DE102010045694A1

DE102010045694A1 - Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen

Info

Publication number: DE102010045694A1
Application number: DE102010045694A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bonnet Christophe; Dr. Dipl.-Ing. Fritz Hans; Dr.-Ing. Desens Jens
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs (1) mit Hindernissen (2), wobei ein aktueller Lenkwinkel, eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Fahrzeugumgebung (U) erfasst werden. Erfindungsgemäß werden bei Unterschreitung einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit der aktuelle Lenkwinkel, die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugumgebung (U) automatisch erfasst und einer Simulation oder Situationsbewertung zugrunde gelegt, anhand derer ermittelt wird, ob innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne bei Beibehaltung des aktuellen Lenkwinkels, der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung und/oder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Kollision des Fahrzeugs (1) mit zumindest einem in der Fahrzeugumgebung (U) erfassten Hindernis (2) droht. Bei drohender Kollisionsgefahr wird die Simulation oder Situationsbewertung mit variiertem Lenkwinkelwert wiederholt, bis ein Solllenkwinkel ermittelt wird, mit dem eine kollisionsfreie Fahrt möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In der DE 101 28 792 A1 wird ein System zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen beschrieben. Dabei werden von Sensoren am Fahrzeug Bereiche der räumlichen Umgebung des Fahrzeugs erfasst und deren Signale von einer Datenverarbeitungseinrichtung für eine Berechnung des vorhandenen hindernisfreien Fahrraums ausgewertet. Andere Sensoren erfassen zusätzlich die Lage und Position aller beweglichen Fahrzeugteile (z. B. Anhänger) sowie dynamische Parameter der aktuellen Fahrsituation (z. B. Geschwindigkeit, Lenkwinkel usw.). Aus diesen Daten wird über die Datenverarbeitungseinrichtung der bei Fortsetzung der Fahrt in den nächsten Zeitabschnitten benötigte Fahrraum vorausberechnet und mit dem erfassten tatsächlich vorhandenen hindernisfreien Fahrraum verglichen. Dieser Vergleich liefert eine frühzeitige Vorhersage einer möglichen Kollision. Der Fahrer wird durch entsprechende Warneinrichtungen auf die Kollisionsgefahr hingewiesen und kann so rechtzeitig reagieren. In kritischen Situationen (z. B. bei höherer Fahrgeschwindigkeit) können zur Unterstützung des Fahrers über die Datenverarbeitungseinrichtung auch direkte Eingriffe in die Fahrzeugsteuerung erfolgen.
Des Weiteren sind im Stand der Technik so genannte Einparkassistenzsysteme bekannt, welche ein Fahrzeug weitgehend automatisch und ohne unmittelbares Eingreifen des Fahrers in Parkbuchten oder Parklücken einparken, wobei eine Größe der Parkbucht oder der Parklücke vor Beginn des Einparkvorgangs überprüft wird.
Aus der DE 10 2005 008 875 B4 ist ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Fahrzeugs beim Anfahren einer Zielposition bekannt, bei dem dem Fahrer haptisch rückgemeldet wird, ob das Fahrzeug sich entlang einer vorab ermittelten Solltrajektorie zur Zielposition bewegt. Dabei wird über veränderliche Rückstellkräfte am Lenkrad signalisiert, ob sich das Fahrzeug entlang der Solltrajektorie bewegt, indem ein zur Betätigung des Lenkrades erforderliches Lenkmoment zunehmend größer wird, je weiter sich das Fahrzeug von der Solltrajektorie entfernt. Dem Fahrer wird damit das Gefühl vermittelt, dass er in einer entlang der Solltrajektorie verlaufenden Rinne fahren würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere effizienteres, leichter und intuitiver anwendbares Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beim Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen werden ein aktueller Lenkwinkel, eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Fahrzeugumgebung erfasst. Erfindungsgemäß werden bei Unterschreitung einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit der aktuelle Lenkwinkel, die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugumgebung automatisch erfasst und einer Simulation oder Situationsbewertung zugrunde gelegt, anhand derer ermittelt wird, ob innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne bei Beibehaltung des aktuellen Lenkwinkels, der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung und/oder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Kollision des Fahrzeugs mit zumindest einem in der Fahrzeugumgebung erfassten Hindernis droht.
Bei Feststellung einer drohenden Kollisionsgefahr wird die Simulation auf Grundlage eines im Vergleich zum aktuellen Lenkwinkel variierten Lenkwinkels wiederholt, bis ein Solllenkwinkel ermittelt wird, mittels dessen eine kollisionsfreie Fahrt ermöglicht wird, wobei der Fahrer des Fahrzeugs mittels einer Lenkempfehlung und/oder einer Geschwindigkeitsempfehlung vor einer drohenden Kollisionsgefahr mit einem erfassten Hindernis gewarnt und auf eine kollisionsfreie Streckenempfehlung hingewiesen wird.
Dadurch wird eine besonders wirkungsvolle Unterstützung des Fahrers bei komplizierten Rangier- und/oder Einparkmanövern, beispielsweise in engen Parkhäusern oder Garagen, ermöglicht.
Alternativ zur Voraussimulation kann bei einfachen Fahrsituationen durch eine Situationsbewertung auch eine geschlossene Lösung (analytische Gleichung) für einen kollisionsfreien Pfad ermittelt werden und hieraus können Lenk- und Geschwindigkeitsempfehlungen abgeleitet werden.
Die Lenkempfehlung und die Geschwindigkeitsempfehlung sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie vom Fahrer intuitiv befolgt werden. Vorteilhafterweise wird die Lenkempfehlung als ein auf die Lenkanlage des Fahrzeugs wirkendes Zusatzlenkmoment derart ausgegeben, dass der Fahrer beim Abweichen von der Lenkempfehlung mit zunehmender Abweichung einen zunehmenden Lenkwiderstand fühlt. Dem Fahrer wird somit über das Zusatzlenkmoment das Gefühlt vermittelt wird, er würde in einer Rinne fahren, deren Verlauf der Lenkempfehlung entspricht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können somit herkömmliche akustische Warnungen bei Annäherung an ein Hindernis entfallen oder zumindest zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Zweckmäßigerweise sind die Lenkempfehlung und die Geschwindigkeitsempfehlung jederzeit vom Fahrer übersteuerbar. Insbesondere wird die Lenkempfehlung oder ein zur Rückmeldung der Lenkempfehlung auf die Lenkanlage des Fahrzeugs aufgebrachtes Zusatzlenkmoment deaktiviert oder abgeschaltet, wenn mindestens eine der folgenden Abschaltbedingungen erfüllt ist:

– Die Abweichung zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Solllenkwinkel ist beim Lenken in Richtung des Solllenkwinkels groß. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Solllenkwinkel bei gleichem Vorzeichen dieser Winkel einen oberen Grenzwert übersteigt.
– Der Fahrer führt eine schnelle Lenkradbetätigung durch. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt.
– Der Fahrer lenkt stark gegen die Lenkempfehlung. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn ein vom Fahrer auf das Lenkrad entgegen der Lenkempfehlung aufgebrachtes Fahrerlenkmoment betragsmäßig einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt.
– Der Fahrer lenkt heftig gegen die Lenkempfehlung. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Gradient eines vom Fahrer auf das Lenkrad (5) entgegen der Lenkempfehlung aufgebrachten Fahrerlenkmoments betragsmäßig einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt.

Besonders zweckmäßigerweise wird das Verfahren unterhalb einer vorgebbaren Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch aktiviert, wodurch der Fahrer bei jeder Langsamfahrt auf drohende Kollisionen hingewiesen wird.
Zur Durchführung des Verfahrens sind vorteilhafterweise keine zusätzlichen Informationen über eine Fahrerabsicht bezüglich der zukünftigen Fahrtstrecke erforderlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug und ein Hindernis sowie mehrere Fahrzeugtrajektorien, wobei eine Differenz zwischen aktuellem Lenkwinkel und Solllenkwinkel unterhalb eines oberen Grenzwerts liegt und
2 schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug und ein Hindernis sowie mehrere Fahrzeugtrajektorien, wobei eine Differenz zwischen aktuellem Lenkwinkel und Solllenkwinkel über einem oberen Grenzwert liegt.
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Fahrzeug 1 in Draufsicht dargestellt, welches sich auf einer Fahrzeugtrajektorie A mit Kollisionskurs auf das Hindernis 2 zubewegt. Am oder im Fahrzeug 1 ist zumindest ein herkömmlicher Sensor 3 derart angeordnet, dass eine Fahrzeugumgebung U des Fahrzeugs 1 allseitig erfassbar ist.
Der Sensor 3 ist beispielsweise als herkömmlicher Ultraschallsensor und/oder herkömmliche omnidirektionale Kamera ausgebildet.
Der Sensor 3 ist elektrisch mit einer Steuereinheit 4 gekoppelt.
Im Fahrzeug 1 ist ein herkömmliches Lenkrad 5 angeordnet, welches mit Mitteln 6 gekoppelt ist, die ein Aufschalten eines additiven Lenkmoments auf das Lenkrad 5 ermöglichen. Die Mittel 6 sind mit der Steuereinheit 4 gekoppelt und mittels dieser steuer- und/oder regelbar.
Nicht dargestellt werden der Steuereinheit 4 Informationen über einen aktuellen Lenkwinkel, eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung und eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit zugeführt.
Der Betrieb des Verfahrens wird bei Unterschreiten einer vorgebbaren Fahrzeuggeschwindigkeit, beispielsweise 18 km/h, automatisch gestartet. Die Steuereinheit 4 erfasst mittels des Sensors 3 die Fahrzeugumgebung U und detektiert Hindernisse 2.
Ausgehend vom aktuellen Lenkwinkel wird mittels der Steuereinheit 4 simuliert, wo sich das Fahrzeug 1 nach einem vorgebbaren Zeitintervall befinden wird, wenn der aktuelle Lenkwinkel und die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung oder alternativ der aktuelle Lenkwinkel und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unverändert bleiben. Dieses vorgebbare Zeitintervall umfasst beispielsweise eine Zeitspanne von zwei oder drei Sekunden.
Wird mittels der Simulation festgestellt, dass die voraussimulierte Fahrzeugposition mit einem erfassten Hindernis 2 kollidiert, also bei Weiterfahrt mit unverändertem Lenkwinkel eine Kollision des Fahrzeugs 1 mit zumindest einem in der Fahrzeugumgebung U erfassten Hindernis 2 droht, wird die Simulation mit einem variierten Lenkwinkel erneut durchgeführt. Dabei wird die Simulation so oft wiederholt und der Lenkwinkel so lange variiert, bis die damit realisierbare Fahrzeugtrajektorie B kollisionsfrei bleibt. Der zu dieser kollisionsfreien Fahrzeugtrajektorie B zugehörige Lenkwinkel wird als Solllenkwinkel bezeichnet.
Bei einfachen Fahrsituationen kann an Stelle der Voraussimulation durch eine Situationsbewertung auch eine geschlossene Lösung für einen kollisionsfreien Pfad ermittelt werden und hieraus der Soll-Lenkwinkel abgeleitet werden.
Der Fahrer des Fahrzeugs 1 wird mittels einer Lenkempfehlung und/oder einer Geschwindigkeitsempfehlung vor der drohenden Kollisionsgefahr mit dem erfassten Hindernis 2 gewarnt und auf eine kollisionsfreie Streckenempfehlung hingewiesen.
Die Lenkempfehlung erfolgt durch das Aufschalten des in Richtung des Solllenkwinkels und somit fahrtrichtungsabhängig wirkenden additiven Lenkmoments auf das Lenkrad 5 des Fahrzeugs 1.
Ein Wert des additiven Lenkmoments wird von der Steuereinheit 4 in Abhängigkeit einer Differenz zwischen aktuellem und Solllenkwinkel ermittelt. Der Wert des additiven Lenkmoments ist zusätzlich abhängig vom aktuellen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 1, d. h. abhängig von der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das additive Lenkmoment reicht in der Regel nicht aus, um das Fahrzeug ohne Mithilfe des Fahrers am Hindernis 2 vorbei zu lenken. Das additive Lenkmoment soll den Fahrer haptisch warnen und eine Lenkempfehlung vermitteln. Lenkt der Fahrer in Richtung der kollisionsfreien Fahrzeugtrajektorie B, ist die Lenkbewegung erleichtert. Lenkt der Fahrer in die Gegenrichtung, ist die Lenkbewegung erschwert.
Führt der Fahrer eine von der Lenkempfehlung abweichende Lenkbewegung aus und übersteigt das Fahrerlenkmoment einen vorgebbaren Schwellwert, wird das additive Lenkmoment abgeschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Abschaltung auch dann erfolgen, wenn der Gradient des Fahrerlenkmoments und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit jeweils einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.
Wenn die Differenz zwischen aktuellem und Solllenkwinkel einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt, wie in 2 dargestellt, wird das additive Lenkmoment abgeschaltet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Fahrer zusätzlich zur Lenkempfehlung mit einer Geschwindigkeitsempfehlung vor der drohenden Kollisionsgefahr gewarnt und/oder unterstützt werden, eine Kollision zu vermeiden.
In Abhängigkeit des Abstands zwischen Fahrzeug 1 und Hindernis 2 wird von der Steuereinheit 4 eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit, auch als Sollgeschwindigkeit bezeichnet, ermittelt, die das Fahrzeug 1 zum aktuellen Zeitpunkt nicht überschreiten sollte, um sicher vor dem Hindernis 2 anzuhalten.
Der Fahrer kann unabhängig von einer Stärke der Fahrpedalbetätigung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 nur bis zu dieser Sollgeschwindigkeit erhöhen. Fährt das Fahrzeug 1 schneller als die Sollgeschwindigkeit, wird eine Fahrpedalbetätigung zur weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit ignoriert.
Ist das Fahrzeug 1 mit einem haptischen aktiven Fahrpedal ausgestattet, kann die zum Halten der Sollgeschwindigkeit benötigte Fahrpedalstellung durch Erhöhung einer Betätigungswiderstandskraft am Fahrpedal dem Fahrer rückgemeldet werden.
Die ermittelte Sollgeschwindigkeit verringert sich mit sinkendem Abstand zwischen Fahrzeug 1 und Hindernis 2. Dadurch wird erreicht, dass das Fahrzeug 1 langsamer wird.
Zusätzlich kann die Sollgeschwindigkeit mittels einer Aktuierung einer Bremsanlage des Fahrzeugs 1 durch die Steuereinheit 4 aktiv eingestellt werden, wenn der Fahrer das Fahrpedal nicht berührt.
Durch die Begrenzung der Geschwindigkeit auf die Sollgeschwindigkeit wird vorteilhafterweise eine Annäherung des Fahrzeugs 1 an ein Hindernis 2, beispielsweise eine Parkhauswand, erleichtert.
Wenn sich das Fahrzeug 1 im Stillstand befindet, wird ein Anfahren gegen ein Hindernis 2 erschwert oder verhindert, indem die Sollgeschwindigkeit auf einen Wert von Null eingestellt wird.
Durch eine Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs 1 über einen vorgebbaren Grenzwert der Fahrpedalauslenkung hinaus kann die Begrenzung der aktuellen Geschwindigkeit auf die Sollgeschwindigkeit abgeschaltet werden. Alternativ kann die Abschaltung auch durch die Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwerts der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Hindernis
3: Sensor
4: Steuereinheit
5: Lenkrad
6: Mittel
A, B: Fahrzeugtrajektorie
U: Fahrzeugumgebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10128792 A1 [0002]
DE 102005008875 B4 [0004]

Claims

Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs (1) mit Hindernissen (2), wobei ein aktueller Lenkwinkel, eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Fahrzeugumgebung (U) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit der aktuelle Lenkwinkel, die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugumgebung (U) automatisch erfasst werden und einer Simulation oder Situationsbewertung zugrunde gelegt werden, anhand derer ermittelt wird, ob innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne bei Beibehaltung des aktuellen Lenkwinkels, der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung und/oder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Kollision des Fahrzeugs (1) mit zumindest einem in der Fahrzeugumgebung (U) erfassten Hindernis (2) droht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer drohenden Kollisionsgefahr die Simulation oder Situationsbewertung auf Grundlage eines im Vergleich zum aktuellen Lenkwinkel variierten Lenkwinkels wiederholt wird, bis ein Solllenkwinkel ermittelt wird, mittels dessen eine kollisionsfreie Fahrt ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer des Fahrzeugs (1) mittels einer Lenkempfehlung und/oder einer Geschwindigkeitsempfehlung vor einer drohenden Kollisionsgefahr mit einem erfassten Hindernis (2) gewarnt und auf eine kollisionsfreie Streckenempfehlung hingewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lenkempfehlung ein in Richtung des Solllenkwinkels fahrtrichtungsabhängig wirkendes additives Lenkmoment auf ein Lenkrad (5) des Fahrzeugs (1) aufgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert des additiven Lenkmoments in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen aktuellem Lenkwinkel und Solllenkwinkel und/oder aktueller Fahrzeugbeschleunigung und aktueller Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Lenkmoment abgeschaltet wird oder die Lenkempfehlung unterdrückt wird, wenn mindestens eine der folgenden Abschaltbedingungen erfüllt ist: – die Differenz zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Solllenkwinkel ist beim Lenken in Solllenkwinkelrichtung betragsmäßig groß, – der Fahrer führt eine schnelle Lenkradbetätigung durch, – der Fahrer lenkt stark gegen die Lenkempfehlung, – der Fahrer lenkt heftig gegen die Lenkempfehlung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Geschwindigkeitsempfehlung eine Begrenzung der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) auf eine in Abhängigkeit des in der Fahrzeugumgebung (U) erfassten Hindernisses (2) ermittelte Sollgeschwindigkeit eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit über die Sollgeschwindigkeit führende Betätigung eines Fahrpedals des Fahrzeugs (1) ignoriert wird und/oder dass die Sollgeschwindigkeit dem Fahrer durch Einstellung einer am Fahrpedal wirkenden Betätigungswiderstandskraft rückgemeldet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgeschwindigkeit mittels einer Aktuierung einer Bremsanlage des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der aktuellen Geschwindigkeit auf die Sollgeschwindigkeit abgeschaltet wird, wenn das Fahrpedal des Fahrzeugs (1) über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus und/oder mit einer einen Schwellwert übersteigenden Betätigungsgeschwindigkeit betätigt wird.