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Die Erfindung betrifft eine Fahrerassistenzvorrichtung für ein Fahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Fahrerassistenzvorrichtung.
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Fahrerassistenzsysteme unterstützen einen Fahrer bei der Fahrzeugführung. Beispielsweise sind Abstandsregeltempomate in Fahrzeuglängsrichtung oder Spurhaltesysteme in Fahrzeugquerrichtung bekannt. Weiterhin ist bekannt, dass z. B. bei einem Fahrspurwechsel, der Fahrer mittels des Fahrerassistenzsystems über Warnlampen in den Außenspiegeln über sich nähernde Fahrzeuge informiert und vor Fahrzeugen in einem Bereich hinter dem eigenen Fahrzeug und im toten Winkel gewarnt wird.
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Aus der
DE 100 12 737 B4 ist bekannt, dass ein Fahrer eines Fahrzeugs das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs durch Vorgabe einer maximalen Querbeschleunigung beeinflussen kann. Dazu ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Fahrzeug beschrieben, welche eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung von Positionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen aufweist. Weiterhin ist eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel sowie eine den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussende Querführungseinrichtung zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal beschrieben. Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist eine Aktivierungseinrichtung vorgesehen. Die Trajektorienplanungseinrichung ist eingerichtet, das Übergangskurvensignal derart zu erzeugen, dass eine vorgebbare Querbeschleunigung nicht überschritten wird.
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Aus der ISO-Norm ISO 22179 ist bekannt, dass das längsdynamische Verhalten eines Fahrzeugs durch eine geschwindigkeitsabhängige Vorgabe der maximalen Längsbeschleunigung und Längsverzögerung automatisch an die momentane Fahrsituation anpassbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fahrerassistenzvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Fahrerassistenzvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Fahrerassistenzvorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale erfindungsgemäß gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer erfindungsgemäßen Fahrerassistenzvorrichtung für ein Fahrzeug ist eine Situationsbewertungs- und Entscheidungseinheit vorgesehen, mittels welcher zumindest ein Kritikalitätsmaß einer momentanen Fahrsituation ermittelbar und in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Kritikalitätsmaßes wenigstens ein fahrdynamischer Grenzwert vorgebbar ist.
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Der wenigstens eine fahrdynamische Grenzwert ist somit temporär modifizierbar und wird in Abhängigkeit einer Kritikalität einer momentanen Fahrsituation von der Situationsbewertungs- und Entscheidungseinheit der Fahrerassistenzvorrichtung vorgegeben. Damit ist eine Fahrdynamik des Fahrzeugs an eine momentane Fahrsituation anpassbar, so dass insbesondere bei kritischen bis sehr kritischen Fahrsituationen eine entweder höhere Fahrdynamik, z. B. eine höhere maximal zugelassene Querbeschleunigung als vom Fahrer vorgegeben, realisiert werden kann, wobei eine schnellere Reaktion des Fahrzeugs ermöglicht ist oder eine niedrigere Fahrdynamik, so dass ein Risiko einer möglichen Verschärfung einer kritischen Fahrsituation zumindest verringert werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Fahrerassistenzvorrichtung,
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2 schematisch ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem mit einer maximal zugelassenen Querbeschleunigung als Ordinate und einem Kritikalitätsmaß als Abszisse, wobei die maximal zugelassene Querbeschleunigung einen diskreten Werteverlauf aufweist,
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3 schematisch das Koordinatensystem gemäß 2, wobei die maximal zugelassene Querbeschleunigung einen kontinuierlichen Werteverlauf aufweist und
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4 schematisch ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem mit einer maximal zugelassenen Querbeschleunigung als Ordinate und einer Fahrgeschwindigkeit als Abszisse.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist anhand eines schematischen Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel einer Fahrerassistenzvorrichtung F für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs dargestellt. Die Fahrerassistenzvorrichtung F bildet einen Regelkreis zur Regelung und Steuerung insbesondere einer Fahrdynamik bei teil- und vollautomatisierten Fahrmanövern.
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Die Fahrerassistenzvorrichtung F weist eine Lokalisierungseinheit 1 zur Erfassung einer Position des Fahrzeugs in Bezug auf eine momentane Fahrspur auf. Die Lokalisierungseinheit 1 umfasst dazu beispielsweise videobasierte Lokalisierungsmittel, welche als im Fahrzeug angeordnete Kameras ausgebildet sind und Fahrbahnmarkierungen von zwei- oder mehrspurigen Fahrbahnen und/oder Landmarken erfassen. D. h. die Lokalisierungseinheit 1 dient der Ermittlung von einer Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen, wie etwa die Breiten einer rechten oder linken Zielspur. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Lokalisierungseinheit 1 auch kartenbasierte und satellitengestützte Lokalisierungsmittel, z. B. ein GPS-System.
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Die Lokalisierungseinheit 1 generiert dabei anhand der erfassten Position des Fahrzeugs eine erste Zustandsgröße ZL, die die oben beschriebene Position des Fahrzeugs beschreibt.
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Zur Erfassung einer Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere eines befahrbaren Freiraums des Fahrzeugs, ist eine Umgebungserfassungseinheit 2 vorgesehen, die mit mittels entsprechender Erfassungsmittel, wie z. B. Radar-, Lidar- und/oder kamerabasierte Sensoren, die Umgebung des Fahrzeugs erfasst und daraufhin eine zweite Zustandsgröße ZU generiert, die die Umgebung des Fahrzeugs beschreibt.
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Weiterhin ist eine Objekterkennungseinheit 3 vorgesehen, welche basierend auf einem Radarsystem und einem Stereovideokamerasystem mit nach geschalteter Bildauswertung mindestens eine longitudinale und laterale Position von das Fahrzeug umgebenden Objekten und Personen relativ zum Fahrzeug und/oder zur erfassten Fahrspur bestimmt. Vorzugsweise sind mittels der Objekterkennungseinheit 3 zusätzlich longitudinale und laterale Relativgeschwindigkeiten und/oder Relativbeschleunigungen der das Fahrzeug umgebenden Objekte relativ zum Fahrzeug und/oder zur erfassten Fahrspur ermittelbar. Anhand dieser erfassten Größen generiert die Objekterkennungseinheit 3 eine dritte Zustandsgröße ZO, welche die oben beschriebenen Objekte und/oder Personen sowie Relativgeschwindigkeiten und/oder Relativbeschleunigungen der Objekte in der Fahrzeugumgebung beinhaltet.
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Darüber hinaus weist die Fahrerassistenzvorrichtung F eine Fahrzugstandserkennungseinheit 4 auf, welche eine Fahrgeschwindigkeit v, eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung, eine Giergeschwindigkeit, einen Lenkwinkel und/oder einen Reibwert zwischen zumindest einem Reifen des Fahrzeugs und einer Fahrbahn erfasst und/oder ermittelt und daraus resultierend eine vierte Zustandsgröße ZF generiert, die einen Ist-Fahrzustand beschreibt.
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Die Zustandsgrößen ZL, ZU, ZO, ZF werden an eine Situationsbewertungs- und Entscheidungseinheit 5 übermittelt, welche eine erste Kritikalitätsbestimmungseinheit 6 für eine Längsdynamik des Fahrzeugs, eine zweite Kritikalitätsbestimmungseinheit 7 für eine Querdynamik des Fahrzeugs sowie eine Grenzwertkoordinationseinheit 8 umfasst.
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Die Kritikalitätsbestimmungseinheiten 6 und 7 ermitteln anhand der Zustandsgrößen ZL, ZU, ZO, ZF eine Kritikalität der aktuellen Fahrsituation und generieren daraus entsprechende Kritikalitätsmaße m_krit_ldyn, m_krit_qdyn, insbesondere ein erstes Kritikalitätsmaß m_krit_ldyn und ein zweites Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn, welche an die Grenzwertkoordinationseinheit 8 übermittelt werden.
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Die Grenzwertkoordinationseinheit 8 bestimmt daraufhin für eine Längsdynamik-Trajektorienplanungseinheit 9 und für eine Querdynamik-Trajektorienplanungseinheit 10 erforderliche Eingangsgrößen. Für die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinheit 9 sind die erforderlichen Eingangsgrößen ein fahrdynamisches Verhalten kennzeichnende Grenzwerte, wie z. B. eine während eines Fahrmanövers beim Antrieb maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung amax, eine bei einem Bremsvorgang minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung amin und/oder eine Zielfahrgeschwindigkeit vZiel.
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Für die Querdynamik-Trajektorienplanungseinheit 10 sind die erforderlichen Eingangsgrößen ebenfalls das fahrdynamische Verhalten kennzeichnende Grenzwerte, wie z. B. eine maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax, eine maximal zugelassene Gierwinkelgeschwindigkeit ψpmax und/oder einen Zielquerversatz yZiel.
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Zur Bestimmung dieser Eingangsgrößen ermittelt die Grenzwertkoordinationseinheit 8 die Kritikalitätsmaße m_krit_ldyn, m_krit_qdyn sowie den Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn und passt die das fahrdynamische Verhalten kennzeichnenden Grenzwerte an die aktuelle Fahrsituation an.
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Beispielsweise muss beim Antrieb die Bedingung: amax·amax + aymax·aymax < mue·mue·g·g und beim Bremsen die Bedingung: amin·amin + aymax·aymax < mue·mue·g·g erfüllt sein, wobei mue der Reibwert und g die Erdbeschleunigung ist.
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Die Längsdynamik-Trajektorienplanungseinheit 9 generiert dabei anhand der übermittelten Grenzwerte eine Trajektorien-Längsbeschleunigung atrj, eine Trajektorien-Fahrgeschwindigkeit vtrj und ggf. eine Trajektorien-Wegposition oder einen Trajektorien-Längsabstand strj, welche an eine Längsregelungseinheit 11 zur Regelung einer Längsdynamiktrajektorie des Fahrzeugs übermittelt werden. Die Längsregelungseinheit 9 generiert daraus resultierend eine erste Führungsgröße Uant und eine zweite Führungsgröße UBr.
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Die Querdynamik-Trajektorienplanungseinheit 10 generiert anhand der übermittelten Grenzwerte eine Trajektorien-Krümmung ctrj, einen Trajektorien-Kurswinkel ψtrj und/oder eine Trajektorien-Lateralposition ytrj für eine Ziel-Lateralposition, welche an eine Querregelungseinheit 12 zur Regelung einer Querdynamiktrajektorie des Fahrzeugs übermittelt werden. Die Querregelungseinheit 12 generiert daraus resultierend eine dritte Führungsgröße ULenk.
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Zur Ansteuerung fahrdynamikrelevanter Komponenten des Fahrzeugs weist die Fahrerassistenzvorrichtung F drei Stellglieder 13 bis 15 auf, welche anhand von mittels der Längsregelungseinheit 11 und der Querregelungseinheit 12 übermittelten Führungsgrößen UAnt, UBr, ULenk Stellgrößen generieren, mittels derer die fahrdynamikrelevanten Komponenten des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Führungsgrößen und damit in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation angesteuert werden können.
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Ein erstes Stellglied 13 und ein zweites Stellglied 14 sind dabei mit der Längsregelungseinheit 11 gekoppelt, wobei das erste Stellglied 13 der Ansteuerung des Antriebs und das zweite Stellglied 14 der Ansteuerung einer Bremsvorrichtung des Fahrzeugs dienen. Ein drittes Stellglied 15 ist mit der Querregelungseinheit 12 gekoppelt und dient der Ansteuerung einer Lenkvorrichtung des Fahrzeugs.
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Mittels der zuvor beschriebenen Fahrerassistenzvorrichtung F wird somit eine aktuelle Fahrsituation hinsichtlich ihrer Kritikalität analysiert und bewertet, wobei in Abhängigkeit der Kritikalität optional vom Fahrer vorgegebene Nominal-Grenzwerte für das fahrdynamische Verhalten von auszuführenden Fahrmanövern angepasst werden.
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Im Folgenden werden beispielhaft Fahrsituationen erläutert, bei welchen eine Anpassung des fahrdynamischen Verhaltens an die aktuelle Fahrsituation erfolgt:
In einem ersten Beispiel tritt in der aktuellen Fahrsituation plötzlich ein Hindernis auf, welches ein Ausweichen des Fahrzeugs mit einer höheren als ggf. vom Fahrer vorgegebenen maximalen Querbeschleunigung erfordert, so dass das Hindernis möglichst kollisionsfrei umfahren werden kann.
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In einem zweiten Beispiel ist durch die aktuelle Fahrsituation eine eingeschränkte Sensorreichweite gegeben, wobei ein Fahrspurwechsel und/oder ein Ausweichvorgang innerhalb dieser Sensorreichweite durchgeführt werden soll. Dies kann temporär eine höhere Längs- und Querbeschleunigung erfordern.
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In einem dritten Beispiel wird das Fahrzeug teil- oder vollautomatisiert von der Fahrerassistenzvorrichtung F geführt, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung F selbst entscheidet, ob ein Fahrspurwechsel durchzuführen ist. Dabei kann eine Größe einer Lücke auf der benachbarten Zielspur oder ein Zeitabstand zwischen aufeinander folgenden Fahrzeugen oder sogenannter Fahrzeugpulks eine temporär höhere Querbeschleunigung als von der Fahrerassistenzvorrichtung F vorgegeben erfordern.
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In einem vierten Beispiel wird das Fahrzeug ebenfalls teil- oder vollautomatisiert von der Fahrerassistenzvorrichtung F geführt, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung F einen möglichst für einen Fahrzeuginsassen als angenehm empfundenen Fahrspurwechsel durchführen soll. Dabei können beispielweise bei einem Fahrspurwechsel zum Überholen eines vorausfahrenden Fahrzeuges die maximale Längs- und Querbeschleunigung amax, aymax abhängig vom Zeitabstand zum überholenden Fahrzeug bestimmt werden.
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In einem fünften Beispiel kann in ähnlicher Weise bei einem Wiedereinscheren auf die Ausgangsfahrspur die maximale Längs- und Querbeschleunigung amax, aymax abhängig vom Zeitabstand eines rückwärtigen Verkehrs bestimmt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die maximale Längs- und Querbeschleunigung amax, aymax angepasst wird, wenn sich Einsatzfahrzeuge, wie z. B. Polizei-, Feuerwehr- und/oder Rettungsfahrzeuge von hinten annähern.
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In einem sechsten Beispiel wird ein Fahrspurwechsel gemäß dem vierten Beispiel mit einer vergleichsweise geringen Querbeschleunigung begonnen, wobei der Fahrspurwechsel abgebrochen werden muss. Dabei kann ein gewünschtes kollisionsfreies Zurückfahren in eine Ausgangsfahrspur eine temporär höhere Querbeschleunigung erfordern. Z. B. können solche Fahrspurwechselabbrüche erforderlich sein, wenn sich Fahrzeuge mit einer hohen Relativgeschwindigkeit von hinten annähern.
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In einem siebten Beispiel kann aus Sicherheitsgründen die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax abhängig von der Fahrgeschwindigkeit v begrenzt werden.
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Insbesondere werden bei hohen Fahrgeschwindigkeiten v nur Fahrspurwechsel mit vergleichsweise niedriger Querbeschleunigung zugelassen. Diese Anpassung erfolgt in der Grenzwertkoordinationseinheit 8. Alternativ oder zusätzlich kann die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax aus Sicherheitsgründen auch abhängig von einer Fahrbahnkrümmung und/oder der Längsbeschleunigung angepasst werden. Die maximal zugelassene Längs- und Querbeschleunigung amax, aymax können in Abhängigkeit eines aktuellen Straßenzustands, welcher z. B. durch Nässe, Schnee und/oder Eis charakterisierbar ist, in der Grenzwertkoordinationseinheit 8 angepasst werden.
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Ein Zusammenhang zwischen einem das fahrdynamische Verhalten kennzeichnenden Grenzwertes und einem Kritikalitätsmaß m_krit_ldyn, m_krit_qdyn ist in den 2 und 3 näher dargestellt.
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Dazu zeigen die 2 und 3 jeweils ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem mit einer Abszisse und einer Ordinate. Der Ordinate ist die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax und der Abszisse das zweite Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn zugeordnet. Dabei ist zu erkennen, dass ein Wert für die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax mit einem Wert für das zweite Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn steigt, wobei ein niedriger Wert für das zweite Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn einer vergleichsweise unkritischen Fahrsituation und ein hoher Wert einer sehr kritischen Fahrsituation entspricht. In 2 ergeben sich abhängig von dem zweiten Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn diskrete Werte für die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax. Dahingegen ergeben sich in 3 abhängig von dem zweiten Kritikalitätsmaß m_krit_qdyn kontinuierliche Werte für die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax, so dass das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs kontinuierlich angepasst und damit vorzugsweise eine Fahrsicherheit erhöht werden kann.
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In 4 ist ein Zusammenhang zwischen der Fahrgeschwindigkeit v und der maximal zugelassenen Querbeschleunigung aymax in einem weiteren zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem mit einer Abszisse und einer Ordinate dargestellt, wobei der Ordinate die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax und der Abszisse die Fahrgeschwindigkeit v zugeordnet ist. Dabei ist zu erkennen, dass je höher ein Wert für die Fahrgeschwindigkeit ist, desto niedriger ist der Wert für die maximal zugelassene Querbeschleunigung aymax.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lokalisierungseinheit
- 2
- Umgebungserfassungseinheit
- 3
- Objekterkennungseinheit
- 4
- Fahrzustandserkennungseinheit
- 5
- Situationsbewertungs- und Entscheidungseinheit
- 6
- erste Kritikalitätsbestimmungseinheit
- 7
- zweite Kritikalitätsbestimmungseinheit
- 8
- Grenzwertkoordinationseinheit
- 9
- Längsdynamik-Trajektorienplanungseinheit
- 10
- Querdynamik-Trajektorienplanungseinheit
- 11
- Längsregelungseinheit
- 12
- Querregelungseinheit
- 13
- erstes Stellglied
- 14
- zweites Stellglied
- 15
- drittes Stellglied
- F
- Fahrerassistenzvorrichtung
- Uant
- erste Führungsgröße
- UBr
- zweite Führungsgröße
- ULenk
- dritte Führungsgröße
- ZL
- erste Zustandsgröße
- ZU
- zweite Zustandsgröße
- ZO
- dritte Zustandsgröße
- ZF
- vierte Zustandsgröße
- amax
- maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung
- amin
- minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung
- atrj
- Trajekorien-Längsbeschleunigung
- aymax
- maximal zugelassene Querbeschleunigung
- ctrj
- Trajekorien-Krümmung
- m_krit_ldyn
- erstes Kritikalitätsmaß
- m_krit_qdyn
- zweites Kritikalitätsmaß
- strj
- Trajekorien-Längsabstand
- v
- Fahrgeschwindigkeit
- vtrj
- Trajekorien-Fahrgeschwindigkeit
- vZiel
- Zielfahrgeschwindigkeit
- yZiel
- Zielquerversatz
- ytrj
- Trajekorien-Lateralposition
- ψtrj
- Trajekorien-Kurswinkel
- ψpmax
- maximal zugelassene Gierwinkelgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO-Norm ISO 22179 [0004]
