DE102011054340A1

DE102011054340A1 - Optimales Beschleunigungsprofil für verbesserte Kollisionsvermeidung

Info

Publication number: DE102011054340A1
Application number: DE102011054340A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Moshchuk; Shih-Ken Chen; Chad Zagorski; Aamrapali Chatterjee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: CN102452395A; CN102452395B; US20120101713A1; DE102011054340B4; US9514647B2

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen eines optimalen Kollisions-Vermeidung-Pfads für ein Hauptfahrzeug, das potentiell mit einem Zielfahrzeug kollidieren könnte. Das Verfahren beinhaltet ein Offline-Bereitstellen einer Optimierungs-Nachschlagetabelle zum Abspeichern auf dem Hauptfahrzeug, die eine Mehrzahl von optimalen Fahrzeug-Abbremsungen oder longitudinalen Geschwindigkeitsabnahmen und optimalen Abständen entlang des optimalen Pfads basierend auf einem Geschwindigkeitsbereich des Hauptfahrzeugs und einem Reibungskoeffizient einer Fahrbahnoberfläche beinhaltet. Das Verfahren ermittelt die momentane Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs und den Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche während der potentiellen Kollision und verwendet die Nachschlagetabelle zum Ermitteln der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme oder Abbremsung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Fahrzeugpfad. Das Verfahren ermittelt zudem eine optimale laterale Beschleunigung oder Lenkung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Fahrzeugpfad basierend auf einer Reibungs-Ellipse und der optimalen Abbremsung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Feld der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein System und ein Verfahren zum Ermitteln eines optimalen Fahrzeug-Pfads und, genauer, auf ein System und ein Verfahren zum Ermitteln eines optimalen Fahrzeug-Pfads für ein passende Größe an Abbremsung und Lenkung während eines Fahrzeug-Kollisionsvermeidungsmanövers, wobei die optimale Abbremsung durch Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizient bestimmt wird unter Verwendung einer zweidimensionalen Tabelle, die offline generiert wird und wobei die optimale Lenkung basierend auf der optimalen Abbremsung und einer Reibungs-Ellipse ermittelt wird.
2. Diskussion des Standes der Technik
Kollisionsvermeidungssysteme und/oder Abstandsregelsysteme (adaptive cruise control systems) sind bekannt, die eine automatische Fahrzeugsteuerung, beispielsweise eine Abbremsung, bereitstellen, falls eine potentielle oder bevorstehende Kollision mit einem anderen Fahrzeug ermittelt wird, und welche zudem eine Warnung bereitstellen können, um dem Fahrer zu ermöglichen, Gegenmaßnahmen zur Vermeidung der Kollision zu ergreifen. Beispielsweise sind Abstandsregelsysteme bekannt, die einen vorwärtsgerichteten Sensor, wie einen Radar- oder Lidar-Sensor, einsetzen, der eine automatische Geschwindigkeitssteuerung und/oder ein Abbremsen bereitstellt, falls sich das Fahrzeug einem anderen Fahrzeug nähert. Zudem sind Kollisionsvermeidungssysteme bekannt, die Sensoren verwenden, um zu ermitteln, ob eine Kollision mit einem Objekt bevorsteht, und eine Fahrzeug-Abbremsung bereitstellen, selbst falls der Fahrzeugführer das Fahrzeug steuert.
Diese Arten von Systemen verwenden typischerweise langreichweitige Sensoren, die ein enges Sichtfeld im Nahbereich des Fahrzeugs besitzen. Insbesondere gehen die Sensorsignale von einer Punktquelle an dem Fahrzeug aus und erstrecken sich in die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs, typischerweise bis zu ungefähr 150 Metern. Das Kollisionsvermeidungssystem sendet einen Radar- oder Laserstrahl vor dem Fahrzeug aus und verarbeitet Reflektionen von Objekten in dem Pfad des Fahrzeugs. Das System generiert Messungen aus den Reflektionen und schätzt die Möglichkeiten für eine Kollision ein basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, Richtung relativ zu den Objekten, Fahrbahnoberflächen-Bedingungen etc. Die Warnung kann eine optische Anzeige in dem Fahrzeug-Armaturenbrett oder in einem Head-up-Display (HUD) sein, und/oder kann eine akustische Warnung oder ein anderes haptisches Feedback-Element sein, wie beispielsweise ein Vibrieren eines Sitzes.
Bisher sind Kollisionsvermeidungssysteme typischerweise auf Systeme beschränkt, die eine automatische Abbremsung in dem Fall bereitstellen, dass der Fahrzeugfahrer nicht rechtzeitig eine Ausweichmaßnahme einleitet, um eine Kollision zu vermeiden. Jedoch können Kollisionsvermeidungssysteme dieser Art vom Bereitstellen einer kombinierten Abbremsung und Lenkung zur Vermeidung einer Kollision profitieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen eines optimalen Kollisions-Vermeidungs-Pfads für ein Hauptfahrzeug, das potentiell mit einem Zielfahrzeug kollidieren könnte, offenbart. Das Verfahren beinhaltet ein Offline-Bereitstellen einer Optimierungs-Nachschlagetabelle zur Speicherung in dem Hauptfahrzeug, die eine optimale Fahrzeug-Abbremsung oder longitudinale Geschwindigkeitsabnahme und einen optimalen Abstand entlang des optimalen Pfads basierend auf einem Geschwindigkeitsbereich des Hauptfahrzeugs und Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche beinhaltet. Das Verfahren ermittelt die momentane Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs und den Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche, auf welcher das Hauptfahrzeug während der potentiellen Kollision fährt, und verwendet die Nachschlagetabelle zum Ermitteln der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme oder Abbremsung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Fahrzeugpfad. Das Verfahren ermittelt zudem eine optimale laterale Beschleunigung oder Lenkung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Fahrzeugpfad basierend auf einer Reibungs-Ellipse und der optimalen Abbremsung.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Darstellung eines Hauptfahrzeugs, das einem Zielfahrzeug auf einer Fahrbahn folgt, unter Darstellung eines Abbrems-Abstands;
2 ist die in 1 gezeigte Darstellung, wobei ein Lenkungs-Abstand und das Hauptfahrzeug, das ein Ausweich-Lenkmanöver zur Vermeidung einer Kollision mit dem Zielfahrzeug ausführt, gezeigt sind;
3 ist eine Darstellung, die die Zeit in Sekunden für das Hauptfahrzeug zeigt, um Ausweichmanöver zur Vermeidung einer Kollision mit dem Zielfahrzeug oder einem anderen Objekt durchzuführen, für zwei unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ausführen von Ausweichmanövern in dem Hauptfahrzeug zur Vermeidung einer Kollision mit dem Zielfahrzeug darstellt;
5 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Ermittlung eines optimalen Fahrzeugpfads;
6 ist ein Diagramm, der einen Fahrzeugpfad für ein Optimales Abbrems-Profil zeigt;
7 ist ein Diagramm mit Abstand auf der horizontalen Achse und Abbremsung auf der vertikalen Achse, der eine lineare Beziehung zwischen optimaler Abbremsung und einem Abstand zur Vermeidung des Zielfahrzeugs zeigt; und
8 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Ermitteln von optimaler Abbremsung und minimalem Abstand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der auf ein System und ein Verfahren zum Definieren eines optimalen Fahrzeugpfads zum Bereitstellen der passenden Größe an Abbremsung und Lenkung für ein Kollisionsvermeidungsmanöver in einem Hauptfahrzeug gerichteten Erfindung ist lediglich exemplarischer Natur und ist in keinster Weise dazu bestimmt, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken.
Wie im Detail im Folgenden erläutert wird, schlägt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Kollisionsvermeidungssystem (ECA-System, enhanced collision avoidance) für ein Hauptfahrzeug vor, das kombiniertes automatisches Abbremsen und Lenken bereitstellt, falls eine Kollision mit einem Zielfahrzeug bevorsteht. Obwohl die Erläuterung hierin eine potentielle Kollision des Hauptfahrzeugs mit einem Zielfahrzeug betrifft, besitzt das erläuterte ECA-System eine Anwendung für eine potentielle Kollision mit jeglichem Objekt vor dem Hauptfahrzeug. Das System stellt eine Art Warnung an den Fahrer des Hauptfahrzeugs bereit, falls eine Kollision mit dem Zielfahrzeug wahrscheinlicher wird, und, falls der Fahrer keine Ausweich-Aktion unternimmt, stellt das Kollisionsvermeidungssystem automatisch entweder alleiniges Abbremsen, alleiniges Lenken oder ein kombiniertes Abbremsen und Lenken bereit. Speziell ermittelt das ECA-System Kollisions-Beurteilungslinien relativ zu einer Zeit bis zur Kollision (time to collision) basierend auf mehreren Parametern, beinhaltend Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung, Fahrzeuggewicht, Fahrbahn-Reibungskoeffizient etc., um eine optimale Abbremsung und Lenkung zur Kollisionsvermeidung bereitzustellen. Falls der Fahrer kein Kollisionsvermeidungsmanöver nach der Ausgabe eines Alarms einleitet, stellt das Kollisionsvermeidungssystem automatisch Ausweichmanöver bereit, die Abbremsen und/oder Lenken beinhalten, falls die benachbarte Fahrspur frei ist. Ein Lenkmanöver wird nur dann automatisch bereitgestellt, falls die Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs oberhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellenwertes ist.
1 ist eine Darstellung eines Hauptfahrzeugs 10, das auf einer Fahrbahn 12 fährt und einem Zielfahrzeug 14 folgt. Nachdem sich das Hauptfahrzeug 10 dem Zielfahrzeug 14 mit einer Geschwindigkeit nähert, bei welcher eine Kollision eintreten wird, falls keine Änderungen erfolgen, gibt das ECA-System akustische Warnungen an den Fahrzeugfahrer aus, Ausweichaktionen einzuleiten, und, falls keine Aktionen ausgeführt werden, initiiert das Kollisionsvermeidungssystem automatisch eine Fahrzeug-Abbremsung, solange der Abstand s von dem Objektfahrzeug 10 zu dem Zielfahrzeug 14 größer ist als ein ermittelter Abbrems-Abstand S_Abbremsen, bei welchem ein Abbremsen noch ausgeführt werden kann, um die Kollision zu vermeiden.
Falls die Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs 12 und der Abstand s zwischen dem Hauptfahrzeug 12 und dem Zielfahrzeug 14 zu gering wird, kann das Kollisionsvermeidungssystem anschließend ein automatisches Lenken bereitstellen, falls der Abstand s sich einem ermittelten Lenk-Schwellenwert s_Lenken annähert, wobei s_Lenken < s_Abbremsen. Falls der Abstand s zwischen dem Hauptfahrzeug 10 und dem Zielfahrzeug 14 basierend auf den oben genannten Parametern derartig gering ist, kann dann ein kombiniertes Abbremsen und Lenken benötigt werden. Das automatische Lenken wird nur dann bereitgestellt, falls die Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs 10 über einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt, V > V*, wobei V* 11 m/sec für Fahrbahnoberflächen mit hoher Reibung betragen kann.
3 zeigt zwei Kollisions-Beurteilungs-Linien, basierend auf einer Zeit bis zur Kollision (TTC, time to collision) mit dem Zielfahrzeug 14 zum Ermitteln, welche Aktion in dem ECA-System für zwei unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten unternommen wird. Insbesondere ist die Kollisions-Beurteilungs-Linie 20 für eine Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h von 10,8 m/sec und Kollisions-Beurteilungs-Linie 22 ist für eine Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h von 20 m/sec. Natürlich sind die im Folgenden diskutierten Werte fahrzeugabhängig derart, dass unterschiedliche Typen, Größen usw. von Fahrzeugen unterschiedliche Kollisions-Beurteilungs-Linien auf Grund ihrer Breite, Gewicht, Leistung, Handhabung etc. besitzen. Ferner ändern sich die verschiedenen Zeiten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V sich während der entsprechenden Zeitlinie als Ergebnis einer Abbremsung oder anderen Aktionen ändert. Die Zeit bis zur Kollision (TTC) ist eine nicht lineare Funktion von Abstand d zu dem Zielfahrzeug 14, Geschwindigkeit V_h des Hauptfahrzeugs 10, Geschwindigkeit V_t des Zielfahrzeugs 14, Beschleunigung A_h des Hauptfahrzeugs 10 und Beschleunigung A_t des Zielfahrzeugs 14. Die Prädiktion der Haupt- und Zielfahrzeug-Bewegung basiert auf der Annahme, dass die Hauptfahrzeug-Beschleunigung A_h und die Zielfahrzeug-Beschleunigung A_t beide in der nächsten Zeit konstant sind. Die Betätigungsverzögerung sowohl für Abbremsung und Lenkung sind beinhaltet.
Bei der Linie 24 wird ein erster Schwellenwert Th1 erreicht, an dem 90% der Fahrer ein Ausweichmanöver einleiten werden, einschließlich Abbremsung und/oder Lenkung, um eine Kollision mit dem Zielfahrzeug 14 zu vermeiden. Für die Linie 20 beträgt die Zeit bis zur Kollision ungefähr 3 Sekunden und für die Linie 22 ist die Zeit bis zur Kollision ungefähr 5 Sekunden. Bei der Linie 26 ist ein zweiter Schwellenwert Th2 erreicht, an welchem 95% der Fahrer ein abruptes Abbremsen oder Lenken einleiten, um eine Kollision mit dem Zielfahrzeug 14 zu vermeiden. Für die Linie 20 ist die Zeit bis zur Kollision ungefähr 1,8 Sekunden und für die Linie 22 ist die Zeit bis zur Kollision ungefähr 2,2 Sekunden. Das ECA-System leitet eine Art eines Alarms während dieses Zeitrahmens zwischen den Linien 24 und 26 ein, um den Fahrer zu benachrichtigen, dass eine potentielle Kollision eintreten könnte. Die Linie 28 repräsentiert die letzte Möglichkeit, die Kollision durch starkes Abbremsen zu vermeiden, und ist ungefähr 1,4 Sekunden bis zur Kollision für die Linie 20 und ungefähr 1,7 Sekunden bis zur Kollision für die Linie 22. Wenn dieser Zeitrahmen einmal überschritten ist, können ein alleiniges Lenken oder eine Kombination von Abbremsen und Lenken die Kollision verhindern. Bei der Linie 30 wird ein dritter Schwellenwert Th3 erreicht, der die letzte Möglichkeit zur Vermeidung der Kollision mittels alleinigen Lenkens darstellt. Für die Linie 20 ist die Zeit bis zur Kollision ungefähr 0,6 Sekunden zur Kollision und für die Linie 22 ist die Zeit bis zur Kollision ungefähr 0,67 Sekunden. Nachdem der dritte Schwellenwert Th3 überschritten wurde, kann nur eine kombinierte Abbremsung und Lenkung die Kollision vermeiden. Die letzte Möglichkeit zur Vermeidung der Kollision durch Bereitstellen von kombinierter Abbremsung und Lenkung ist an der Linie 32 definiert durch einen vierten Schwellenwert Th4 und ist ungefähr 0,5 Sekunden bis zur Kollision für beide der Linien 20 und 22.
4 ist ein Flussdiagramm 40, das einen Algorithmus zum Bereitstellen der oben erläuterten Abbremsung und/oder Lenkung in dem ECA-System unter Verwendung der Schwellenwerte Th1, Th2, Th3 und Th4 zeigt. Der Algorithmus startet bei Kasten 42 und basierend auf den mehreren Parametern, einschließlich der Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h, der Zielfahrzeug-Geschwindigkeit V_t, der Hauptfahrzeug-Beschleunigung A_h, der Zielfahrzeug-Beschleunigung A_t, dem Abstand d zu dem Zielfahrzeug 14 und dem Fahrbahn-Reibungskoeffizienten μ, ermittelt der Algorithmus die Schwellenwerte Th1, Th2, Th3 und Th4 bei Kasten 44. Der Algorithmus ermittelt anschließend an Entscheidungs-Raute 46, ob die Zeit bis zur Kollision mit dem Zielfahrzeug 14 geringer ist als der erste Schwellenwert Th1, und falls nicht, steigt der Algorithmus an Kasten 48 aus und kehrt dann zu dem Start-Kasten 42 zurück. Falls die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 46 geringer als der erste Schwellenwert Th1 ist, gibt der Algorithmus anschließend bei Kasten 50 eine Kollisionswarnung aus und ermittelt anschließend an Entscheidungs-Raute 52, ob die Zeit bis zur Kollision geringer ist als der zweite Schwellenwert Th2. Falls die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 52 nicht geringer als der zweite Schwellenwert Th2 ist, steigt der Algorithmus an Kasten 48 aus während immer noch die Kollisionswarnung ausgegeben wird und kehrt an den Start-Kasten 42 zurück, um das Verfahren neu zu beginnen.
Falls die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 52 geringer ist als der zweite Schwellenwert Th2, stellt der Algorithmus anschließend ein beschränktes automatisches Abbremsen an Kasten 54 bereit und ermittelt anschließend an Entscheidungs-Raute 56, ob die Zeit bis zur Kollision geringer ist als der dritte Schwellenwert Th3. Das automatische Abbremsen an dem Kasten 54 ist kein vollständiges Kollisions-Vermeidungs-Abbremsen, sondern ist ein leichtes Abbremsen, das als weitere Warnung zusätzlich zu der akustischen Warnung, die gegenwärtig ausgegeben wird, dient. Zudem stellt dieses Abbremsen etwas mehr Zeit für den Fahrer zur Verfügung, um ein Vermeidungs-Manöver einzuleiten. Falls die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 56 nicht geringer ist als der dritte Schwellenwert Th3, verlässt der Algorithmus das Verfahren an dem Ausstiegs-Kasten 48 während weiterhin das automatische Abbremsen bereitgestellt wird, wobei der Algorithmus das Kollisions-Vermeidungs-Verfahren an dem Kasten 42 wieder beginnt.
Falls die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 56 geringer ist als der dritte Schwellenwert Th3, kann anschließend eine automatische Lenkung bereitgestellt werden. Der Algorithmus ermittelt in Vorbereitung zur Bereitstellung einer automatischen Lenkung an Entscheidungs-Raute 58, ob die zu dem Zielfahrzeug 14 und dem Hauptfahrzeug 10 benachbarte Spur verfügbar ist. Falls die benachbarte Fahrspur an der Entscheidungs-Raute 58 nicht verfügbar ist, stellt der Algorithmus anschließend eine starke autonome Kollisions-Abschwächungs-Abbremsung an Kasten 60 bereit und verlässt den Algorithmus an dem Kasten 48, um zu dem Schritt des Ermittelns einer Kollisionsvermeidung an dem Start-Kasten 42 zurückzukehren. Falls die Fahrspur an der Entscheidungs-Raute 58 verfügbar ist, ist der Fahrzeug-Fahrer anschließend immer noch in der Lage, ein Lenkmanöver zur Vermeidung der Kollision bereitzustellen, bis die Zeit bis zur Kollision den vierten Schwellenwert Th4 erreicht. An Entscheidungs-Raute 62 ermittelt der Algorithmus, ob die Zeit bis zur Kollision geringer ist als der Schwellenwert Th4, was bedeutet, dass der Fahrzeug-Fahrer die Kollision immer noch durch Lenken vermeiden kann, und, falls nicht, steigt der Algorithmus an dem Kasten 48 aus und kehrt zu dem Start-Kasten 42 zurück. Falls die Spur an der Entscheidungs-Raute 58 verfügbar ist und die Zeit bis zur Kollision an der Entscheidungs-Raute 62 geringer ist als der vierte Schwellenwert Th4, ermittelt der Algorithmus anschließend an Entscheidungs-Raute 64 wiederum, ob die Spur verfügbar ist und, falls nicht, stellt er die volle autonome Kollisions-Abschwächungs-Abbremsung an dem Kasten 60 bereit. Falls die Spur an der Entscheidungs-Raute 64 verfügbar ist, veranlasst der Algorithmus anschließend das ECA-System, sowohl ein automatisches kombiniertes Lenken und Abbremsen an Kasten 66 zur Vermeidung der Kollision auszuführen.
Schwellenwert Th3 wird basierend darauf ermittelt, ob das Hauptfahrzeug 10 immer noch ein Lenkmanöver zur Vermeidung der Kollision mit dem Zielfahrzeug 14 ausführen kann. Jede geeignete Technik kann verwendet werden, um den Schwellenwert Th3 zu ermitteln, beispielsweise mittels eines Zweirad-Modells (bicycle model) zum Ermitteln des Rotationszentrums des Hauptfahrzeugs 10. Ein geeignetes Beispiel zum Ermitteln des Schwellenwerts Th3 unter Verwendung eines derartigen Zweirad-Modells kann in der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung No. 2009/0322500, Beurteilungs-Linien-Ermittlung für ein Fahrzeug-Sicherheitssystem, eingereicht am 25. Juni 2008 und dem Rechtsnachfolger dieser Anmeldung übertragen und hierin durch Referenz einbezogen, gefunden werden.
Die optimale kombinierte Abbremsungs-/Lenkungs-Beurteilungslinie zum Ermitteln des Schwellenwerts Th4 basiert auf einer Beziehung zwischen Abbremsung und Lenkung, bei der verstärkte Abbremsung verringerte Lenkung und verstärkte Lenkung verringerte Abbremsung benötigen. In einer Ausführungsform ist der Schwellenwert Th4 ermittelt durch:
wobei V_h die Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit ist, s₁ der Abstand ist, der für das Weglenkmanöver benötigt wird, A_x0 das Bremsniveau zu Beginn des Weglenkmanövers ist, Δt die Korrektur auf Grund der Aktuator-Verzögerung ist.
Um einen optimalen Lenk-Pfad in dem ECA-System für das Hauptfahrzeug 10 zur Vermeidung der Kollision während eines potentiellen Kollisionsereignisses bereitzustellen, wird eine Strategie eingesetzt für das kombinierte Abbrems- und Lenk-Kollisionsvermeidungs/-Abschwächungsmanöver, falls der Schwellenwert Th4 erreicht wurde. Auf Grund der Rechenmenge, die benötigt wird, um den optimalen Pfad des Hauptfahrzeugs 10 während des möglichen Kollisionsereignisses zu ermitteln, werden einige der Berechnungen offline ausgeführt und in einer Nachschlage-Tabelle bereitgestellt, wie im Folgenden erläutert. Die Menge der Abbremsung, die zur Vermeidung der Kollision benötigt wird, ändert sich linear bei einer Änderung der Strecke s, die von dem Hauptfahrzeug 10 zurückgelegt wird. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, offline eine Optimierung zur Verringerung der Lücke zwischen dem Hauptfahrzeug 10 und dem Zielfahrzeug 14 zur Vermeidung der Kollision zu ermitteln. Diese Offline-Optimierung generiert eine zweidimensionale Tabelle zum Bereitstellen einer optimalen Abbremsung in dem ECA-System. Die optimale Abbremsung ist typischerweise zwischen 0,2–0,4 g, abhängig von der Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h und dem Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahn. Die optimale Abbremsung wird anschließend on-line während des möglichen Kollisionsereignisses unter Verwendung der zweidimensionalen Nachschlage-Tabelle ermittelt, basierend auf der momentanen Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h und der Fahrbahnoberflächen-Reibung μ. Die optimale laterale Beschleunigung für die automatische Lenkung wird on-line basierend auf der optimalen Abbremsung und einer Reifen-Reibungs-Ellipse ermittelt.
5 ist ein Blockdiagramm eines Systems 70, das den optimalen Abbrems-/Lenkpfad des Hauptfahrzeugs 10 ermittelt, wenn das Kollisionsvermeidungs-Manöver ausgeführt wird, wenn der Schwellenwert Th4 erreicht ist. Bei Kasten 72 wird die Offline-Optimierung für die longitudinale Geschwindigkeitsverringerung (Abbremsung) A_x0 des Hauptfahrzeugs 10 generiert und wird als zweidimensionale Tabelle in einem Prozessor 74 an Bord des Fahrzeugs 10 bereitgestellt, wie im Folgenden erläutert wird.
6 ist ein Diagramm für laterale y und longitudinale x Abstände für die folgenden Erläuterungen, wobei der Schwerpunkt (CG, center of gravity) des Hauptfahrzeugs 10 an dem Ursprung 90 des Diagramms ist und der optimale Pfad für Abbremsung und Lenkung durch Kurve 92 gezeigt ist. Das Optimierungsziel der Offline-Abbrems-Ermittlung bestimmt zunächst die longitudinale Geschwindigkeitsabnahme A_x(s) und die laterale Beschleunigung bzw. Geschwindigkeitszunahme A_y(s) des Hauptfahrzeugs 10 derart, dass der Abstand X(s₁) zu dem Zielfahrzeug, der durch das Diagramm gezeigt ist, minimiert wird. Hier ist 0 ≤ s ≤ s₁. Die Gleichungen für den Schwerpunkt (CG) in der Abstand-s-Domäne sind:
Die maximale Lenkung des Hauptfahrzeugs 10 wird begrenzt durch die Saturierung der Reifen des Fahrzeugs 10. Die Bedingung für das Reifen-Saturationslimit ist gegeben durch:
Weiterhin ist die Möglichkeit, um das Zielfahrzeug 14 herumzulenken, auf der Breite w des Zielfahrzeugs 14 basiert. Die Bedingung für die Breite w des Zielfahrzeugs ist festgelegt durch: y(s₁) = w (6)
Aus diesen Offline-Ermittlungen, die die longitudinale Geschwindigkeitsabnahme A_x0 oder das Abbremsen des Hauptfahrzeugs 10 bestimmen, wird eine zweidimensionale Tabelle entwickelt, welche das geeignete Abbremsen A_x0 für einen Hauptfahrzeug-Geschwindigkeitsbereich und Fahrbahn-Reibungskoeffizienten μ festlegen und den Abstand s₁ identifiziert, der notwendig ist, um das Abbremsmanöver zu beenden und die Kollision zu vermeiden.
Wie oben diskutiert, stellt die Beziehung zwischen der Abbremsung A_x und dem Abstand s eine lineare Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V_h und des Fahrbahn-Reibungskoeffizienten μ dar. 7 ist ein Diagramm mit Abstand auf der horizontalen Achse und Abbremsung auf der vertikalen Achse, das die lineare Beziehung zwischen der Abbremsung A und dem Abstand s zeigt.
Bei Kasten 76 beinhaltet das Fahrzeug 10 Algorithmen zum Abschätzen oder Ermitteln der momentanen longitudinalen Geschwindigkeit V_x des Hauptfahrzeugs 10 und des Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahn 12. Zahlreiche Algorithmen sind im Stand der Technik bekannt, welche diese Ermittlungen bereitstellen können. Verwiesen wird beispielsweise auf US Patentanmeldung No. 12/841769, bezeichnet Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Reifen/Fahrbahn-Reibungskoeffizienten, eingereicht am 22. Juli 2010, dem Rechtsnachfolger dieser Anmeldung übertragen und hierin mittels Referenz einbezogen. Während der Bestimmung des optimalen Pfads in dem Prozessor 74 werden die Fahrzeug-Longitudinalgeschwindigkeit V_x und der Reibungskoeffizient μ an Kasten 78 von dem Abschätz-Kasten 76 eingelesen. Anschließend verwendet der Algorithmus die Nachschlage-Tabelle, um die optimale longitudinale Geschwindigkeitsabnahme (Abbremsung) A_x0 des Hauptfahrzeugs 10 für die momentanen Geschwindigkeits- und Reibungskoeffizienten-Werte an Kasten 80 zu ermitteln.
Aus der zweidimensionalen Nachschlage-Tabelle können die optimale Abbremsung A_x und Abstand s online während des Kollisions-Vermeidungs-Manövers bereitgestellt werden. 8 ist ein Blockdiagramm eines Systems 100, wobei die Hauptfahrzeug-Geschwindigkeit V_h an Kasten 102 bereitgestellt wird und der Fahrbahn-Reibungskoeffizient μ an Kasten 104 bereitgestellt wird. Diese Werte werden auf die Nachschlage-Tabelle an Kasten 106 aus der Offline-Bestimmung angewendet, um die optimale Abbremsung A. und den Abstand s für diese Werte zu erhalten. Die optimale Abbremsung A_x0 und der Abstand s₁ aus der Nachschlage-Tabelle werden durch die Breite w des Zielfahrzeugs 14 aus Kasten 108 in Knotenpunkten 110 bzw. 112 angepasst, um die gewünschte Abbremsung A_x0 an Kasten 114 und den gewünschten Abstand s₁ an Kasten 116 bereitzustellen.
Der Algorithmus verwendet anschließend die optimale Abbremsung A_x und eine Reibungs-Ellipse an Kasten 82, um die optimale laterale Beschleunigung (Lenkung) A_y des Hauptfahrzeugs 10 zu ermitteln, um den gewünschten Pfad für das Hauptfahrzeug 10 für die automatische Lenkung zur Vermeidung der Kollision bereitzustellen. Beispielsweise wird die optimale laterale Beschleunigung A_y basierend auf einer Reibungs-Ellipse 120, die in 6 gezeigt ist, ermittelt, wobei die laterale Beschleunigung A_y berechnet ist als:
Wie durch die obige Diskussion gezeigt wird, ist die parametrisierte Abbrems-Beschleunigung A_x eine Funktion der zurückgelegten Strecke s, wobei die numerische Lösung der differentiellen Bewegungsgleichung definiert ist. Aus diesem ist die optimale Abbremsung A_x(s) eine lineare Funktion der Strecke s, wobei die optimale Abbremsung mit dem Abstand abnimmt und am Ende des Weglenkmanövers verschwindet, an welchem A_x(s₁) = 0, und wobei die optimale Abbremsung von der ursprünglichen Geschwindigkeit V₀, Oberflächenreibung μ und Zielfahrzeug-Breite w abhängt.
Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt im wesentlichen exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann in der Technik wird sofort anhand dieser Diskussion und anhand der beigefügten Figuren und Ansprüche erkennen, dass unterschiedliche Änderungen, Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist und dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines optimalen Kollisions-Vermeidungs-Pfads für ein Hauptfahrzeug, das potentiell mit einem Zielfahrzeug kollidieren könnte, wobei das Verfahren aufweist: – Offline-Bereitstellen einer Optimierungs-Nachschlagetabelle zum Abspeichern auf dem Hauptfahrzeug, die eine Mehrzahl von optimalen Fahrzeug-Abbremsungen oder longitudinalen Geschwindigkeitsabnahmen und optimalen Abständen basierend auf einem Geschwindigkeitsbereich des Hauptfahrzeugs und Reibungskoeffizienten einer Fahrbahnoberfläche beinhaltet; – Ermitteln einer momentanen Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs während der potentiellen Kollision; – Ermitteln eines Reibungskoeffizienten einer Fahrbahnoberfläche, auf der das Hauptfahrzeug während der potentiellen Kollision fährt; – Ermitteln einer optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme oder Abbremsung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Pfad für die momentane Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs und den Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche, auf welcher das Hauptfahrzeug fährt, unter Verwendung der Nachschlagetabelle; – Ermitteln einer optimalen lateralen Beschleunigung oder Lenkung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Pfad; und – Bereitstellen der optimalen Abbremsung und der optimalen Lenkung für das Hauptfahrzeug, um dem optimalen Pfad zur Vermeidung der Kollision mit dem Zielfahrzeug zu folgen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme eine Reifen-Sättigungsgrenze des Hauptfahrzeugs berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Reifen-Sättigungsgrenze basiert ist auf der Gleichung:
wobei A_x die longitudinale Beschleunigung und A_y die laterale Geschwindigkeitsabnahme ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme ein Verwenden einer Breite des Zielfahrzeuges beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der optimalen lateralen Beschleunigung ein Verwenden einer Reibungs-Ellipse und der optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln der optimalen lateralen Beschleunigung die Gleichung verwendet:
wobei A_x die longitudinale Geschwindigkeitsabnahme und A_y die laterale Beschleunigung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis zwischen der optimalen Fahrzeug-Abbremsung und dem optimalen Abstand ein lineares Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen der optimalen Abbremsung und der optimalen Lenkung ein Bereitstellen von optimaler Abbremsung und Lenkung beinhaltet, bei der die beinhaltet verringert ist bei erhöhter Abbremsung und die Abbremsung verringert ist bei erhöhter Lenkung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die optimale Abbremsung zwischen 0,2 und 0,4 g ist.
System zum Bereitstellen eines optimalen Kollisions-Vermeidungspfads für ein Hauptfahrzeug, das potentiell mit einem Zielfahrzeug kollidieren könnte, wobei das System aufweist: – Mittel zum Offline-Bereitstellen einer Optimierungs-Nachschlagetabelle zum Abspeichern auf dem Hauptfahrzeug, die eine Mehrzahl von optimalen Fahrzeug-Abbremsungen oder longitudinalen Geschwindigkeitsabnahmen und optimalen Abständen entlang des Pfads basierend auf einem Geschwindigkeitsbereich des Hauptfahrzeugs und Reibungskoeffizienten einer Fahrbahnoberfläche beinhaltet; – Mittel zum Ermitteln einer momentanen Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs während der potentiellen Kollision; – Mittel zum Ermitteln eines Reibungskoeffizienten einer Fahrbahnoberfläche, auf der das Hauptfahrzeug während der potentiellen Kollision fährt; – Mittel zum Ermitteln einer optimalen longitudinalen Geschwindigkeitsabnahme oder Abbremsung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Pfad für die momentane Geschwindigkeit des Hauptfahrzeugs und Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche unter Verwendung der Nachschlage-Tabelle; – Mittel zum Ermitteln einer optimalen lateralen Beschleunigung oder Lenkung des Hauptfahrzeugs für den optimalen Pfad; und – Mittel zum Bereitstellen der optimalen Abbremsung und der optimalen Lenkung des Hauptfahrzeugs, um dem optimalen Pfad zu folgen und die Kollision mit dem Zielfahrzeug zu vermeiden.