DE102009021229A1

DE102009021229A1 - Kamerabasierte Objektverarbeitung für die Abstandsregelung eines Fahrzeugs zur kraftstoffsparenden Einreglung des Sollabstandes

Info

Publication number: DE102009021229A1
Application number: DE102009021229A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl.-Ing. Holloh; Andreas Dr.Ing. Schwarzhaupt; Istvan Dipl.-Ing. Vegh; Jan Dr.Ing. Wirnitzer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsregelung für ein Fahrzeug (0), bei dem verzögernde Stelleingriffe in Abhängigkeit von Abstands- und Geschwindigkeitsdaten mehrerer dem Fahrzeug (0) vorausfahrender Fahrzeuge (1, 2) durchgeführt werden.ter verzögernder Stelleingriff (bspw. eine verschleißfreie Bremsung mit maximal 2 m/s2) eingeleitet, wenn festgestellt wird, dass die Bremslichter des ersten vorausfahrenden Fahrzeugs (1) aufleuchten und wenn zusätzlich festgestellt wird, dass der Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug (0) und dem ersten vorausfahrenden Fahrzeug (1) kleiner ist als ein situationsabhängiger Abstandsschwellwert, welcher in Abhängigkeit der Abstands- und Geschwindigkeitsdaten des ersten vorausfahrenden Fahrzeugs (1) und eines diesem vorausfahrenden zweiten vorausfahrenden Fahrzeugs (2) bestimmt worden ist. Zur Bestimmung des Abstandsschwellwerts wird zunächst aus den Abstands- und Geschwindigkeitsdaten des ersten und zweiten vorausfahrenden Fahrzeugs die erforderliche Mindestverzögerung prädiziert, mit der das erste vorausfahrende Fahrzeug (1) seine Fahrt zur Vermeidung einer Kollision mit zweiten vorausfahrenden Fahrzeug (2) verzögern müsste. Ausgehend von der Annahme, dass das erste vorausfahrende Fahrzeug (1) seine Fahrt mit der prädizierten Mindestverzögerung verzögern wird, wird die Abstandsschwelle als derjenige Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug (0) und dem ersten vorausfahrenden ...

Description

Die Fahrzeugführer und Fahrerassistenzsysteme der heutigen Fahrzeuge konzentrieren sich im Kolonnenverkehr meistens auf dem vorausfahrenden Fahrzeug. Dabei gilt einerseits, dass je früher der Fahrer oder das Assistenzsystem ein Vorausfahrzeug oder eine Stauende detektiert, desto eher lässt sich ein Unfall vermeiden, andererseits durch Beobachtung der anderen Verkehrsteilnehmer lassen sich abrupte längsdynamische Vorgänge vermeiden, woraus zusätzlich eine entspannte und komfortable Reise resultiert. Durch intelligente Auswertung des vorausfahrenden Verkehrs und frühzeitige Reglereingriff lässt sich zusätzlich zur Sicherheitsgewinn auch noch Kraftstoff einsparen (durch Schubbetrieb und Ausrollen lassen).
Leider sind die unterstützenden Systeme zu „kurzsichtig”, die verbreiteten Radarsysteme können – wenn überhaupt – maximal 2 vorausfahrender Objekte detektieren. Die Objektsicherheit des zweiten Objektes ist aber auch deutlich geringer, da das Gerät zur Ermittlung Restreflexionen benutzt. Mehr als 2 Objekte in Längsrichtung lassen sich nur mit der heutigen Radartechnik kaum realisieren.
Eine mögliche Sichtfelderweiterung nach vorne, lässt sich in den meisten Nutzfahrzeugen aufgrund der Höhe und die damit verbundene Übersicht hervorragend realisieren.
Viele der modernen Lkw's verfügen schon in der Serienausstattung über Kamerasystemen, entweder als Fahrerinformation über den wenig einsehbaren Bereiche oder als Spurassistenten.
Beide Kamerasysteme sind im Fahrersichtfeld weit oben verbaut. Somit ließe sich das im diesem Schreiben beschriebene System mit der vorhandenen Kamera (oder eine entsprechende Adaption) kostengünstig ins Fahrzeug realisieren.
Die eigentliche Idee zum kameraunterstützten Abstandsregel-System (auch DTR+, also Abstandsregelung bis 0 km/h oder Stauassistent) ist, dass die Kamera zusätzlich zum Radarsensor über mind. 3 (evtl. 5) weiteren, vorausfahrenden Fahrzeugen die fahrdynamische Informationen, wie Abstand und Relativgeschwindigkeit ermittelt. Dazu eignen sich besonders Stereo- bzw. PMD-Kamerasysteme, die diese Informationen ermitteln können. Dabei sollen nicht nur die oben genanten Werte zwischen Lkw und alle vorausfahrenden ermittelt werden, sondern auch die jeweiligen Werte zwischen den einzelnen, beobachteten Vorausfahrenden.
Des Weiteren lassen sich mit den Kamerasystemen die Rücklichter, vornehmlich die Bremslichter der vorausfahrenden Fahrzeuge beobachtet und ausgewertet werden. Aus der logischen Kombination der einzelnen Abstände (1) zwischen den jeweiligen Fahrzeugen, zusammen mit dem Status der Bremslichter lässt sich zusätzlich auf die bevorstehende Abbremsung schließen. Dadurch kann der Lkw einen prädiktiven Sicherheitsabstand aufbauen und ressourcenschonend (kraftstoffsparend durch Schubbetrieb und/oder Ausrollen, wodurch auch die Bremse geschont wird) den erforderlichen Abstand einstellen.
1 zeigt die Situationsbewertung aus Sicht eines Nutzfahrzeuges. Rot eingezeichnet sind die jeweilige Abbremsungen (Verzögerungen a(x)), grün die aktuelle Geschwindigkeit (v(x)) der Fahrzeuge. Blau sind die gemessenen Informationen vom Radarsensor, orange die gemessenen Informationen von der Kamera.
Die Realisierung kann vorzugsweise in 2 Schritten erfolgen. Für den ersten Schritt werden lediglich die Abstandsinformationen verwendet. In der zweiten Realisierungsstufe sollen die jeweiligen Relativgeschwindigkeiten (wie in 1 dargestellt) herangezogen werden, wodurch die in der Realisierungsstufe 1 erarbeitete Regelungsstrategie verfeinert werden kann.
Die Idee legt folgende Situation zu Grunde: Auf einem Autobahn-/Landstraßenabschnitt detektiert ein Fahrzeug (vornehmlich Lkw) eine aufkommende (Stau)Situation. Hierzu nutzt das Fahrzeug seine Sensoren, vornehmlich einen Radarsensor, der mit einer Kamera gekoppelt ist. Durch das Verhalten dieser Objekte lässt sich auf die aktuelle Verkehrssituation schließen (1) und die Einregelstrategie des eigenen Fahrzeuges kraftstoff- und ressourcenschonend adaptieren.
Die relevanten Informationen zu den Objekten 1 und 2 (v, Δv, s und a) werden vom Radarsensor direkt erfasst. Zur Plausibilitätsprüfung sollen diese Werte auch von der Kamera bestimmt werden.
Die relevanten Informationen zu den Objekten 3 bis 5 (v, Δv, s und a) können vom Radarsensor nicht mehr erfasst werden. Die Kamera soll jedoch die Abstände der Objekte zueinander (z. B. s(2 – 3)), die Abstände vom Lkw und die Differenzgeschwindigkeiten (Δv) erfassen.
Durch Detektieren der Bremslichtstatus der vorausfahrenden Fahrzeuge und in Kenntnis der jeweiligen Abstände (z. B. s(3 – 4) kann die Abbremsung (a(3) bis a(4)) berechnet werden, die notwendig wäre, das Fahrzeug auf die gleiche Geschwindigkeit, wie die des Vordermannes abzubremsen. In einer weiteren Ausführung könnte die bis zur Einhaltung eines minimalen Restabstands (vorzugsweise 3 m) benötigte Abbremsung berechnet werden.
In sofern Informationen von dem aktuellen Kraftschlusspotential vorliegen, bzw. man setzt einen mittleren Reibwert voraus, kann das oben beschriebene Berechnung der Abbremsungen zur prädiktiven Detektion von Auffahrunfällen verwendet werden. Liegt nämlich die erforderliche Abbremsung zur Einhaltung des Minimalabstandes bzw. zur Gleichsetzung der Geschwindigkeiten höher als die maximal mögliche Abbremsung, kann eine Warnung (in Form der Warnblinker oder in einer späteren Ausführung als Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation) an die nachfolgende Verkehr abgegeben werden.
Auch das eigene Fahrzeug könnte durch Kenntnis dieser potentiellen Unfallsituation entsprechend früher reagieren.
Somit lässt sich neben der komfortablen und zugleich kraftstoffsparenden Einregelung auch eine Art Unfallvermeidung und Partnerschutz realisieren.
Plausibilisierung der Objekte:
Bei den erwähnten Abständen handelt es sich um die Abstände zwischen den vorausfahrenden Fahrzeugen, also in der 1 zwischen Fahrzeug 1 und Fahrzeug 2 usw. Der Radar liefert den Abstand zwischen Fahrzeug 0 (z. B. LKW) und Fahrzeug 1, der auch zur Plausibilisierung der durch die Kamera ermittelten Entfernungen dient. Durch die Pixelauflösung der Kamera ist es möglich, eine Entfernung bzw. Abstand pro Pixel anzugeben. Dies Verdeutlicht die unten stehende Abbildung 2 (Darstellung des Sichtbereichs der Kamera und Pixelrasterung des Sichtfeldes nach Auflösung).
Mit Hilfe der Rasterung ist es möglich, Abstände und Geschwindigkeiten von vorausfahrenden Fahrzeugen zu ermitteln. Der Radarsensor kann die von der Kamera gelieferten Ergebnisse querprüfen, wodurch ein redundantes, vertrauenswürdiges Signal entsteht.
Wenn ein größeres Objekt die Sicht der Kamera verdeckt, muss das Fahrzeug mit dem Radarsensor über die herkömmliche Art die Längsregelung durchführen.
Erforderliche Verzögerung des vorausfahrenden Fahrzeugs 1:
Die aufleuchtenden Bremslichter des vorausfahrenden Fahrzeugs 1 sind ein Indiz dafür, dass das vorausfahrende Fahrzeug 1 seine Fahrt verzögert, um eine Kollision mit dem vor ihm fahrenden oder stehenden Fahrzeug 2 zu vermeiden.
Zur Berechnung wird eine konstante Abbremsung (Verzögerung) vorausgesetzt, die gerade ausreicht um die Kollision zu vermeiden. Wenn Abstand und Geschwindigkeit bekannt ist, gilt die Gleichung:
wobei

a: = Abbremsung, d. h. Verzögerung
v₁: = Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs 1 (vgl. 1)
v₂: = Geschwindigkeit des sich vor dem vorausfahrenden Fahrzeug 1 befindenden Fahrzeugs 2
s: = Abstand, in dem die Geschwindigkeitsänderung (Angleichung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 an jene des Fahrzeugs 2) eintreten muss, bspw. kann hier der effektiver Abstand zwischen den Fahrzeugen 1 und 2 herangezogen werden.

Beispiel (s. 3):
Ausgangsdaten:

v₁ = 22,78 m/s
v₂ = 20 m/s
Δv = 2,78 m/s muss durch die Bremsung abgebaut werden
s(1 – 2) = 20 m ist der Abstand zum Vordermann (Stoßstange an Stoßstange gemessen über die Kamerarasterung)

Das Aufleuchten der Bremslichter des Fahrzeugs 1 ist der Hinweis, dass Fahrzeug 1 (im Moment) nicht ausscheren wird.
Leuchten die Bremslichter, dann braucht Fahrzeug 1 mindestens eine Abbremsung von 2,6 m/s², um auf die gleiche Geschwindigkeit zu kommen wie Fahrzeug 2.
Will man einen minimalen Restabstand zum Vordermann (Mimimalabstand) vorzugsweise 5 m) einhalten, muss man mit einer Abbremsung von 3,4 m/s² rechnen.
Zusammenhang zwischen der festgestellten Abbremsung und dem Aufbau des prädiktiven Sicherheitsabstands:
Um eine kraftstoffsparende Einregelung zu realisieren, sollte der Lkw (Fahrzeug 0) nicht mit mehr als 2 m/s² verzögern. Der prädiktive Abstand, bei dem die auf 2 m/s² begrenzte Abbremsung eingeleitet werden soll, soll eine Art Offset oder Faktor zu dem normalen geschwindigkeitsabhängigen Einregelabstand eines nur das Fahrzeug 1 berücksichtigenden herkömmlichen Abstandsregelsystems darstellen, wobei die Größe des Offsets Abhängig vom Abstand s(1 – 2) ist. Je enger der Abstand (und somit der mögliche Abbremsung zur Unfallvermeidung) ist, desto größer soll der zusätzliche Abstand sein.
In einer einfachen Ausführung könnte ein Offset in Abhängigkeit des Abstandes aus einem vordefinierten Kennfeld addiert werden (s. 4).
In einer weiteren Ausprägung könnte aus der Fusion einer vom Lkw nur mit verschleißfreier Bremse durchführbare Abbremsung (a_LKW = 2 m/s²) und der ermittelten notwendigen Abbremsung des Vorausfahrenden der prädiktive Abstand berechnet werden.
Algorithmus:
Die Kombination Bremslichtstatus des vorausfahrenden Fahrzeugs 1 und Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug 0 ist notwendig, weil alleine aus dem Bremslichtstatus nur die Information entnehmbar ist, dass das vorausfahrende Fahrzeug 1 bremst, aus dem Bremslichtstatus alleine jedoch die Größe der bevorstehenden Abbremsung nicht ableitbar ist. Somit liefert der jeweilige Abstand der Vordermänner einen Hinweis, wie hoch die Abbremsung ausfallen wird.
Eine grobe Systembeschreibung, wie der Algorithmus mit den Informationen arbeiten könnte, ist in dem in 5 gezeigten Flussdiagramm dargestellt.

Claims

Verfahren zur Abstandsregelung eines Fahrzeugs (0), bei dem verzögernde Stelleingriffe in Abhängigkeit von Abstands- und Geschwindigkeitsdaten eines ersten und zweiten dem Fahrzeug (0) vorausfahrenden Fahrzeugs (1, 2) durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein in seiner Stärke auf einen vorgegebenen Verzögerungswert begrenzter verzögernder Stelleingriff eingeleitet wird, wenn festgestellt wird, dass die Bremslichter des ersten vorausfahrenden Fahrzeugs (1) aufleuchten und wenn zusätzlich festgestellt wird, dass der Abstand zwischen dem Fahrzeug (0) und dem ersten vorausfahrenden Fahrzeug (1) kleiner ist als ein situationsabhängiger Abstandsschwellwert, welcher in Abhängigkeit der Abstands- und Geschwindigkeitsdaten des ersten vorausfahrenden Fahrzeugs (1) und des diesem vorausfahrenden zweiten vorausfahrenden Fahrzeugs (2) bestimmt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Abstandsschwellwerts zunächst aus den Abstands- und Geschwindigkeitsdaten des ersten und zweiten vorausfahrenden Fahrzeugs (1, 2) eine erforderliche Mindestverzögerung prädiziert wird, mit der das erste vorausfahrende Fahrzeug (1) seine Fahrt zur Vermeidung einer Kollision mit zweiten vorausfahrenden Fahrzeug (2) verzögern müsste, dass ausgehend von der Annahme, dass das erste vorausfahrende Fahrzeug (1) seine Fahrt mit der prädizierten Mindestverzögerung verzögern wird, die Abstandsschwelle als derjenige Abstand zwischen dem Fahrzeug (0) und dem ersten vorausfahrenden Fahrzeug (1) berechnet wird, bei dem der in seiner Stärke begrenzte verzögernde Stelleingriff spätestens eingeleitet werden müsste, wenn am Ende des Verzögerungsvorgangs, insbesondere bei angeglichenen Geschwindigkeiten zwischen eigenen Fahrzeug (0) und dem ersten vorausfahrenden Fahrzeug (1), ein vorgebbarer Mindestabstand zu dem ersten vorausfahrenden Fahrzeug (1) eingehalten werden soll.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des Stelleingriffs bei Unterschreitung des Mindestabstands angehoben oder vollständig aufgehoben wird.