DE102013013747A1

DE102013013747A1 - Fahrassistenzsystem, Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem und Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems

Info

Publication number: DE102013013747A1
Application number: DE102013013747.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Streubel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2015-02-26
Also published as: US20150057835A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, mit einem Detektor, der dazu ausgelegt ist, mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs zu detektieren; mit einem Vektorfeldgenerator, der dazu ausgelegt ist, für das mindestens eine detektierte Objekt im Umfeld des Fahrzeugs ein Umgebungspotentialfeld zu erstellen und aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld ein Vektorfeld zu berechnen; und mit einer Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für das Fahrzeug unter Verwendung des berechneten Vektorfelds zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung offenbart ferner ein Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrassistenzsystems.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrassistenzsystem, ein Fahrzeug mit einem Fahrassistenzsystem und Verfahren zum Betrieb eines Fahrassistenzsystems.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Fahrassistenzsysteme für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Solche Fahrassistenzsysteme (FAS oder ADAS = Advanced Driver Assistance System) sind elektronische Zusatzeinrichtungen, die einen Führer eines Fahrzeugs in bestimmten Fahrsituationen unterstützen. FAS können ganz oder teilweise autonom in den Antrieb oder die Steuerung des Fahrzeugs eingreifen und somit aktiv durch Bremsen, Beschleunigen oder geeignete Lenkbewegungen das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen. Darüber hinaus kann durch eine geeignete Signalisierungseinrichtung der Fahrzeugführer vor oder während einer kritischen Situation gewarnt werden. Daraufhin kann der Fahrzeugführer selbst aktiv in das Fahrverhalten eingreifen.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 042 666 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Vermeidung bzw. Folgenminderung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Objekt. Dabei wird mit Hilfe einer Fahrzeugsensorik der aktuelle Fahrzeugzustand ermittelt und mit Hilfe einer Umfeldsensorik werden Objekte im Sensorerfassungsbereich erkannt und unter Berücksichtigung des aktuellen Fahrzeugzustands eine Aktion zur Kollisionsvermeidung oder Kollisionsfolgenminderung bestimmt.
Fahrassistenzsysteme benötigen für Ihren Betrieb dabei möglichst präzise Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs. Diese Informationen müssen in Echtzeit erfasst, verarbeitet und bereitgestellt werden. Hierzu können Daten von einem oder mehreren Sensoren erfasst und ausgewertet werden. Insbesondere wenn Informationen von mehreren Sensoren gleichzeitig parallel ausgewertet werden sollen, so ergeben sich hieraus großen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Fahrassistenzsystems. Hierzu sind besonders schnelle, leistungsfähige und damit auch sehr teure Prozessierungssysteme erforderlich.
Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrassistenzsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrassistenzsystems anzugeben, das eine effiziente Verarbeitung von Informationen über das Umfeld eines Fahrzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, mit einem Detektor, der dazu ausgelegt ist, mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs zu detektieren; mit einem Vektorfeldgenerator, der dazu ausgelegt ist, für das mindestens eine detektierte Objekt im Umfeld des Fahrzeugs ein Umgebungspotentialfeld zu erstellen und aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld ein Vektorfeld zu berechnen; und mit einer Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für das Fahrzeug unter Verwendung des berechneten Vektorfelds zu bestimmen, die das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuern.
– Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrassistenzsystems für ein Fahrzeug, mit den Schritten: Detektieren mindestens eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs; Erstellen eines Umgebungspotentialfelds für das detektierte mindestens eine Objekt; Berechnen eines Vektorfelds aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld; und Bestimmen eines Steuerbefehls für das Fahrzeug, der das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuert, unter Verwendung des berechneten Vektorfelds.
– Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystem.

Die einer Ausführungsform zugrunde liegende Idee besteht darin, aus den Informationen über das Umfeld eines Fahrzeugs zunächst ein Potentialfeld so zu modellieren, dass Objekten ein erhöhtes Potential zugeordnet wird. Ein solches künstliches Potentialfeld kann ähnlich wie ein Gravitationsfeld beschrieben werden. Der negative Gradient eines solchen künstlichen Potentialfelds weist von einer potentiellen Gefahr weg und bildet somit ein Vektorfeld, das direkt für die Fahrtplanung des Fahrzeugs genutzt werden kann oder als Eingangsgröße für eine automatisierte Fahrzeugsteuerung dienen kann.
Das Vektorfeld des so berechneten künstlichen Potentialfelds wird als Kraftfeld interpretiert. Ein Egofahrzeug in diesem Feld unterliegt dem Einfluss seiner Umgebung und wird somit mit Hilfe des berechneten künstlichen Vektorfeldes durch die Umgebung hindurch gesteuert. Ein solcher Ansatz vereinfacht die Planung eines Pfades für das Egofahrzeug erheblich.
Die Informationen über die Objekte im Umfeld des Fahrzeugs können dabei von mehreren unterschiedlichen Sensoren stammen. Durch das Zusammenführen dieser Informationen aus unterschiedlichen Sensorquellen in einem gemeinsamen Potentialfeld können die verschiedenen Sensorinformationen effizient und somit sehr schnell kombiniert und ausgewertet werden. Dies führt zu einer sehr guten Eignung für die Echtzeitverarbeitung, wie sie bei Fahrassistenzsystemen erforderlich ist.
Hierzu sieht die vorliegende Erfindung einen Detektor vor, der dazu ausgelegt ist, mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs zu detektieren. Ein solcher Detektor kann dabei einen oder auch mehrere Sensoren aufweisen, die das Umfeld des Fahrzeugs überwachen und Informationen über erfasste Objekte im Fahrzeugumfeld bereitstellen. Bei diesen Sensoren kann es sich sowohl um aktive Sensoren, wie zum Beispiel Ultraschall- oder Radarsensoren handeln, oder auch um passive Sensoren, wie zum Beispiel eine Kamera.
Das Fahrassistenzsystem verfügt ferner über einen Vektorfeldgenerator, der aus den im Umfeld des Fahrzeugs detektierten Objekten ein Umgebungspotentialfeld erstellt. Bei diesem Umgebungspotentialfeld handelt es sich um ein künstliches Potentialfeld. Dieses Potentialfeld ist analog zu einem Gravitationsfeld aufgebaut. Nachdem durch den Vektorfeldgenerator das Umgebungspotentialfeld erstellt wurde, wird aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld ein Vektorfeld berechnet. Dieses Vektorfeld ergibt sich aus dem negativen Gradienten des Umgebungspotentialfeldes. Dieses berechnete Vektorfeld wird als Kraftfeld interpretiert, das direkten Einfluss auf die Bewegung des Egofahrzeugs hat. Die Berechnung der Gradienten kann dabei für longitudinale und laterale Richtung getrennt erfolgen (Superpositionsprinzip).
Das Fahrassistenzsystem verfügt ferner über eine Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für das Fahrzeug unter Verwendung des zuvor berechneten Vektorfeldes zu bestimmen, die das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuern. Diese Steuervorrichtung ermittelt aus den durch das berechnete Vektorfeld auf das Egofahrzeug einwirkenden Kräften die Richtung, in der sich das Egofahrzeug bewegt. Da dabei von allen zuvor detektierten Objekten im Umfeld des Fahrzeugs eine abstoßende Kraftwirkung auf das Egofahrzeug ausgeht, wird sich das Egofahrzeug durch die so resultierende Kraft einen möglichst kollisionsfreien Weg an allen detektierten Objekten vorbei bahnen. Dabei können durch die Steuervorrichtung unter Verwendung des berechneten Vektorfelds auch Steuerbefehle zum Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs bestimmt werden. Insbesondere wenn kein Umfahren eines Objekts möglich ist, kann somit das Egofahrzeug von einem Hindernis auch vollständig bis zum Stillstand abgebremst werden.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren vor, das mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs detektiert, ein Umgebungspotentialfeld für das mindestens eine detektierte Objekt erstellt, ein Vektorfeld aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld berechnet und einen Steuerbefehl für das Fahrzeug, der das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuert, unter Verwendung des berechneten Vektorfeldes bestimmt.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystem vor.
Schließlich sieht die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm vor, welches Instruktionen aufweist, die eine programmgesteuerte Einrichtung dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine ressourcenschonende und effiziente Verarbeitung von Informationen über das Umfeld eines Fahrzeugs. Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Fusion von Sensordaten über Objekte im Fahrzeugumfeld aus mehreren gleich- oder verschiedenartigen Sensoren. Somit ist ein kostengünstiger Aufbau eines Fahrassistenzsystems möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiterführenden Unteransprüchen, sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen.
In einer Ausführungsform erstellt der Vektorfeldgenerator eine Mehrzahl von Umgebungspotentialfeldern, überlagert die Mehrzahl von erstellten Umgebungspotentialfeldern zu einem Gesamtpotentialfeld und berechnet das Vektorfeld aus dem Gesamtpotentialfeld. Durch die separate Verarbeitung einzelner detektierter Objekte im Fahrzeugumfeld kann eine effiziente Erstellung der korrespondierenden Potentialfelder ermöglicht werden. Dies ist insbesondere bei Detektionsergebnissen aus unterschiedlichen Sensorquellen besonders vorteilhaft. Eine anschließende Superposition der einzelnen berechneten Potentialfelder ermöglicht eine schnelle und ressourcenschonende Weiterverarbeitung der gewonnenen Daten.
In einer Ausführungsform umfasst der Detektor eine Mehrzahl von Sensoren, die ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs detektieren. Durch die Verwendung mehrerer Sensoren zur Objektdetektion kann der Erfassungsbereich ausgedehnt werden. Darüber hinaus ist durch eine Verwendung mehrerer Sensoren zur Objektdetektion eine redundante Überwachung des Fahrzeugumfelds und somit eine Steigerung der Zuverlässigkeit möglich.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Detektor mindestens einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor, eine Kamera und/oder ein LIDAR. Solche Sensoren eignen sich besonders gut zur Erfassung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Vektorfeldgenerator dazu ausgelegt, das Umgebungspotentialfeld eines detektierten Objektes in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und detektiertem Objekt anzupassen. Durch eine solche Anpassung des Potentialfelds von sich bewegenden detektierten Objekten ist es möglich, das Potentialfeld derart zu gestalten, dass auch bei sich bewegenden Objekten stets ein korrekter Sicherheitsabstand zwischen Egofahrzeug und Objekt eingehalten und möglichst nicht unterschritten wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrassistenzsystem ferner einen Speicher, der dazu ausgelegt ist, Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs zu speichern, wobei der Vektorfeldgenerator ein Steuerpotentialfeld unter Verwendung der gespeicherten Steuervorgaben erstellt und das Steuerpotentialfeld und das Umgebungspotentialfeld überlagert. Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs können beispielsweise Vorgaben oder Regeln gemäß der Straßenverkehrsordnung sein. Beispielsweise kann eine solche Regel das Rechtsfahrgebot sein, das heißt bei einer Detektion von mehr als einer Fahrspur sollte das Fahrzeug vorzugsweise die rechte Fahrbahn benutzen. Ebenso können beispielsweise Vorgaben über Richtgeschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Abstand, etc. als Vorgaben statisch oder auch dynamisch in dem Speicher abgelegt sein.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Detektor eine Kommunikationsschnittstelle, die dazu ausgelegt ist, Informationen über ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs zu empfangen. Vorzugsweise werden solche Informationen drahtlos an die Kommunikationsschnittstelle des Detektors übertragen. Bei dieser Übertragung von Informationen aus dem Umfeld des Fahrzeugs kann es sich beispielsweise um Daten einer Car-to-Car-Kommunikation oder einer Car-to-X-Kommunikation handeln. So können Informationen über mögliche Gefahren frühzeitig in das Fahrassistenzsystem eingepflegt und bei der Fahrzeugsteuerung berücksichtigt werden. Ebenso ist es durch eine solche Kommunikation möglich, statische oder auch dynamische Beschränkungen oder Gebote des aktuell verwendeten Fahrwegs in das Fahrassistenzsystem einzupflegen. So kann beispielsweise ein zeitlich oder räumlich begrenztes Überholverbot oder ähnliches berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform bestimmt die Steuervorrichtung Steuerbefehle für eine longitudinale und/oder laterale Steuerung des Fahrzeugs. Durch eine longitudinale Steuerung des Fahrzeugs kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beeinflusst werden. Somit ist sowohl ein Beschleunigen bei freier Fahrbahn, als auch ein Abbremsen des Fahrzeugs bei auftretenden Hindernissen möglich. Ebenso kann bei Bedarf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an die Geschwindigkeit vorausfahrender Fahrzeuge angepasst werden. Eine laterale Steuerung des Fahrzeugs übernimmt Lenkbewegungen. Somit ist es möglich, das Fahrzeug präzise innerhalb der vorgegebenen Spur zu halten. Bei auftretenden Hindernissen im Fahrweg des Fahrzeugs kann durch das Fahrassistenzsystem bei einer lateralen Steuerung frühzeitig eine Ausweichbewegung des Fahrzeugs eingeleitet werden und so eine mögliche Kollision verhindert werden. Ferner sind durch geeignete Lenkbewegungen auch Überholmanöver oder ähnliches möglich. Um bei einer lateralen Steuerung des Fahrzeugs Überschwinger und somit gegebenenfalls ein Schwingen bzw. Aufschaukeln des Fahrzeugs zu vermeiden, kann für eine laterale Steuerung bei Bedarf eine Dämpfung in den Regelkreis integriert werden.
In einer weiteren Ausführungsform erstellt der Vektorfeldgenerator das Umgebungspotentialfeld basierend auf einem vorbestimmten Modell. Dieses Modell kann für bekannte, vorgegebene Objektklassen feste Potentialwerte vorgeben. Beispielsweise können für Fahrbahnmarkierungen, vorausfahrende oder entgegenkommende Fahrzeuge Potentialmodelle oder Rechenvorschriften zum Erstellen der Potentialfelder vorgegeben werden. Somit ist eine schnelle und sichere Bestimmung der Potentialfelder für die detektierten Objekte möglich.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrassistenzsystems für ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Detektieren mindestens eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs, einer Vorrichtung zum Erstellen eines Umgebungspotentialfelds für das detektierte mindestens eine Objekt, eine Vorrichtung zum Berechnen eines Vektorfelds aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld, und einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Steuerbefehls für das Fahrzeug, der das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuert, unter Verwendung des berechneten Vektorfelds.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Betreiben des Fahrassistenzsystems für ein Fahrzeug ferner eine Vorrichtung zum Überlagern einer Mehrzahl von Umgebungspotentialfeldern zu einem Gesamtpotentialfeld, wobei die Vorrichtung zum Berechnen des Vektorfeldes das Vektorfeld aus dem erstellten Gesamtpotentialfeld berechnet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Betreiben des Fahrassistenzsystems eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs, eine Vorrichtung zum Erstellen eines Steuerpotentialfelds unter Verwendung der gespeicherten Steuervorgaben, und eine Vorrichtung zum Überlagern des Steuerpotentialfelds und des Umgebungspotentialfelds.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Vorrichtung zum Bestimmen des Steuerbefehls einen Steuerbefehl für eine longitudinale und/oder laterale Steuerung des Fahrzeugs.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystems;
2: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystems;
3: eine Darstellung eines Querschnitts durch ein Potentialfeld einer zweispurigen Fahrbahn;
4: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Potentialfeld eines sich bewegenden Hindernisses;
5: eine schematische Darstellung eines Überholvorgangs eines Fahrzeugs mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystems; und
6: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystems 1.
Das Fahrassistenzsystem 1 in 1 weist einen Detektor 10, einen Vektorfeldgenerator 20 und eine Steuervorrichtung 30 auf. Der Detektor 10 umfasst Sensoren 11-1 bis 11-4. Jeder dieser Sensoren 11-1 bis 11-4 überwacht dabei zumindest einen Teil des Umfelds um ein Fahrzeug. Bei den Sensoren 11-1 bis 11-4 kann es sich beispielsweise um einen Ultraschallsensor, einen Radarsensor, eine Kamera oder ein LIDAR handeln. Darüber hinaus ist auch jede Art von weiteren Sensoren denkbar, die es ermöglichen, auf aktive oder passive Weise das Umfeld eines Fahrzeugs zu erfassen und dabei Objekte im Fahrzeugumfeld zu detektieren.
Ferner kann der Detektor 10 auch eine Kommunikationsschnittstelle 12 umfassen. Durch eine solche Kommunikationsschnittstelle 12 kann der Detektor 10 weitere Informationen über Objekte im Umfeld des Fahrzeugs empfangen. Ebenso ist es auch möglich, dass über die Kommunikationsschnittstelle 12 weitere Parameter für das Steuern des Fahrzeugs empfangen werden. So können beispielsweise dynamisch die Regeln für das Steuern des Fahrzeugs angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Überholverbot aktiviert oder deaktiviert werden, so dass entsprechend die Benutzung einer weiteren Fahrspur erlaubt oder verboten wird. Darüber hinaus können auch Informationen über weitere Objekte, die außerhalb des Erfassungsbereiches der Sensoren 11-1 bis 11-4 liegen, auf diese Weise berücksichtigt werden. Solche Informationen können beispielsweise von vorausfahrenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen an das Egofahrzeug übertragen werden (Car-to-Car-Kommunikation). Ebenso können beispielsweise auch von weiteren, stationären Sendestationen zusätzliche Informationen zu dem Fahrzeug übertragen werden (Car-to-X-Kommunikation).
Die so gewonnenen Informationen über Objekte im Umfeld des Fahrzeugs und gegebenenfalls empfangene weitere Randparameter werden zu dem Vektorfeldgenerator 20 übertragen. Der Vektorfeldgenerator 20 kann dabei mit einem weiteren Speicher 21 gekoppelt sein. In diesem weiteren Speicher 21 können beispielsweise Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs gespeichert werden. Solche Steuervorgaben können beispielsweise feste Regeln für das Steuern eines Fahrzeugs sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Rechtsfahrgebot handeln, das heißt, dass das Fahrzeug vorzugsweise eine möglichst weit rechts angeordnete Fahrspur benutzen soll. Ferner können in dem Speicher 21 auch Vorgaben über einzuhaltende Mindestabstände zu einem Fahrzeugrand oder einem vorausfahrenden Fahrzeug abgelegt sein. Weitere Vorgaben sind selbstverständlich ebenso möglich.
Der Vektorfeldgenerator 20 wertet die von dem Detektor 10 empfangenen Informationen über die Objekte im Umfeld des Fahrzeugs aus und erstellt aus den Informationen über die detektierten Objekte ein Umgebungspotentialfeld. Bei diesem Umgebungspotentialfeld handelt es sich um eine Darstellung der Umgebung im Umfeld des Fahrzeugs, bei der einzelnen diskreten Punkten in der Umgebung des Fahrzeugs jeweils ein Potentialwert zugeordnet wird. Der Wert der Punkte in dem Potentialfeld ist dabei umso größer, je größer die Gefahr der einzelnen Objekte für das Egofahrzeug ist. Das heißt, je höher der Wert eines Potentials in dem Umgebungspotentialfeld ist, desto eher sollte es vermieden werden, dass das Egofahrzeug einen solchen Punkt ansteuert. Somit kann das entstehende künstliche Potentialfeld als eine Risikokarte verstanden werden, bei der die Größe des Potentials einer potentiellen Gefahr eines detektierten Objektes für das Egofahrzeug entspricht.
Für eine schnelle und einheitliche Zuordnung der Potentialwerte für die detektierten Objekte und ggf. auf für weitere Randbedingungen können feste oder dynamische Modelle vorgegeben werden. Beispielsweise können für einzelne Objekte oder Objektklassen Potentialverteilungen fest vorgegeben werden. Auch eine dynamische Anpassung der Potentialfelder in Abhängigkeit von Geschwindigkeit des Egofahrzeugs und/oder Relativgeschwindigkeit zwischen Egofahrzeug und Objekt ist möglich.
Zur Erstellung des Umgebungspotentialfeldes ist es möglich, die detektierten Objekte im Umfeld des Fahrzeugs zunächst zusammenzufassen und anschließend ein gemeinsames Umgebungspotentialfeld zu erstellen. Alternativ ist es auch möglich, für jedes detektierte Objekt im Umfeld des Fahrzeugs, oder für Gruppen von detektierten Objekten im Umfeld des Fahrzeugs zunächst einzelne Potentialfelder zu erstellen. Anschließend können diese einzelnen Potentialfelder zu einem gemeinsamen Gesamtpotentialfeld überlagert werden. Durch eine solche Superposition einzelner Potentialfelder ist eine einfache und schnelle Kombination von detektierten Objekten aus einem oder mehreren Sensoren möglich, ohne dass zunächst eine aufwändige Prozessierung und Kombination der einzelnen Sensorsignale erforderlich wäre.
Weiterhin kann der Vektorfeldgenerator 20 auch die Steuervorgaben aus dem Speicher 21 auslesen und hierfür ein geeignetes Steuerpotentialfeld generieren. Auch in diesem Fall kann die Bestimmung des Gesamtpotentialfelds in einem einzigen Schritt gemeinsam mit den Informationen aus den detektierten Objekten im Umfeld des Fahrzeugs erfolgen. Alternativ ist es hier aber auch ebenso möglich, zunächst ein separates Steuerpotentialfeld aus den Steuervorgaben zu berechnen und anschließend dieses Steuerpotentialfeld und das Gesamtpotentialfeld der detektierten Objekte einander zu überlagern.
Nachdem aus allen detektierten Objekten im Umfeld des Fahrzeugs und gegebenenfalls auch den weiteren Steuervorgaben ein Potentialfeld erstellt wurde, berechnet der Vektorfeldgenerator 20 aus diesem Potentialfeld ein Vektorfeld F →. Dieses Vektorfeld F → ergibt sich aus dem negativen Gradienten des zuvor berechneten Potentialfeldes U: F → = –∇U.
Für eine separate Auswertung der Steuerung in Longitudinal- bzw. Lateralrichtung kann dabei auch jeweils der negative Gradient separat nur in die entsprechende Richtung berechnet werden. Soll das Fahrassistenzsystem beispielsweise nur für das Bremsen bzw. Beschleunigen in longitudinaler Richtung verwendet werden, so ist es ausreichend, auch nur den negativen Gradienten in Fahrtrichtung zu bestimmen. Alternativ ist für eine Bestimmung der Lenkparameter in lateraler Richtung eine Berechnung des negativen Gradienten orthogonal zur Fahrtrichtung ausreichend.
Um insbesondere bei lateralen Bewegungen eine oszillierende laterale Bewegung (Schlingern) zu vermeiden, kann die laterale Kraft (Lenkbewegung) gedämpft werden. Dabei muss ein möglicher Dämpfungsfaktor ausreichend groß gewählt werden, so dass der Einschwingvorgang in die Fahrspur von einem Fahrer nicht als störend wahrgenommen wird. Andererseits sollte der Dämmungsfaktor nicht zu groß gewählt werden, um einen möglichen Fahrspurwechsel nicht unnötig zu verzögern.
In Longitudinalrichtung dagegen ist eine Dämpfung nicht erwünscht, um eine möglichst schnell ansprechende Bremswirkung zu ermöglichen.
Im Sinne des Superpositionsprinzips lassen sich die laterale und die longitudinal wirkenden Kräfte unabhängig voneinander betrachten.
Ausgehend von dem in dem Vektorfeldgenerator 20 berechneten Vektorfeld werden anschließend in der Steuervorrichtung 30 Steuerbefehle für das Fahrzeug berechnet. Bei der Berechnung der Steuerbefehle wird dabei das zuvor berechnete Vektorfeld aus dem Umgebungspotentialfeld zugrunde gelegt. Die dabei berechneten Steuerbefehle ergeben dabei eine Steuerung des Fahrzeugs in Richtung der geringsten Gefahr, die durch die zuvor berechneten Potentiale charakterisiert werden. Die in der Steuervorrichtung 30 bestimmten Steuerbefehle können daraufhin an eine Fahrzeugelektronik 31 weitergegeben werden. Somit erfolgt ein zumindest teilweiser autonomer Steuervorgang durch das Egofahrzeug. Die Fahrzeugelektronik 31 des Fahrzeugs wertet die von der Steuervorrichtung 30 bestimmten Steuerbefehle aus und führt dabei ganz oder teilweise autonom einen Lenkvorgang und/oder einen Beschleunigungs-/Bremsvorgang aus. Auch weitere Steuervorgänge, wie zum Beispiel das gezielte Ansteuern eines Fahrtrichtungsanzeigers, etc. sind ebenso möglich.
Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die von der Steuervorrichtung 30 bestimmten Steuerbefehle nicht unmittelbar für eine autonome Steuerung des Fahrzeugs herangezogen werden, sondern lediglich als Informationen einem Fahrer bereitgestellt werden. Hierzu können beispielsweise durch eine Anzeigevorrichtung 32 oder einen optischen Signalgeber 33 dem Fahrzeugführer frühzeitig Hinweise für ein aktives Eingreifen gegeben werden. Somit kann im Falle einer Gefahrensituation der Fahrzeugführer frühzeitig auf diese Gefahr hingewiesen werden. Weitere haptische oder andere Signalisierungsmöglichkeiten sind darüber hinaus ebenso möglich.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrsituation eines Egofahrzeugs 2, das hinter einem weiteren Fahrzeug 3 herfährt. Dabei kann beispielsweise durch einen ersten Sensor das vorausfahrende Fahrzeug 3 detektiert und gegebenenfalls der Abstand zu diesem vorausfahrenden Fahrzeug bestimmt werden. Weiterhin können durch weitere Sensoren die linke Fahrbahnmarkierung 4-1, sowie die rechte Fahrbahnmarkierung 4-2 erfasst werden und somit die Fahrtrichtung und gegebenenfalls auftretende Kurven rechtzeitig erkannt werden. Durch den gleichen, oder auch einen anderen Sensor ist darüber hinaus die Erfassung einer mittleren Spurmarkierung 4-3 zwischen der linken und der rechten Fahrspur möglich. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 weist dabei in y-Richtung und die x-Richtung verläuft orthogonal zur Fahrtrichtung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Potentialverlaufs 100 in x-Richtung gemäß 2, wie er sich beispielsweise für ein Umgebungspotentialfeld aus den Fahrbahnmarkierungen 4-1 bis 4-3 ergibt. Dabei ist in x-Richtung am linken und rechten Rand jeweils eine sehr starke Potentialerhöhung vorhanden. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich das Fahrzeug 2 stets zwischen den Fahrbahnmarkierungen 4-1 und 4-3 befindet. Durch die gestrichelte mittlere Spurmarkierung 4-3 ergibt sich dazwischen eine nur leichte Potentialerhöhung. Somit wird gewährleistet, dass sich das Fahrzeug 2 stets in der Mitte einer Fahrspur befindet. Durch die leichte Potentialerhöhung aufgrund der mittleren Spurmarkierung 4-3 wird das Fahrzeug dabei entweder auf der linken oder rechten Fahrspur gehalten.
4 zeigt eine schematische Darstellung für eines Querschnitts durch einen Potentialverlauf 200 eines sich bewegenden Objekts, wie zum Beispiel eines vorausfahrenden Fahrzeugs 3 in Fahrtrichtung. Aufgrund der Längsbewegung der Fahrzeuge ist der Bereich hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug 3 besonders kritisch. Gesetzliche Regelungen zum Sicherheitsabstand beschränken diesen Bereich. Bei einer Modellierung der vorausfahrenden Fahrzeuge ist dies zu berücksichtigen. Beispielsweise kann das Fahrzeugpotential eines vorausfahrenden Fahrzeugs 3 in Form einer Gaußglocke beschrieben werden. Diese wird nach hinten mit einem linear abfallenden tunnelförmigen Potential in Abhängigkeit der absoluten und relativen Geschwindigkeit bis zu einem definierten Abstand erweitert. Für die Bestimmung der Potentialfunktion eines vorausfahrenden Fahrzeuges kann somit der Abstand wie folgt definiert werden: d(v, v_rel) = d_min + t_s·v + t_a·v_rel.
Dabei beschreibt d_min den gewünschten Abstand bei Stillstand der Fahrzeuge. Der zeitliche Abstand t_s repräsentiert einen Sicherheitsabstand, der eingehalten werden soll. t_a beschreibt einen Puffer, in dem bei Annäherung des Egofahrzeugs an das vorausfahrende Fahrzeug die Relativgeschwindigkeit abgebaut werden soll. v beschreibt die Geschwindigkeit des Egofahrzeugs und v_rel beschreibt die Relativgeschwindigkeit zwischen Egofahrzeug und vorausfahrendem Fahrzeug.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrwegs 5 eines Überholvorgangs des Egofahrzeugs 2 bei einem vorausfahrenden langsameren Fahrzeug 3. Das Egofahrzeug 2 nähert sich zunächst bis zu einem gewissen Abstand dem vorausfahrenden Fahrzeug 3 an. Bei einem bestimmten Abstand zwischen vorausfahrendem Fahrzeug 3 und Egofahrzeug 2 ist die Potentialbarriere zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 3 höher als die Potentialbarriere durch die mittleren Spurmarkierung 4-3. Zu diesem Zeitpunkt wird das Egofahrzeug 2 damit beginnen, von der rechten auf die linke Fahrspur zu wechseln und daraufhin die Fahrt auf der linken Fahrtspur fortsetzen. Der Potentialberg in der mittleren Spurmarkierung 4-3 wird dabei nur leicht spürbar sein, führt jedoch dazu, dass ein Spurwechsel in mehreren Phasen abläuft. Sobald der Potentialberg durch das vorausfahrende Fahrzeug 3 auftaucht, wird das Egofahrzeug 2 einen leichten Lenkeinschlag nach links ausführen. Daraufhin folgt ein leichter Widerstand durch das Potential der mittleren Spurmarkierung 4-3. Wird der Potentialberg in der mittleren Spurmarkierung 4-3 überwunden, wird eine weitere Lenkbewegung in die linke Fahrspur induziert. Schließlich führt das Potential des rechten Randes 4-1 der Fahrspur zu einem Gegenlenken in der linken Fahrspur.
Das hier beschriebene Szenario ist dabei relativ einfach gewählt, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu fördern. In weiteren Ausführungsformen könnte das Straßenmodell noch auf Kurvenstrecken erweitert werden. Eine entsprechende Änderung in der Modellierung durch auftretende Querkräfte kann ebenfalls berücksichtigt werden.
Bei einer autonomen Steuerung des Fahrzeugs aufgrund der Steuerbefehle der Steuervorrichtung 3 ist vorzugsweise eine Übersteuerung des Fahrverhaltens in Lenkung als auch bei Bremse und Gas jederzeit möglich. Somit wird sichergestellt, dass das Fahrzeug nicht außer Kontrolle geraten kann.
Auch wenn in dem zuvor beschriebenen Beispiel nur Sensoren in Fahrtrichtung bzw. zur Seite beschrieben wurden, so kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch auf Sensoren in andere Raumrichtung erweitert werden. So ist insbesondere auch eine Auswertung des rückwärtigen Fahrbereiches möglich und sinnvoll. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass von hinten herannahende Fahrzeuge berücksichtigt werden. In diesem Falle wäre gegebenenfalls ein Überholmanöver zu verhindern.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrassistenzsystems 1. In einem Schritt S1 wird mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs 2 detektiert. In Schritt S2 wird ein Umgebungspotentialfeld für das detektierte mindestens eine Objekt erstellt und in Schritt S3 ein Vektorfeld aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld berechnet. Daraufhin wird in Schritt S4 ein Steuerbefehl für das Fahrzeug unter Verwendung des berechneten Vektorfeldes berechnet.
Bei mehr als einem detektierten Objekt ist es dabei möglich, in einem Schritt S31 eine Mehrzahl von Umgebungspotentialfeldern zu einem Gesamtpotentialfeld zu überlagern. In diesem Fall kann in Schritt S3 das Vektorfeld aus dem erstellten Gesamtpotentialfeld berechnet werden.
Weiterhin kann in einem optionalen Schritt S11 Informationen über mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs empfangen werden. In dem Schritt S11 können darüber hinaus auch weitere Vorgabenregeln, Verbote oder Gebote empfangen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus einen Schritt S5 zum Bereitstellen von Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs, sowie einen Schritt S6 zum Erstellen eines Steuerpotentialfeldes unter Verwendung der gespeicherten Steuervorgaben. Das Steuerpotentialfeld und das Umgebungspotentialfeld werden in Schritt S32 dabei zu einem gemeinsamen Potentialfeld überlagert.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, bei dem die Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs, sowie gegebenenfalls weitere Vorgaben in Form eines Potentialfeldes zusammengefasst werden. Aus diesem Potentialfeld wird daraufhin ein Vektorfeld generiert, das als Grundlage für die longitudinale und/oder laterale Steuerung des Fahrzeuges dient. Somit ist eine effiziente Steuerung des Fahrzeugs möglich.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Fahrassistenzsystem
2: Egofahrzeug
3: vorausfahrendes Fahrzeug
4-1: Fahrbahnaußenmarkierungen
4-2: Fahrbahnaußenmarkierungen
4-3: mittleren Spurmarkierung
5: Fahrspur
10: Detektor
11-1: Sensor
11-2: Sensor
11-3: Sensor
11-4: Sensor
12: Kommunikationsschnittstelle
20: Vektorfeldgenerator
21: Speicher
30: Steuervorrichtung
31: Steuerelektronik
32: Anzeigevorrichtung
33: Signalgeber
100: Potentialverlauf
200: Potentialverlauf
S1: Verfahrensschritt
S2: Verfahrensschritt
S3: Verfahrensschritt
S4: Verfahrensschritt
S5: Verfahrensschritt
S6: Verfahrensschritt
S11: Verfahrensschritt
S31: Verfahrensschritt
S32: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006042666 A1 [0003]

Claims

Fahrassistenzsystem (1) für ein Fahrzeug (2), mit einem Detektor (10), der dazu ausgelegt ist, mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs (2) zu detektieren; mit einem Vektorfeldgenerator (20), der dazu ausgelegt ist, für das mindestens eine detektierte Objekt im Umfeld des Fahrzeugs (2) ein Umgebungspotentialfeld zu erstellen und aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld ein Vektorfeld zu berechnen; mit einer Steuervorrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle für das Fahrzeug (2) unter Verwendung des berechneten Vektorfelds zu bestimmen, die das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuern.
Fahrassistenzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektorfeldgenerator (20) eine Mehrzahl von Umgebungspotentialfelder erstellt, die Mehrzahl von erstellen Umgebungspotentialfelder zu einem Gesamtpotentialfeld überlagert und das Vektorfeld aus dem Gesamtpotentialfeld berechnet.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor eine Mehrzahl von Sensoren (11-1–11-4) umfasst, die ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs (2) detektieren.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (10) mindestens einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor, eine Kamera und/oder ein LIDAR umfasst.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektorfeldgenerator (20) dazu ausgelegt ist, das Umgebungspotentialfeld eines detektieren Objekts in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) und einer Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug (2) und detektiertem Objekt anzupassen.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Speicher (21), der dazu ausgelegt ist, Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs (2) zu speichern, wobei der Vektorfeldgenerator (20) ein Steuerpotentialfeld unter Verwendung der gespeicherten Steuervorgaben erstellt und das Steuerpotentialfeld und das Umgebungspotentialfeld überlagert.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (10) eine Kommunikationsschnittstelle (12) umfasst, die dazu ausgelegt ist, Informationen über ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs (1) zu empfangen.
Fahrassistenzsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektorfeldgenerator (10) das Umgebungspotentialfeld basierend auf einem vorbestimmten Modell erstellt.
Kraftfahrzeug (2) mit einem Fahrassistenzsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrassistenzsystems (1) für ein Fahrzeug (2), mit den Schritten: Detektieren (S1) mindestens eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs (2); Erstellen (S2) eines Umgebungspotentialfelds für das detektierte mindestens eine Objekt; Berechnen (S3) eines Vektorfelds aus dem erstellten Umgebungspotentialfeld; und Bestimmen (S4) eines Steuerbefehls für das Fahrzeug (2), die das Fahrzeug an dem mindestens einen detektierten Objekt vorbeisteuert, unter Verwendung des berechneten Vektorfelds.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Schritt (S31) zum Überlagern einer Mehrzahl von Umgebungspotentialfeldern zu einem Gesamtpotentialfeld umfasst, wobei der Schritt (S3) zum Berechnen des Vektorfelds das Vektorfeld aus dem erstellten Gesamtpotentialfeld berechnet.
Verfahren einem der Ansprüche 10 oder 11, gekennzeichnet durch, einen Schritt (S11) zum Empfangen von Informationen über mindestens ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen (S5) von Steuervorgaben für das Steuern des Fahrzeugs (2), Erstellen (S6) eines Steuerpotentialfelds unter Verwendung der gespeicherten Steuervorgaben, und Überlagern (S32) des Steuerpotentialfelds und des Umgebungspotentialfelds.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S4) zum Bestimmen des Steuerbefehls einen Steuerbefehl für eine longitudinale und/oder laterale Steuerung des Fahrzeugs (2) bestimmt.
Computerprogramprodukt mit einem Computerprogram, welches Instruktionen aufweist, die eine programmgesteuerte Einrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 auszuführen.