DE102008062796A1

DE102008062796A1 - Fahrerassistenzsystem und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008062796A1
Application number: DE102008062796A
Authority: DE
Inventors: Thanh-Binh Dr. To; Marc-Michael Dr.-Ing. Meinecke; Jörn Christian Knaup; Werner Prof. Dr.-Ing. Brockmann; Jens Hülsmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs sowie ein Fahrerassistenzsystem (6), welches das Verfahren verwendet. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung (10) in Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (1) mit einem Erfassungsmittel (7). Eine Verarbeitungseinheit (8) bestimmt aus der Umgebungssituation ein Wertefeld. Ein Wert des Wertefeldes an einer Stelle des Wertefeldes entspricht einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung des Fahrzeugs (1). Eine Führung für das Fahrzeug (1), beispielsweise eine Längs- und eine Querführung, wird dann von der Verarbeitungseinheit (8) in Abhängigkeit des Wertefeldes in einem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug automatisch bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und ein Fahrerassistenzsystem, welches das Verfahren verwendet.
In Fahrzeugen, wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, werden Fahrerassistenzsysteme verwendet, um die Verkehrssicherheit zu erhöhen und den Fahrer bei seiner Fahrtätigkeit zu unterstützen. Üblicherweise verwenden derartige Fahrerassistenzsysteme Sensoren, wie zum Beispiel Kameras, Radarsysteme oder Ultraschallsysteme, um eine Umgebung oder Umwelt des Fahrzeugs zu erfassen. Darüber hinaus können derartige Fahrerassistenzsysteme auch ein Positionsbestimmungssystem, wie zum Beispiel ein GPS, und Karteninformationen verwenden, um einen Straßenverlauf in der Umgebung des Fahrzeugs und eine Position und Bewegung des Fahrzeugs zu bestimmen. Mit Hilfe der Information über die Umgebung des Fahrzeugs können Fahrerassistenzsysteme dann in eine Längs- und/oder eine Querführung des Fahrzeugs eingreifen oder Warnungen an den Fahrer, beispielsweise über optische, akustische oder taktile Warnsignale, ausgeben. Ein Eingriff in die Querführung des Fahrzeugs kann beispielsweise eine Ansteuerung der Lenkung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs umfassen. Ein Eingriff in die Längsführung des Fahrzeugs kann beispielsweise einen Eingriff in die Motorsteuerung des Fahrzeugs zum Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs oder einen Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs zum Abbremsen des Fahrzeugs umfassen.
In dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Auswertung der erfassten Umweltinformationen für ein Fahrerassistenzsystem bekannt.
In der DE 10 2005 009 146 A1 wird beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge offenbart, bei dem die erfassten Daten über die Umwelt des Fahrzeugs in Form von so genannten Teilhypothesen einer modular aufgebauten Datenstruktur gegliedert werden. Jede Teilhypothese betrifft dabei einen in der Umgebung erfassten Gegenstand, wie zum Beispiel ein Hindernis oder ein vorausfahrendes Fahrzeug. Für jede Teilhypothese werden entsprechende Aktionen für das Fahrerassistenzsystem abgeleitet und anschließend zu einer kombinierten Aktion für das Fahrerassistenzsystem kombiniert. Dies führt jedoch bei einer großen Anzahl von Gegenständen in der erfassten Umwelt des Fahrzeugs zu einem erheblichen Rechenaufwand. Darüber hinaus liefert jede Teilhypothese nur einen Indikator wohin das Fahrzeug nicht fahren soll, nicht jedoch einen Indikator, welcher anzeigt, wohin das Fahrzeug fahren soll.
Das gleiche gilt für das in der DE 101 49 206 A1 offenbarte Unfallverhütungssystem. Auch hier werden Informationen aus der Umgebung des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Straßenränder, Ampeln und vorausfahrende oder kreuzende Fahrzeuge, erfasst und mit Hilfe von Warnungen oder Eingriffen in die Führung des Fahrzeugs ein Verlassen der Fahrbahn, ein Überfahren einer roten Ampel oder eine Kollision mit einem Fahrzeug in der Umgebung verhindert, indem jedes dieser Elemente einzeln überwacht und bei Gefahr eine entsprechende Warnung oder ein entsprechender Führungseingriff durchgeführt wird. Dadurch steigt der Verarbeitungsaufwand mit steigender Anzahl von zu berücksichtigenden Hindernissen.
Werden die in dem Stand der Technik bekannten Verfahren für eine Führung des Fahrzeugs verwendet, so ergibt sich aufgrund der darin verwendeten Hindernisausweichstrategie eine Fahrzeugführung, welche für einen Insassen des Fahrzeugs als ungewöhnlich und unkomfortabel empfunden werden kann, da sie sich von der Fahrzeugführung eines vorausschauenden menschlichen Fahrers deutlich unterscheidet, da der menschliche Fahrer neben der Ausweichstrategie im Allgemeinen auch eine Fahrt entlang eines Zielkorridors auf der Straße verfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verfahren für ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 11, ein Fahrzeug nach Anspruch 14 und eine Verarbeitungseinheit für ein Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs mit einem entsprechenden Erfassungsmittel. Das Erfassungsmittel kann beispielsweise eine Kamera, ein Radargerät und/oder ein Lasermessgerät umfassen. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird automatisch ein Wertefeld aus der Umgebungssituation bestimmt. Ein Wert des Wertefeldes an einer Stelle des Wertefeldes entspricht dabei einem Behinderungswert oder einem Gefahrenpotential an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung des Fahrzeugs. Das automatische Bestimmen kann beispielsweise von einer Verarbeitungseinheit durchgeführt werden. Das Wertefeld kann beispielsweise ein zweidimensionales Wertefeld sein, welches einen horizontalen Flächenbereich vor dem Fahrzeug abbildet. Jeder Wert des Wertefeldes stellt einen entsprechenden Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle der Fläche vor dem Fahrzeug dar. Ein Behinderungswert an einer bestimmten Stelle kann beispielsweise umso größer sein, je dichter sich diese bestimmte Stelle bei einem Hinder nis befindet. Eine Stelle, an der sich das Hindernis tatsächlich befindet kann dementsprechend einen besonders hohen Behinderungswert aufweisen.
Sowohl die Fahrbahn als auch Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs können als Behinderungswerte in dem Wertefeld dargestellt werden. Ein Hindernis kann beispielsweise als eine hyperbelförmig auslaufende Ellipse in dem Wertefeld dargestellt werden. D. h., das Hindernis wird beispielsweise in dem Wertefeld als Ellipse dargestellt, welche die Aufrissfläche, also eine Projektionsfläche des Hindernisses auf den Boden, umschreibt. Der Wert in radialer Richtung von der Ellipse weg nimmt in dem Wertefeld hyperbelförmig ab. Ein Punkt des Ellipsenrands ist somit jeweils eine Polstelle einer Hyperbel. Dadurch werden im Bereich der Ellipse sehr hohe Behinderungswerte, d. h. sogar der Wert unendlich, und in radialer Richtung von der Ellipse entfernt entsprechend geringere Behinderungswerte erreicht. Die Fahrbahn in der Umgebung des Fahrzeugs kann in dem Wertefeld beispielsweise als eine parabelförmig oder logarithmisch gekrümmte Fläche dargestellt werden. Die Scheitelgerade der parabelförmig gekrümmten Fläche verläuft entlang der Fahrbahnmitte und die gekrümmte Fläche steigt in Richtung der Fahrbahnränder parabelförmig an. Dadurch wird für Werte des Wertefeldes in der Fahrbahnmitte ein sehr geringer Wert, beispielsweise 0, erreicht und in Richtung des Fahrbahnrandes steigen die Behinderungswerte parabelförmig an.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird schließlich automatisch eine Führung für das Fahrzeug in Abhängigkeit des Wertefeldes in einem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug bestimmt. Die Führung des Fahrzeugs kann dabei eine Längsführung, eine Querführung oder sowohl eine Längs- als auch eine Querführung des Fahrzeugs umfassen. Eine Querführung des Fahrzeugs kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass sich das Fahrzeug in Richtung möglichst geringer Behinderungswerte des Wertefeldes in dem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug bewegt. Das Wertefeld des zuvor beschriebenen Verfahrens kann somit als ein Potentialfeld aufgefasst werden und die Führung des Fahrzeugs derart bestimmt werden, dass das Fahrzeug in Fahrtrichtung dem geringsten Potential folgt. Dabei geben die Potentiale bzw. die Behinderungswerte der Fahrbahn die Hauptrichtung für die Führung des Fahrzeugs vor und die Potentiale bzw. Behinderungswerte der Hindernisse beeinflussen die Führung des Fahrzeugs auf eine kontinuierliche Art und Weise und verhindern gleichzeitig eine Führung des Fahrzeugs in eine Kollisionsrichtung mit dem Hindernis. Dadurch kann eine Querführung des Fahrzeugs erreicht werden, welche einer menschlichen Fahrweise sehr ähnlich ist und somit von einem Insassen des Fahrzeugs als angenehm und komfortabel empfunden wird. Indem in dem Wertefeld sowohl die Fahrbahn als auch eine beliebige Anzahl von Hindernissen modelliert werden, ist eine einfache und effiziente Durchführung des Verfahrens möglich. Durch Verwenden der ellipsenförmigen Darstellung der Hindernisse, der hyperbelförmig auslaufenden Ellipsenränder und der parabelförmig gekrümmten Fläche als Fahrbahn ist ein einfaches Kom binieren der Hindernisse und der Fahrbahn in dem Wertefeld beispielweise durch Verwenden einer logarithmischen Darstellung möglich. Ebenso ist in dem Wertefeld die Bestimmung der Führung des Fahrzeugs in Richtung möglichst geringer Werte des Wertefeldes mit einfachen mathematischen Mitteln, wie zum Beispiel einer Gradientenbildung, möglich.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Längsführung des Fahrzeugs ein Abbremsen des Fahrzeugs umfassen, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug der Wert des Wertefeldes ansteigt. Ebenso kann die Längsführung des Fahrzeugs ein Beschleunigen des Fahrzeugs umfassen, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug der Wert des Wertefeldes absinkt. Darüber hinaus kann die Längsführung des Fahrzeugs ein Einstellen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der aktuellen Querführung des Fahrzeugs umfassen, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug der Wert des Wertefeldes unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Mit den zuvor beschriebenen einfachen Regeln kann beispielsweise ein so genanntes Fuzzy-System gebildet werden, um die Längsführung des Fahrzeuges einzustellen. Das Einstellen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit der aktuellen Querführung, d. h. in Abhängigkeit eines aktuellen Kurvenradius des Fahrzeugs, steigert zusätzlich den Komfort für die Insassen des Fahrzeugs, da auf diese Art und Weise eine Querbeschleunigung auf die Insassen beim Durchfahren einer Kurve beschränkt werden kann. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert werden, wenn erkannt wird, dass eine scharfe Kurve zu durchfahren ist. Umgekehrt kann nach dem Durchfahren der Kurve die Geschwindigkeit wieder erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Längsführung des Fahrzeugs ein Anhalten des Fahrzeugs bewirken, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug der Wert des Wertefeldes über einem vorbestimmten oberen Schwellenwert liegt. Wird also in Fahrtrichtung des Fahrzeugs keine Richtung gefunden, in welcher der Behinderungswert konstant bleibt oder absinkt, sondern der Behinderungswert nur ansteigt, so wird zunächst die Geschwindigkeit verringert und schließlich, sobald der Behinderungswert über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, das Fahrzeug angehalten, da in diesem Fall nicht sichergestellt werden kann, dass das Fahrzeug einer kollisionsfreien Bahn folgt oder das Fahrzeug auf der Fahrbahn bleibt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrerassistenzsystem umfasst ein Erfassungsmittel, ein Steuermittel und eine Verarbeitungseinheit, welche mit dem Erfassungsmittel und dem Steuermittel gekoppelt ist. Das Erfassungsmittel ist zum Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgestaltet. Das Steuermittel ist zum Beeinflussen einer Führung des Fahrzeugs, wie zum Beispiel einer Längs- und einer Querführung des Fahrzeugs, ausgestaltet. Die Verarbeitungseinheit ist ausgestaltet, aus der Umgebungssituation ein Wertefeld zu bestimmen und eine Führung für das Fahrzeug in Abhängigkeit des Wertefeldes in einem Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug zu bestimmen. Das Wertefeld ist eine geographische Abbildung eines horizontalen Bereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug. Ein Wert des Wertefeldes an einer Stelle des Wertefeldes entspricht einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung des Fahrzeugs. Das Erfassungsmittel kann beispielsweise eine Kamera, ein Radargerät oder ein Lasermessgerät umfassen. Das Fahrerassistenzsystem kann zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sein und umfasst somit die damit verbundenen Vorteile.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Fahrerassistenzsystem bereitgestellt. Das Steuermittel des Fahrerassistenzsystems beeinflusst beispielsweise für eine Querführung eine Lenkung des Fahrzeugs und für eine Längsführung eine Motorsteuerung und/oder ein Bremssystem des Fahrzeugs.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitungseinheit für ein Fahrerassistenzsystem bereitgestellt. Die Verarbeitungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie mit einem Steuermittel des Fahrerassistenzsystems und einem Erfassungsmittel gekoppelt werden kann. Das Steuermittel ist zum Beeinflussen einer Führung des Fahrzeugs ausgestaltet. Das Erfassungsmittel ist zum Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung ausgestaltet. Die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, aus der Umgebungssituation ein Wertefeld zu bestimmen und eine Führung für das Fahrzeug in Abhängigkeit des Wertefeldes in einem bestimmten Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug zu bestimmen. Wie zuvor beschrieben, entspricht ein Wert des Wertefeldes an einer bestimmten Stelle des Wertefeldes einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung des Fahrzeugs. Die Verarbeitungseinheit kann ferner zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Fahrbahn.
2 zeigt eine Modellierung der Fahrbahn der 1 in einem Wertefeld.
3 zeigt die Modellierung eines Hindernisses in einem Wertefeld.
4 zeigt die Modellierung der Fahrbahn und der Hindernisse der 1 in einem Wertefeld.
5 zeigt das Wertefeld der 4 in einer Höhenliniendarstellung.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches einen Teil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail darstellt.
7 zeigt eine Regelbasis für ein Fuzzy-System, welches in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 zeigt ein Wertefeld und eine daraus bestimmte Führung für ein Fahrzeug gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs für die in 8 bestimmte Führung des Fahrzeugs.
10 zeigt ein Wertefeld und eine daraus bestimmte Führung für ein Fahrzeug gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs, welcher gemäß der in 10 gezeigten Führung für das Fahrzeug bestimmt wird.
12 zeigt ein weiteres Wertefeld und eine daraus bestimmte Führung für ein Fahrzeug gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs während der in 12 gezeigten Führung gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt ein weiteres Wertefeld und eine daraus bestimmte Führung für ein Fahrzeug gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt einen Geschwindigkeitsverlauf, einen Lenkwinkelverlauf und einen Querbeschleunigungsverlauf des Fahrzeugs, welches gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie in 16 gezeigt, geführt wird.
1 zeigt ein Fahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 2, welches sich auf der Fahrbahn 2 in Richtung des Pfeils 3 bewegt. Auf der Fahrbahn 2 befindet sich in entgegenkommender Richtung ein weiteres Fahrzeug 4 und ein zur Hälfte auf der Fahrbahn 2 abgestelltes weiteres Fahrzeug 5. Das Fahrzeug 1 ist mit einer Assistenzvorrichtung 6 ausgestattet, welches eine Querführung und eine Längsführung des Fahrzeugs 1 steuert. Die Assistenzvorrichtung 6 umfasst ein Erfassungsmittel 7, wie zum Beispiel eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen Radarsensor, einen Lasersensor oder eine Kombination daraus, eine Verarbeitungseinheit 8 und ein Steuermittel 9. Das Steuermittel 9 ist zum Beeinflussen der Längs- und Querführung des Fahrzeugs ausgestaltet, d. h., das Steuermittel 9 kann bei geeigneter Ansteuerung durch die Verarbeitungseinheit 8 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Ansteuern einer Motorelektronik des Fahrzeugs und eines Bremssystems des Fahrzeugs einstellen. Darüber hinaus kann das Steuermittel 9 durch eine geeignete Ansteuerung durch die Verarbeitungseinheit 8 eine Lenkung des Fahrzeugs 1 ansteuern, um eine entsprechende Querführung zu bewirken. Die Verarbeitungseinheit 8 ist mit dem Erfassungsmittel 7 und dem Steuermittel 9 gekoppelt und umfasst beispielsweise eine mikroprozessorgesteuerte Verarbeitungseinheit. Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit 8 auch mit weiteren Sensoren des Fahrzeugs gekoppelt sein, wie zum Beispiel einem Geschwindigkeitssensor, einem Lenkwinkelsensor, Radsensoren zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit einzelner Räder des Fahrzeugs usw..
Mit Hilfe des Erfassungsmittels 7 wird ein Umgebungsbereich 10 in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug, beispielsweise der in 1 eingezeichnete Bereich 10, erfasst und analysiert. So werden beispielsweise Fahrbahnmarkierungen 11 und 12 sowie die weiteren Fahrzeuge 4 und 5 erfasst und mit Hilfe von geeigneten Verarbeitungsprogrammen, wie zum Beispiel Bildverarbeitungsprogrammen, bestimmt und in einem Wertefeld, einem so genannten Potentialfeld, modelliert. Das Potentialfeld ist ein zweidimensionales Wertefeld, welches sich beispielsweise in einer X/Y-Ebene erstreckt. Ein Punkt in dieser X/Y-Ebene entspricht einem geographischen Punkt des erfassten Bereichs 10 vor dem Fahrzeug 1. Die X-Achse kann sich beispielsweise in Richtung der Fahrtrichtung 3 des Fahrzeugs 1 erstrecken und die Y-Achse senkrecht dazu. Jeder Stelle des Potentialfeldes wird nun ein Wert zugeordnet, welcher einen Behinderungswert oder einen Gefahrenwert darstellt. Der Behinderungswert oder Gefahrenwert ergibt sich aus den erfassten Objekten in dem Bereich 10 sowie durch die Fahrbahnbegrenzungen 11, 12 in dem Bereich 10. Ein Behinderungswert bzw. Gefahrenwert wird umso höher gewählt, je stärker er bei der Führung des Fahrzeugs 1 zu meiden ist. Dementsprechend erhalten Stellen des Potentialfeldes im Bereich der Mitte der Fahrbahn 2 zwischen den Fahrbahnmarkierungen 11 und 12 geringe Behinderungswerte, wohingegen Stellen des Potentialfeldes in der Nähe oder auf den Fahrbahnmarkierungen 11, 12 hohe Behinderungswerte erhalten. Stellen in dem Potentialfeld, welche die Fahrzeuge 4, 5 darstellen, erhalten ebenfalls hohe Behinderungswerte.
Das Potentialfeld kann beispielsweise eine Zahlenmatrix sein, indem der Bereich vor dem Fahrzeug gemäß einer vorbestimmten Auflösung in kleine Teilbereiche von beispielsweise wenigen Quadratzentimetern aufgeteilt wird und einem jeden Teilbereich ein entsprechender Behinderungswert in der Zahlenmatrix zugeordnet wird. Alternativ kann das Wertefeld über Funktionen dargestellt werden, welche in Abhängigkeit der X- und Y-Koordinaten des Wertefeldes einen entsprechenden Behinderungswert liefern. Unter Bezugnahme auf 2–5 werden nachfolgend Potentialfelder gezeigt, welche beispielsweise mit Hilfe geeigneter Funktionen einen Straßenverlauf bzw. Hindernisse darstellen.
2 zeigt eine Modellierung einer Fahrbahn mit Hilfe einer parabelförmig gekrümmten Fläche. Die Scheitelgerade der gekrümmten Fläche verläuft in Richtung der Fahrtrichtung der Fahrbahn, was im gezeigten Fall der X-Richtung entspricht. Die Y-Richtung verläuft in Richtung der Breite der Fahrbahn. Die Skalierung von X- und Y-Achse ist im vorliegenden Beispiel willkürlich gewählt. Entlang der Z-Achse sind in 2 die entsprechenden Behinderungswerte aufgetragen. Entlang der Scheitelgeraden der gekrümmten Fläche, d. h. entlang einer Geraden in X-Richtung bei einem Y-Wert von ungefähr 150, ist der Behinderungswert ungefähr 0. D. h., entlang der Fahrbahnmitte ist die Behinderung für das Fahrzeug am geringsten. In Richtung größer oder kleiner werdender Y-Werte steigt der Behinderungswert an. Im gezeigten Beispiel ist am Fahrbahnrand beispielsweise ein Behinderungswert von ungefähr Z = 0,5 erreicht.
3 zeigt eine Modellierung eines Hindernisses, beispielsweise des Fahrzeugs 5 der 1, in einer zur 2 vergleichbaren Darstellung des Potentialfeldes. Um mathematisch möglichst einfach handhabbare Funktionen zu verwenden, wird das Hindernis, wie beispielsweise das Fahrzeug 5, durch eine Ellipse beschrieben, welche das Fahrzeug 5 umfasst. Diese Ellipse ist in 3 als ellipsenförmige Fläche 13 mit einem Behinderungswert von ungefähr 0,4 dargestellt. Außerhalb der ellipsenförmigen Fläche 13 fällt der Behinderungswert radial in alle Richtungen hyperbelförmig ab. Weitere Hindernisse, wie zum Beispiel das in 1 weitere dargestellte Fahrzeug 4, werden ebenfalls durch derartig hyperbelförmig auslaufende Ellipsen in dem Potentialfeld dargestellt. Die Verwendung von Parabeln, Ellipsen und Hyperbeln ermöglicht, die Behinderungswerte, welche sich aus den unterschiedlichen Hindernissen und der Fahrbahn ergaben, mit Hilfe mathematischer Operatoren auf einfache Art und Weise zu einem gemeinsamen Potentialfeld zu überlagern und Operationen auf diesem gemeinsamen Potentialfeld durchzuführen, wie später zur Bestimmung der Führung des Fahrzeugs gezeigt wird.
4 zeigt eine Überlagerung mehrerer Funktionen in dem Potentialfeld. In dem in 4 gezeigten Potentialfeld sind zum einen die Fahrbahn aus beispielsweise der 2 sowie zwei Hindernisse, welche beispielsweise die beiden Fahrzeuge 4 und 5 der 1 darstellen, überlagert.
5 zeigt das Potentialfeld der 4 in einer anderen Darstellung. In der Darstellung der 5 wird der Behinderungswert in Abhängigkeit der X- und Y-Koordinaten als Höhenlinien dargestellt, d. h., 5 ist eine Draufsicht der 4 aus einer Z-Richtung, wobei unterschiedliche Höhen der in 4 gezeigten Potentialfläche durch Höhenlinien 14–20 in 5 dargestellt sind. Die Höhenlinien 14–20 geben in aufsteigender Reihenfolge von 14 bis 20 steigende Z-Werte der in 4 gezeigten Fläche an. Die ellipsenförmigen Flächen 21 der 5 entsprechen den ellipsenförmigen Flächen in 3 bzw. 4.
6 zeigt, wie mit Hilfe des zuvor bestimmten Potentialfeldes eine Führung für das Fahrzeug 1 bestimmt wird. In das in 6 gezeigte Verfahren 22 zum Bestimmen der Längs- und Querführung für das Fahrzeug 1 wird ein Ausschnitt des Potentialfeldes, wie er beispielsweise in 4 oder 5 gezeigt ist, sowie eine Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingegeben. Darüber hinaus kann eine von beispielsweise dem Fahrer des Fahrzeugs vorgegebene Soll-Geschwindigkeit eingegeben werden. In Block 23 wird zunächst die Höhe des Potentials, d. h. des Behinderungswertes, an der aktuellen Position des Fahrzeugs bestimmt. Dies kann beispielsweise, wenn die Behinderungswerte in Form von mathematischen Funktionen vorliegen, durch Auswerten der überlagerten Funktionen für die Position des Fahrzeugs berechnet werden. Im Block 24 werden Längs- und Quergradienten für die aktuelle Position des Fahrzeugs aus dem Potentialfeld berechnet. Im Block 25 wird eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und der aktuellen Ist-Geschwindigkeit bestimmt. Die berechnete Höhe des Potentials, der Längsgradient und die Abweichung von der Soll-Geschwindigkeit werden zur Berechnung einer Geschwindigkeitsänderung beispielsweise einem so genannten Fuzzy-System 26 zugeführt.
In 7 ist das Fuzzy-System 26 mit seiner Regelbasis dargestellt. Wenn keine Gefahr besteht, d. h., wenn zum Beispiel der Gradient in Fahrtrichtung 0 oder negativ ist, d. h., der Behinderungswert konstant bleibt oder abnimmt, und zusätzlich die Höhe des Potentials bzw. Behinderungswertes unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, kann die Geschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeitsabweichung zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit angepasst werden. Diese Anpassung kann beispielsweise ein Beschleunigen des Fahrzeugs bedeuten, solange die Soll-Geschwindigkeit nicht erreicht ist. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit in Abhängigkeit einer aktuellen Querbeschleunigung des Fahrzeugs beschränkt werden, um unnötig große Querbeschleunigungen in Kurven auf die Insassen zu vermeiden. Steigt der Gradient in Fahrtrichtung hingegen an, d. h. das Fahrzeug bewegt sich auf ein Hindernis zu, so wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert. Wird eine vorbestimmte Schwelle des Potentials überschritten, wird das Fahrzeug sogar angehalten, um eine Kollision mit einem Hindernis zu vermeiden.
Das Ergebnis der Geschwindigkeitsberechnung im Block 26 ergibt eine Geschwindigkeitsänderung 27. Aus dem in Block 24 bestimmten Quergradienten wird eine Querbewegung des Fahrzeugs 1 im Block 28 bestimmt. Die Querbewegung des Fahrzeugs kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass dem Gradienten innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gefolgt wird, welcher den kleinsten Wert aufweist, d. h., welcher das Fahrzeug in einen Bereich lenkt, in welchem der Behinderungswert geringer wird. Mit Hilfe der Geschwindigkeitsänderung 27 und der in Block 28 bestimmten Querbewegung kann die neue Position des Fahrzeugs innerhalb des Potentialfeldes bestimmt werden, um beispielsweise eine weiter vorausschauende Führung des Fahrzeugs durch wiederholtes Durchführen der Schritte des Verfahrens 22 im Voraus zu berechnen. Parallel dazu werden die bestimmte Geschwindigkeitsänderung und die bestimmte Querbewegung für das Fahrzeug dem Steuermittel 9 des Fahrzeugs 1 bereitgestellt, um die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend einzustellen.
8 zeigt eine Darstellung eines Potentialfeldes einer Fahrbahn mit einem Hindernis, welches sich am Fahrbahnrand befindet. Die Fahrbahn verläuft in Richtung der X-Achse der Darstellung der 8 und iterative Bahnpunkte einer Trajektorie des Fahrzeugs sind durch Kreuze (30) dargestellt. Neue Bahnpunkte der Trajektorie werden beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen mit Hilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens 22 bestimmt. Die Zeitabstände können beispielsweise wenige 100 ms, beispielsweise 300 ms betragen. Dementsprechend sind bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Bahnpunkte eng beieinander, wie beispielsweise im Bereich von X = 50 bis X = 150, und bei höherer Geschwindigkeit des Fahrzeugs weiter auseinander, wie beispielsweise von X = 200 bis X = 300.
9 zeigt den entsprechenden Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs über die einzelnen Bahnpunkte bzw. Schritte, d. h. über den in 8 dargestellten Kreuzen. Im Bereich von X = 50 bis X = 350 beschleunigt das Fahrzeug, da in diesem Bereich kein Hindernis vorhanden ist. Im Bereich von X = 350 bis X = 550 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert, während das Fahrzeug an dem Hindernis vorbeifährt. Weiterhin führt das Fahrzeug in diesem Bereich eine Ausweichbewegung durch, um den Abstand zu dem Hindernis zu vergrößern. Ab näherungsweise X = 550 beschleunigt das Fahrzeug weiter bis auf beispielsweise eine vorgegebene Soll-Geschwindigkeit, da in diesem Bereich kein Hindernis vorhanden ist. Darüber hinaus wird in diesem Bereich das Fahrzeug wieder auf die Fahrbahnmitte zurückgeführt. Der entsprechende Geschwindigkeitsverlauf ist in 9 dargestellt.
10 und 11 zeigen vergleichbar zu den 8 und 9 die Trajektorie eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, an deren Fahrzeugrand mehrere Hindernisse, wie zum Beispiel geparkte Fahrzeuge 31–34, vorhanden sind, und den zugehörigen Geschwindigkeitsverlauf. Im Bereich von X = 0 bis X = 350, d. h. in den ersten zwanzig Berechnungsschritten, beschleunigt das Fahrzeug auf beispielsweise eine vorgegebene Soll-Geschwindigkeit und wird im Wesentlichen in der Mitte der Fahrbahn geführt. Ab X = 350 beginnt der Einfluss der Hindernisse auf das Potentialfeld derart, dass das geringste Potential nun nicht mehr in der Fahrbahnmitte liegt und das Potential insgesamt ansteigt. Dementsprechend wird eine Querführung auf das Fahrzeug ausgeübt, welche das Fahrzeug zunächst leicht nach rechts versetzt, um einem Hindernis 31 auszuweichen, und gleichzeitig wird die Geschwindigkeit verringert. Sobald das Fahrzeug am Hindernis 31 vorbei ist, wird eine Querführung bestimmt, welche das Fahrzeug nach links führt, um den Hindernissen 32 und 33 auszuweichen. Die Geschwindigkeit wird kurzzeitig etwas erhöht, solange das Fahrzeug geradeaus an den Hindernissen 32 und 33 vorbeifährt. Dann nähert sich das Fahrzeug dem Hindernis 34, woraufhin die Geschwindigkeit wiederum verringert wird und eine Querführung nach rechts bestimmt wird. Nachdem das Fahrzeug am Hindernis 34 vorbeigefahren ist, wird es wieder in die Fahrbahnmitte zurückgeführt und beschleunigt auf die vorbestimmte Geschwindigkeit.
Das zuvor beschriebene Fahrverhalten, welches durch das im Zusammenhang mit den 6 und 7 beschriebene Verfahren erreicht wird, wird von Insassen des Fahrzeugs als sehr komfortabel und angenehm empfunden. Bei Annäherung an ein Hindernis wird die Geschwindigkeit verringert, wodurch einerseits dem Insassen signalisiert wird, dass das Hindernis erkannt wurde, und andererseits Querbeschleunigungen während des Ausweichens gering gehalten werden, so dass der Insasse keinen unnötig hohen Querbeschleunigungen ausgesetzt ist.
12 und 13 zeigen eine weitere Trajektorie und einen dazugehörigen Geschwindigkeitsverlauf vergleichbar zu der in 8 und 9 gezeigten Darstellung. 12 zeigt wiederum das Potentialfeld entlang der Fahrbahn, wobei sich das Fahrzeug in X-Richtung bewegt. 13 zeigt den entsprechenden Geschwindigkeitsverlauf. Auf der Fahrbahn befinden sich zwei Hindernisse 35 und 36. Das Hindernis 35 befindet sich am Fahrzeugrand und ist beispielsweise ein dort abgestelltes Fahrzeug. Hindernis 36 befindet sich hingegen auf der Fahrbahnmitte und ist beispielsweise ein dort stehendes Fahrzeug. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens weicht das Fahrzeug zunächst dem Hindernis 35 unter Verringerung der Geschwindigkeit, ähnlich wie im Zusammenhang mit den 8–11 beschrieben, aus. Ab X = 400 beschleunigt das Fahrzeug dann bis bei X = 550 das Potential in Fahrtrichtung ansteigt. Daraufhin wird die Geschwindigkeit verringert. Durch eine Querführung kann kein geringeres Potential in Fahrtrichtung gefunden werden, so dass die Geschwindigkeit weiter verringert wird, bis das Fahrzeug bei näherungsweise X = 700 zum Stillstand kommt. Somit kann eine Kollision zuverlässig verhindert werden.
14 und 15 zeigen eine weitere Trajektorie eines Fahrzeugs vergleichbar zu der Darstellung der 8 und 9. In 15 sind neben der Geschwindigkeit zusätzlich ein Lenkwinkel des Fahrzeugs und eine auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung dargestellt. Der Fahrbahnverlauf im vorliegenden Beispiel, welcher in 14 dargestellt ist, beginnt mit einem geraden Abschnitt in X-Richtung gefolgt von einer Linkskurve um näherungsweise 90° gefolgt von einer langgezogenen Rechtskurve um näherungsweise 180° und einem darauffolgenden geraden Fahrbahnabschnitt. In der Linkskurve befindet sich am rechten Fahrbahnrand ein Hindernis 37, wie zum Beispiel ein dort abgestelltes Fahrzeug. Auf dem anschließenden geraden Fahrbahnabschnitt befindet sich ein weiteres Hindernis 38, welches ebenfalls beispielsweise ein dort abgestelltes Fahrzeug sein kann. Bis zum Eintritt in die Linkskurve bei näherungsweise X = 500 wird das Fahrzeug beschleunigt. Der Lenkwinkel beträgt bis dahin 0 und dementsprechend ist die Beschleunigung auf das Fahrzeug ebenfalls 0. Bei X = 500 beginnt der Eintritt in die Linkskurve und gleichzeitig ein Ausweichen um das Hindernis 37. Der Lenkwinkel wird entsprechend eingestellt und gleichzeitig die Geschwindigkeit verringert, um die Querbeschleunigung gering zu halten. Danach erfolgt das Durchfahren der Rechtskurve von X = 900 bis näherungsweise X = 1700 und Y = 600. Die Geschwindigkeit beim Durchfahren der Kurve wird durch die Querbeschleunigung begrenzt, wie im Zusammenhang mit 6 und 7 beschrieben. Abschließend wird ab Y = 600 ein Ausweichmanöver um das Hindernis 38 bei gleichzeitiger Verringerung der Geschwindigkeit durchgeführt. Nach dem Passieren des Hindernisses 38 wird die Geschwindigkeit wieder erhöht und das Fahrzeug zurück auf die Fahrbahnmitte geführt.
Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es somit möglich, eine zuverlässige Quer- und Längsführung für ein Fahrzeug bereitzustellen, ohne dass ein absolutes Fahrtziel benötigt wird. Stattdessen wird die Führung des Fahrzeugs einzig anhand des Potentialverlaufs bestimmt, welcher sich aus der Umgebungsanalyse der Fahrbahn und der darauf befindlichen Hindernisse ergibt. Durch die Längsführung des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Querführung wird eine für die Insassen des Fahrzeugs komfortable Führung des Fahrzeugs erreicht.

1: Fahrzeug
2: Fahrbahn
3: Fahrtrichtung
4: weiteres Fahrzeug
5: weiteres Fahrzeug
6: Fahrerassistenzsystem
7: Erfassungsmittel
8: Verarbeitungseinheit
9: Steuermittel
10: Umgebung
11, 12: Fahrbahnrand
13: Ellipsendarstellung eines Hindernisses
14–20: Potentiallinie
21: Ellipse eines Hindernisses
22: Verfahren
23–26: Block
27: Geschwindigkeitsänderung
28, 29: Block
30: Trajektorieschritte
31–38: Ellipsendarstellung eines Hindernisses

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005009146 A1 [0004]
- DE 10149206 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, umfassend – Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung (10) in Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (1) mit einem Erfassungsmittel (7), – automatisches Bestimmen eines Wertefeldes (14–21) aus der Umgebungssituation, wobei ein Wert des Wertefeldes (14–21) an einer Stelle des Wertefeldes einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung (10) des Fahrzeugs (1) entspricht, und – automatisches Bestimmen einer Führung für das Fahrzeug (1) in Abhängigkeit des Wertefeldes (14–21) in einem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wertefeld (14–21) in Abhängigkeit einer Fahrbahn (2) in der Umgebungssituation und/oder in Abhängigkeit eines Hindernisses (4, 5; 21; 31–38) in der Umgebungssituation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hindernis (4, 5; 21; 31–38) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) als eine hyperbelförmig auslaufende Ellipse in dem Wertefeld (14–21) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahn (2) in der Umgebung des Fahrzeugs (1) in dem Wertefeld (14–21) als eine parabelförmig gekrümmte Fläche dargestellt wird, wobei die Scheitelgerade der parabelförmig gekrümmten Fläche entlang der Fahrbahnmitte verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Fahrzeugs (1) eine Längsführung, eine Querführung oder eine Längs- und Querführung des Fahrzeugs (1) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung des Fahrzeugs (1) ein Abbremsen des Fahrzeugs (1) umfasst, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) der Wert des Wertefeldes (14–21) ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung des Fahrzeugs (1) ein Beschleunigen des Fahrzeugs (1) umfasst, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) der Wert des Wertefeldes (14–21) absinkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung des Fahrzeugs (1) ein Einstellen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit von der Querführung des Fahrzeugs (1) umfasst, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) der Wert des Wertefeldes (14–21) unter einem vorbestimmten unteren Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführung des Fahrzeugs (1) ein Anhalten des Fahrzeugs (1) umfasst, wenn bestimmt wird, dass in dem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) der Wert des Wertefeldes (14–21) aber einem vorbestimmten oberen Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querführung des Fahrzeugs (1) derart bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug (1) in Richtung möglichst geringer Werte des Wertefeldes (14–21) in dem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) bewegt.
Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug, umfassend: – ein Erfassungsmittel (7), welches zum Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung (10) in Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (1) ausgestaltet ist, – ein Steuermittel (9) zum Beeinflussen einer Führung des Fahrzeugs (1), und – eine Verarbeitungseinheit (8), welche mit dem Erfassungsmittel (7) und dem Steuermittel (9) gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (8) ausgestaltet ist, – aus der Umgebungssituation ein Wertefeld (14–21) zu bestimmen, wobei ein Wert des Wertefeldes (14–21) an einer Stelle des Wertefeldes (14–21) einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung (10) des Fahrzeugs (1) entspricht, und – eine Führung für das Fahrzeug (1) in Abhängigkeit des Wertefeldes (14–21) in einem Bereich in Fahrtrichtung (3) vordem Fahrzeug (1) zu bestimmen.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (7) eine Kamera, ein Radargerät und/oder ein Lasermessgerät umfasst.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (6) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–10 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem nach einem der Ansprüche 11–13.
Verarbeitungseinheit für ein Fahrerassistenzsystem, wobei die Verarbeitungseinheit (8) mit einem Steuermittel (9) des Fahrerassistenzsystems (6) zum Beeinflussen einer Führung eines Fahrzeugs (1) und einem Erfassungsmittel (7), welches zum Erfassen einer Umgebungssituation in einer Umgebung (10) in Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (1) ausgestaltet ist, koppelbar ist, und wobei die Verarbeitungseinheit (8) ausgestaltet ist, – aus der Umgebungssituation ein Wertefeld (14–21) zu bestimmen, wobei ein Wert des Wertefeldes (14–21) an einer Stelle des Wertefeldes (14–21) einem Behinderungswert an einer entsprechenden Stelle in der Umgebung (10) des Fahrzeugs (1) entspricht, und – eine Führung und für das Fahrzeug (1) in Abhängigkeit des Wertefeldes (14–21) in einem Bereich in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) zu bestimmen.
Verarbeitungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (8) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–10 ausgestaltet ist.