindigkeit, des Gierwinkels und der geometrischen Abmessungen des Kraftfahrzeugs,
– Durchführen einer Situationsanalyse zur Bestimmung eines resultierenden Auslöseparameters anhand der probabilistischen Fahrsituation und der Sensorsignale des mindestens einen Umfeldsensors unter Berücksichtigung von Sensorsignalvarianzen, und
– Erzeugen eines Auslösesignal zur Auslösung eines Aktuators als Funktion des resultierenden Auslöseparameters mittels eines Auslösealgorithmus.

Vorzugsweise umfasst das Umfeldsensorsignal des mindestens einen Umfeldsensors Entfernungsinformation und/oder Geschwindigkeitsinformation und/oder Winkelinformation eines Objekts in Bezug zu dem Egofahrzeug, d. h. zu dem Kraftfahrzeug.
Insbesondere kann die Situationsanalyse in der Form einer Gefahrenkarte darstellbar sein. Dabei kann die Gefahrenkarte mit jedem Messzyklus neu erstellt werden und aus der aktuellen Gefahrenkarte kann zusammen mit den Sensormesswerten bzw. den aus den Sensormesswerten gewonnenen Daten in jedem Messzyklus eine Situationsanalyse durchgeführt werden, d. h. das aktuelle Gefährdungspotential des Kraftfahrzeugs bezüglich der Signale des Umfeldsensors kann so bestimmt werden. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Messzyklen liegt beispielsweise bei 40 ms.
Vorzugsweise wird bei mehreren Umfeldsensoren die Situationsanalyse durch eine Kombination der Sensorsignale durchgeführt. Dabei kann insbesondere für jeden Umfeldsensor ein individueller Auslöseparameter bestimmt werden, wobei eine geeignete statistische Verknüpfung der Auslöseparameter zu einem resultierenden Auslöseparameter führen kann.
Vorzugsweise erfolgt eine Auslösung des Aktuators, wenn der resultierende Auslöseparameter einen vorgegebenen Wert überschreitet. Im Fall nur eines Umfeldsensors ist daher der resultierende Auslöseparameter identisch zu dem individuellen Auslöseparameter. Insbesondere kann der resultierende Auslöseparameter ein Wahrscheinlichkeitswert sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Beispiel einer probabilistischen Fahrsituation,
2 ein zweites Beispiel einer probabilistischen Fahrsituation, und
3 das Schema einer probabilistischen Auslösungsstrategie bei drei Umfeldsensoren.
1 zeigt eine probabilistische Fahrsituation, d. h. eine Gefahrenkarte, mit eingetragenen Sensorsignalen eines Umfeldsensors. Dargestellt ist ein x-y-Koordinatensystem um ein schematisch durch eine Schraffur dargestelltes Kraftfahrzeug 1. Der Nullpunkt des x-y-Koordinatensystems befindet sich dabei innerhalb des schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 1 in Höhe der Vorderachse (nicht dargestellt). Die dargestellte Fahrsituation zeigt Kollisionswahrscheinlichkeiten im x-y-Koordinatensystem, die hier stark quantisiert durch drei Gebiete I, II und II wiedergegeben sind. Die Gebiete sind in 1 durch die Kurven A und B voneinander begrenzt und ihre Bedeutung ist wie folgt.
Gebiet I ist der Bereich außerhalb der Kurve A. in diesem Bereich kann von einer kollisionsfreien Fahrt ausgegangen werden, mit anderen Worten die Kollisionswahrscheinlichkeit ist kleiner 1%. Das Gebiet II ist der Bereich zwischen den Kurven A und B. In diesem Bereich erhöht sich die Kritikalität und es kann zu einer Kollision mit einem Fahrzeug oder Objekt im Umfeld kommen. Daher wird im Gebiet II von einer kritischen Situation mit vermeidbarer Kollision gesprochen und die Kollisionswahrscheinlichkeit ist größer oder gleich 1% und kleiner oder gleich 99%. Im Gebiet III, welches durch den Bereich innerhalb der Kurve B gebildet wird, ist eine Kollision unvermeidbar und die Kollisionswahrscheinlichkeit beträgt größer 99%.
Die Gefahrenkarte der 1 und ihre Einteilung in drei Bereiche oder Gebiete I, II, III ist willkürlich und dient nur zur Anschauung. In der Realität ist die Abstufung der Gefahrenkarte in Bereiche unterschiedlicher Kollisionswahrscheinlichkeiten feiner. Weiterhin ist die Gefahrenkarte mindestens eine Funktion der Egogeschwindigkeit und des Gierwinkels des Kraftfahrzeugs. Die probabilistische Gestalt der Gefahrenkarte, d. h. ihre Wahrscheinlichkeitsaussage einer Kollision, ist ein Resultat der Varianzen, d. h. des Messfehlers der Egogeschwindigkeit und des Gierwinkels sowie der geometrischen Abmessungen des Fahrzeugs. Weitere Parameter, die in die Berechnung der Gefahrenkarte einfließen können, sind beispielsweise die Gierrate, der Reifenschlupf, etc. sowie deren Varianzen und gegebenenfalls Kovarianzen.
Ferner sind in 1 eine Reihe von Sensormesswerten 2 dargestellt, die eine Position, d. h. eine Koordinate, im x-y-Koordinatensystem darstellen. Wie aus der Figur ersichtlich beginnt die Reihe der Messwerte im Gebiet I geringer Kollisionswahrscheinlichkeit und führt über das kritische Gebiet II in das Kollisionsgebiet III. Dabei ist der Messwert 3 derjenige, welcher das Kollisionsgebiet III trifft, d. h. eine Kollisionswahrscheinlichkeit von größer als 99% aufweist. Spätestens hier ist eine Kollision unvermeidlich und es muss eine entsprechendes Alarmsignal und/oder eine entsprechende Maßnahme ausgelöst werden. Als Maßnahmen kommen beispielsweise alle diejenigen Maßnahmen in Betracht, welche die Wirkungen der Kollision herabsetzen.
Eingezeichnet in der Gefahrenkarte der 1 ist ferner die gestrichelte Kurve C, welche die Unfallzone darstellt, die aus einer deterministischen Betrachtung folgen würde. Es ist klar zu erkennen, dass die Messwertreihe 2 bereits früher in die deterministische Unfallzone eintritt, nämlich mit dem Messwert 4, und daher ein Auslösesignal für einen Aktuator entsprechend früher ausgelöst worden wäre. Dies hätte unter Umständen einen Fehlalarm zur Folge, da bei einer statistischen Situationsanalyse an der Position des Messwerts 4 noch die Möglichkeit einer Unfallvermeidung beispielsweise durch einen entsprechenden Lenkeingriff gegeben wäre.
Als Umfeldsensor zur Bestimmung der Messwertreihe 2 kommt beispielsweise ein 24 GHz Radar oder ein 77 GHz Radar in Frage.
2 zeigt eine Gefahrenkarte in anderer Darstellung, wobei in 2 der zeitliche Abstand und die winkelmäßige Lage von Messwerten eines Umfeldsensors relativ zum schematisch dargestellten Kraftfahrzeug dargestellt ist. Dabei betragen die Abstände zwischen den dargestellten Halbkreisen jeweils 0,1 Sekunden. Die dargestellten Abstände sind natürlich auch eine Funktion der Egogeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1. Die Gebiete I, II und III sowie die Kurven A, B und C sind definiert wie in 1. Signifikant in der Reihe der Messwerte 2 ist der Messwert 5, der in der deterministischen Darstellung ein Auslösesignal zur Folge hätte, während dies in der probabilistischen Betrachtung unter Berücksichtigung der Varianzen und der Kovarianzen der diversen Parameter nicht die Folge hätte.
3 zeigt das Vorgehen des Verfahrens bei einer Umfelduntersuchung mit mehreren Sensoren, in diesem Beispielfall drei Sensoren S1, S2 und S3. Dabei kann Sensor S1 eine PMD-Kamera, Sensor S2 ein 24 GHz-Radar und Sensor S3 ein 77 Ghz-Radar sein. Jeder der Sensoren S1, S2, S3 liefert jeweilige Sensordaten D1, D2 und D3. Diese Daten D1, D2, D3 werden einer individuellen Situationsanalyse SA1, SA2 und SA3 zugeführt, wobei unabhängige Auslöseparameter P1, P2 und P3 berechnet werden. Die Parameter werden dabei durch Wahrscheinlichkeitswerte gebildet, also beispielsweise kann P1 den Wert 0,98, P2 den Wert 0,95 und P3 den Wert 0,90 haben. Diese individuellen Parameter P1, P2 und P3 werden in einer Kombinationseinheit K mittels eines vorgegebenen Algorithmus zu einem resultierenden Parameter Pg kombiniert. In einem Beispielfall hat dieser resultierende Parameter Pg den Wert 0,84. Überschreitet der Wert des resultierenden Auslöseparameters eine vorgegebene Schwelle, so wird in einer Auslösung AL ein Auslösesignal für einen Aktuator (nicht dargestellt) generiert.

1: Kraftfahrzeug
2: Sensormeßwerte
3: Kollisionsmeßwert
4: Kollisionsmesswert deterministisch
5: Kollisionsmesswert deterministisch
I: erstes Gebiet
II: zweites Gebiet
III: drittes Gebiet
A: Übergang zwischen Gebiet I und Gebiet II
B: Übergang zwischen Gebiet II und Gebiet III
C: Deterministische Unfallzone
S1: Sensor 1
S2: Sensor 2
S3: Sensor 3
SA1: Situationsanalyse bezüglich Sensor 1
SA2: Situationsanalyse bezüglich Sensor 2
SA3: Situationsanalyse bezüglich Sensor 3
K: Kombinationseinheit
P1: Parameter 1
P2: Parameter 2
P3: Parameter 3
Pg: Parameter gesamt
AL: Auslöseeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/015747 A1 [0005]
- EP 1739582 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Auslösesignals für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Fahrerassistenzsystems, aus Sensorsignalen von mindestens einem Umfeldsensor des Kraftfahrzeugs zur Detektion von Objekten im Umfeld des Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch die Schritte: Berechnung einer zweidimensionalen probabilistischen Fahrsituation des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung von mindestens der Egogeschwindigkeit, des Gierwinkels des Egofahrzeugs und der geometrischen Abmessungen des Kraftfahrzeugs sowie deren Varianzen und/oder Kovarianzen, Durchführung eine probabilistischen Situationsanalyse zur Bestimmung eines resultierenden Auslöseparameters aus der probabilistischen Fahrsituation und der Sensorsignale des mindestens Umfeldsensors unter Berücksichtigung der Varianzen des Sensorsignals, und Erzeugen eines Auslösesignal zur Auslösung eines Aktuators als Funktion des resultierenden Auslöseparameters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal des mindestens einen Umfeldsensors Entfernungsinformation und/oder Geschwindigkeitsinformation und/oder Winkelinformation eines Objekts in Relation zu dem Egofahrzeug umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Situationsanalyse in der Form einer Gefahrenkarte darstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Umfeldsensoren die Situationsanalyse durch eine Kombination der Sensorsignale unter Berücksichtigung von deren Varianzen und/oder Kovarianzen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine individuelle Situationsanalyse für die Sensorsignale jedes Umfeldsensors zur Bestimmung des Auslöseparameter des Umfeldsensors und eine statistische Verknüpfung der Auslöseparameter der einzelnen Umfeldsensoren zu einem resultierenden Auslöseparameter durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslösung des Aktuators erfolgt, wenn der resultierende Auslöseparameter einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Auslöseparameter ein Wahrscheinlichkeitswert darstellt.