DE102012010130A1 - Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerteneines Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung eines dynamischen Abstandsgrenzwerts - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerteneines Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung eines dynamischen Abstandsgrenzwerts Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerten (γ) eines Kraftfahrzeuges (F). Für die Ermittelung werden nur Objekte in einer Umgebung des Kraftfahrzeuges (F) innerhalb eines Abstandsgrenzwerts (dgrenz) berücksichtigt. Den Objektpunkten (O') sind jeweils Ortskoordinaten (xp, yp) zugeordnet. Die ermittelten Lenkwinkelbereiche stellen den Wertebereich von Lenkwinkeln (γ) dar, die, wenn sie am Kraftfahrzeug (F) eingestellt werden, voraussichtlich zu einer Kollision führen. Es umfasst die Schritte: a) Ermitteln eines Abstandsgrenzwerts (dgrenz) anhand einer Bestimmungsvorschrift, b) Auswählen von Objektpunkten (O'), die sich innerhalb des Abstandsgrenzwertes (dgrenz) um das Kraftfahrzeug befinden, c) Ermitteln eines Lenkwinkelpaares für jeden Objektpunkt (O') entsprechend den Lenkwinkeln (γ), zur Einstellung einer Trajektorie (TP2, TP4), die durch die zwei Kraftfahrzeug-Referenzpunkte (P2, P4), die dem jeweiligen Objektpunkt (O') zugeordnet sind und den Objektpunkt (O') verläuft, und d) Ermitteln des gesamten kollisionsgefährdenden Lenkwinkelbereichs, indem die für jeden einzelnen Objektpunkt (O') ermittelten Lenkwinkelbereiche überlagert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerten eines Kraftfahrzeuges.
  • Die unveröffentlichte Patentanmeldung der Anmelderin mit DE 10 2011 100 615.3 beschreibt ein Verfahren zur Bereitstellung von Informationen über kollisionsgefährliche Lenkwinkelwerte eines Fahrzeugs. Dabei werden Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erfasst und als Reihe von Objektpunkten mit jeweils zugeordneten Ortskoordinaten (xp, yp) dargestellt. Für die Ermittlung der zu vermeidenden Lenkwinkelbereiche wird die Umgebung des Fahrzeugs in verschiedene Umgebungsbereiche aufgeteilt. Jedem dieser Umgebungsbereiche werden zwei Fahrzeug-Referenzpunkte zugeordnet, wobei die Fahrzeug-Referenzpunkte kollisionsgefährdete Bereiche des Fahrzeugs markieren, wenn das Fahrzeug sich einem im jeweiligen Umgebungsbereich befindenden Objekt nähert.
  • Die mit einer Umgebungserfassungseinrichtung erfassten Objekte werden als Reihe von Objektpunkten mit jeweils zugeordneten Ortskoordinaten dargestellt. Für jeden erfassten Objektpunkt wird festgestellt, in welchem der Umgebungsbereiche er sich befindet und die diesem Umgebungsbereich zugeordneten Fahrzeug-Referenzpunkte werden dem jeweiligen Objekt als maßgebliche Referenzpunkte zugeordnet.
  • Für einen ausgewählten Objektpunkt werden zwei Lenkwinkelwerte ermittelt, die jeweils dem Lenkwinkel entsprechen, der am Lenkrad eingestellt werden muss, um für die maßgeblichen Referenzpunkte des ausgewählten Objektpunktes jeweils eine durch den ausgewählten Objektpunkt hindurchgehende Trajektorie zu erhalten. Der Bereich zwischen den so ermittelten Lenkwinkelwertepaaren stellt den Lenkwinkelbereich dar, der voraussichtlich vermieden werden muss, wenn eine Kollision mit dem ausgewählten Objekt vermieden werden soll.
  • Wenn nun für jeden der erfassten Objektpunkte die entsprechenden Lenkwinkelpaare ermittelt werden, kann der insgesamt zu vermeidende Lenkwinkelbereich ermittelt werden, indem die für jeden einzelnen Objektpunkt ermittelten Lenkwinkelbereiche überlagert werden. Auf diese Weise lässt sich auf einfache Weise feststellen, ob der Fahrer am Fahrzeug einen Lenkwinkel eingestellt hat, der bei Fortsetzung der Fahrt zu einer Kollision führen könnte.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerten eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, das das Ermitteln von nicht kollisionsgefährdenden Lenkwinkeln in Fahrsituationen, auch in dynamischen Fahrsituationen, des Kraftfahrzeuges ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerten eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Das Verfahren basiert auf der Ermittlung von Lenkwinkelwerten, die am Lenkrad eines Fahrzeugs zur Vermeidung von Kollisionen möglichst nicht eingestellt werden sollten. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs einen zu vermeidenden Lenkwinkel einstellt, kann eine entsprechende Rückmeldung (optisch, haptisch, akustisch) an den Fahrer ausgegeben werden, um ihn vor der drohenden Kollision zu warnen, oder ein der Kollision entgegenwirkender Systemeingriff, beispielsweise ein Lenkeingriff, ausgelöst werden. Das Verfahren eignet sich bestens zur Unterstützung des Fahrers beim Abfahren einer kollisionsfreien Trajektorie während des Rangierens, Parkens oder beim Durchfahren von Engstellen.
  • Erfindungsgemäß ist es möglich, dass lediglich Hindernisse berücksichtigt werden, die sich in einem ggf. dynamisch veränderbaren Bereich befinden. Hierzu wird ein Abstandsgrenzwert definiert, der mittels einer Bestimmungsvorschrift bestimmt wird.
  • In der Erfindung werden nur die Hindernisse berücksichtigt, die tatsächlich relevant sind, d. h. mit denen das Fahrzeug während einer vorgegebenen (kurzen) Zeitdauer ab dem aktuellen Zeitpunkt kollidieren könnte. Davon ausgehend wird ein Abstandsgrenzwert ermittelt, welcher sich als der Weg interpretieren lassen kann, der das Fahrzeug in einer vorgegebenen Zeitdauer fahren würde.
  • Anschließend wird der Abstand der erfassten Objektpunkte vom Kraftfahrzeug ermittelt und die ermittelten Abstände mit dem anhand der Bestimmungsvorschrift bestimmten Abstandsgrenzwert verglichen.
  • Im Folgenden werden jene erfassten Objektpunkte für die weitere Nutzung im Verfahren ausgewählt, deren Abstand zum Kraftfahrzeug den Abstandsgrenzwert unterschreitet. Es handelt sich dabei um ein einfaches, robustes und schnelles Verfahren. Alternativ könnte die Fahrzeugbewegung anhand einfacher Bewegungsmodelle berechnet werden, was aber deutlich zeitaufwändiger und rechenintensiver ist.
  • Das erläuterte Verfahren wird daran anschließend mit den ausgewählten Objektpunkten weiter durchgeführt.
  • Gemäß der Bestimmungsvorschrift kann der Abstandsgrenzwert von aktuellen Daten zur Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges abhängen. So werden etwa Daten zur Geschwindigkeit und zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zur Bestimmung heran gezogen. Der Abstandsgrenzwert wird mit dgrenz bezeichnet und kann bei Einbeziehung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, die mit v0 bezeichnet wird, in der Bestimmungsvorschrift wie folgt definiert sein: dgrenz = dmin + v0·t und unter Einbeziehung der aktuellen Geschwindigkeit sowie der aktuellen Beschleunigung a0 des Kraftfahrzeuges folgendermaßen:
    Figure 00030001
  • Dabei bezeichnen:
    • dmin
    eine Konstante,
    t
    eine Zeit.
  • Bedingt durch die Bestimmungsvorschrift, wird der Abstandsgrenzwert von den aktuellen Daten zur Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges wie folgt beeinflusst:
    Der Abstandsgrenzwert wird erhöht bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder positiver Beschleunigung bzw. wird verringert bei negativer Beschleunigung, das heißt „Verzögerung”.
  • Alternativ kann der Abstandsgrenzwert auch eine Konstante sein.
  • Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Verfahrens.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Aufteilung der Kraftfahrzeugumgebung in verschiedene Umgebungsbereiche,
  • 2 Kraftfahrzeug-Referenzpunkte, die den verschiedenen Umgebungsbereichen aus 1 zugeordnet werden,
  • 3 ein Beispiel für die Zuordnung von Kraftfahrzeug-Referenzpunkten zu einem Objektpunkt eines erfassten Objekts und der Abstandsgrenzwerte,
  • 4 ein Beispiel für die Zuordnung von Kraftfahrzeug-Referenzpunkten zu einem Objektpunkt eines erfassten Objekts,
  • 5 eine Skizze zur Darstellung der Berechnung eines Lenkwinkels,
  • 6 eine Skizze zur Darstellung der Berechung des Mittelpunktes einer kreisförmigen Trajektorie.
  • Gemäß 1 wird die Umgebung des Kraftfahrzeuges F in verschiedene Umgebungsbereiche aufgeteilt, etwa in einen rechten hinteren Seitenbereich I, in einen rechten vorderen Seitenbereich II, in einen mittleren Vorderbereich III, in einen linken vorderen Seitenbereich IV und in einen linken hinteren Seitenbereich V.
  • Jedem dieser Umgebungsbereiche I bis V werden zwei Kraftfahrzeug-Referenzpunkte P1 bis P6 zugeordnet, wobei die Kraftfahrzeug-Referenzpunkte P1 bis P6 kollisionsgefährdete Bereiche des Kraftfahrzeuges F markieren, wenn das Kraftfahrzeug F sich einem im jeweiligen Umgebungsbereich I bis V befindenden Objekt nähert.
  • Die Zuordnung erfolgt dabei gemäß der folgenden Tabelle und entsprechend der Darstellung in 1 und 2.
    Umgebungsbereich erster Kraftfahrzeug-Referenzpunkt zweiter Kraftfahrzeug-Referenzpunkt
    I P1: rechter hinterer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges P2: rechter Hinterachspunkt des Kraftfahrzeuges
    II P2: rechter Hinterachspunkt des Kraftfahrzeuges P4: linker vorderer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges
    III P3: rechter vorderer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges P4: linker vorderer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges
    IV P3: rechter vorderer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges P5: linker Hinterachspunkt des Kraftfahrzeuges
    V P6: linker hinterer Eckpunkt des Kraftfahrzeuges P5: linker Hinterachspunkt des Kraftfahrzeuges
  • Die mit einer Umgebungserfassungseinrichtung erfassten Objekte werden als Reihe von Objektpunkten O mit jeweils zugeordneten Ortskoordinaten xp, yp dargestellt, was in 3 zu erkennen ist.
  • Es wird ein Abstandsgrenzwert dgrenz definiert, der mittels einer Bestimmungsvorschrift bestimmt wird. Der Abstandsgrenzwert dgrenz kann von Daten zur Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges, wie der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung, abhängen, was dazu führt, dass der Abstandsgrenzwert dgrenz bei kleinen Geschwindigkeiten und/oder beim Bremsvorgang klein ist, bezeichnet mit dgrenz', und bei großen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungsvorgang groß ist, bezeichnet mit dgrenz''. Anschließend wird der Abstand der erfassten Objektpunkte O vom Kraftfahrzeug F ermittelt und die ermittelten Abstände mit dem anhand der Bestimmungsvorschrift bestimmten Abstandsgrenzwert dgrenz verglichen.
  • Im Folgenden werden jene erfassten Objektpunkte O für die weitere Nutzung im Verfahren als Objektpunkte O' ausgewählt, deren Abstand zum Kraftfahrzeug den Abstandsgrenzwert dgrenz unterschreitet. Dies führt dazu, dass Objekte in relativ großer Entfernung zum Kraftfahrzeug etwa bei kleinen Geschwindigkeiten und/oder wenn ein Bremsvorgang eingeleitet wurde nicht weiter „beachtet” werden, da das Kraftfahrzeug entweder vor dem Objekt zum stehen kommt oder dem Fahrer noch hinreichend Reaktionszeit bleibt. Das Objekt O, das sich im Abstand
    Figure 00060001
    vom Kraftfahrzeug befindet, wird demnach unter Verwendung des Abstandsgrenzwertes dgrenz'' im Verfahren berücksichtigt und unter Verwendung von dgrenz' nicht. Dies ist vorteilhaft, da sehr weit entfernte Objektpunkte bei einem sich langsam bewegenden Kraftfahrzeug unter Umständen nicht relevant sind, da das Kraftfahrzeug vor dem Objekt anhält.
  • Für jeden ausgewählten Objektpunkt O' wird festgestellt, in welchem der Umgebungsbereiche I bis V er sich befindet und die diesem Umgebungsbereich zugeordneten Kraftfahrzeug-Referenzpunkte werden als maßgebliche Referenzpunkte für den jeweiligen Objektpunkt ausgewählt, siehe dazu 1, 2, 4.
  • Bei dem in 4 gezeigten Beispiel befindet sich ein Objektpunkt O' im Umgebungsbereich II. Demnach werden gemäß der obigen Tabelle die Kraftfahrzeug-Referenzpunkte P2 und P4 als maßgebliche Referenzpunkte ausgewählt. Für den Objektpunkt O' wird ermittelt, welcher Lenkwinkel γP2 am Lenkrad eingestellt werden muss, um für den maßgeblichen Referenzpunkt P2 eine Trajektorie TP2 zu erhalten, die durch den Objektpunkt O' verläuft. Ebenso wird ermittelt, welcher Lenkwinkel γP4 am Lenkrad eingestellt werden muss, um für den anderen maßgeblichen Referenzpunkt P4 eine Trajektorie TP4 zu erhalten, die ebenfalls durch den Objektpunkt O' verläuft.
  • Die Berechnung des zum jeweiligen Referenzpunkt P2 bzw. P4 zugehörigen Lenkwinkels erfolgt anhand eines Einspurmodells des Kraftfahrzeuges (Ackermannmodell) unter der Annahme, dass der Seitenschlupf und der Schräglaufwinkel aufgrund der geringen Fahrgeschwindigkeit vernachlässigbar sind. Die Trajektorien TP2, TP4 der Referenzpunkte P2, P4 sind dann Kreisbögen und als Lenkwinkel γ erhält man somit gemäß 5 die Gleichung
    Figure 00060002
  • Hierbei bezeichnet L den Achsabstand zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeuges und xM die Koordinate des Mittelpunktes eines Kreisbogens, welcher der Trajektorie des betrachteten Referenzpunktes, hier der Trajektorie TP4 des Referenzpunktes P4, entspricht. Für die beiden Referenzpunkte P2, P4 erhält man unterschiedliche Werte für die Koordinate xM und damit auch unterschiedliche Werte für den Lenkwinkel γ.
  • Die Koordinate xM des Trajektorienmittelpunktes lässt sich, wie in 6 beispielhaft für den Referenzpunkt P4 gezeigt ist, wie folgt berechnen: xM = xGM + tan(α)·γGM mit
    Figure 00070001
  • Dabei bezeichnen
    • xp und yp
    die Ortskoordinaten des betrachteten Objektpunkts O',
    xF und yF
    die Ortskoordinaten des betrachteten Referenzpunktes, hier des Referenzpunktes P4, und
    xGM und yGM
    die Ortskoordinaten des Streckenmittelpunktes der Strecke zwischen dem betrachteten Objekt O' und dem betrachteten Referenzpunkt.
  • Diese Berechnung wird für jeden der beiden maßgeblichen Referenzpunkte P2 und P4 durchgeführt, so dass man für den Objektpunkt O' zwei Lenkwinkelwerte γP2 bzw. γP4 erhält. Der Bereich zwischen den so ermittelten Lenkwinkelwertepaaren γP2, γP4 stellt den Lenkwinkelbereich dar, der voraussichtlich vermieden werden muss, wenn eine Kollision mit dem ausgewählten Objektpunkt O' vermieden werden soll.
  • Wenn nun in gleicher Weise für jeden der erfassten Objektpunkte O' die entsprechenden Lenkwinkelpaare ermittelt werden, kann der insgesamt zu vermeidende Lenkwinkelbereich ermittelt werden, indem die für jeden einzelnen Objektpunkt O' ermittelten Lenkwinkelbereiche überlagert werden.
  • Auf diese Weise lässt sich auf einfache Weise feststellen, ob der Fahrer am Kraftfahrzeug einen Lenkwinkel eingestellt hat, der bei Fortsetzung der Fahrt zu einer Kollision mit einem der erfassten Objekte führen könnte.
  • Ist das der Fall, wird der Fahrer hierüber informiert, beispielsweise durch eine optische, akustische oder haptische Warnung. Die haptische Warnung kann dabei in Form von einer Lenkradvibration oder Erhöhung des Lenkwiderstands ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein auf eine Kollisionsvermeidung oder eine Kollisionsfolgenminderung ausgerichteter Systemeingriff, insbesondere Bremseingriff, ausgelöst werden.
  • 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 102011100615 [0002]

Claims (3)

  1. Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerten (γ) eines Kraftfahrzeuges (F), wobei Objekte in einer Umgebung des Kraftfahrzeuges (F) mittels einer Umgebungserfassungseinrichtung als Reihe von Objektpunkten (O') mit jeweils zugeordneten Ortskoordinaten (xp, yp) erfasst werden und wobei zu vermeidende Lenkwinkelbereiche ermittelt werden, die den Wertebereich von Lenkwinkeln (γ) darstellen, die, wenn sie am Kraftfahrzeug (F) eingestellt werden, voraussichtlich zu einer Kollision führen, wobei die Ermittlung der zu vermeidenden Lenkwinkelbereiche folgende Schritte umfasst: a) Ermitteln eines Abstandsgrenzwerts (dgrenz) anhand einer Bestimmungsvorschrift, b) Auswählen von Objektpunkten (O'), die sich innerhalb des Abstandsgrenzwertes (dgrenz) um das Kraftfahrzeug befinden, c) Ermitteln eines Lenkwinkelpaares für jeden Objektpunkt (O') entsprechend den Lenkwinkeln (γ), zur Einstellung einer Trajektorie (TP2, TP4), die durch die zwei Kraftfahrzeug-Referenzpunkte (P2, P4), die dem jeweiligen Objektpunkt (O') zugeordnet sind und den Objektpunkt (O') verläuft, und d) Ermitteln des gesamten kollisionsgefährdenden Lenkwinkelbereichs, indem die für jeden einzelnen Objektpunkt (O') ermittelten Lenkwinkelbereiche überlagert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Bestimmungsvorschrift zum Ermitteln des Abstandsgrenzwertes (dgrenz) Fahrdynamikdaten des Kraftfahrzeuges, bevorzugt eine aktuelle Beschleunigung und/oder eine aktuelle Geschwindigkeit verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstandsgrenzwert (dgrenz) eine Konstante ist.
DE102012010130A 2012-05-23 2012-05-23 Verfahren zum Ermitteln von kollisionsgefährdenden Lenkwinkelwerteneines Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung eines dynamischen Abstandsgrenzwerts Withdrawn DE102012010130A1 (de)

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