DE102013209575A1

DE102013209575A1 - Spurhaltesystem unter verwendung einer hinteren kamera

Info

Publication number: DE102013209575A1
Application number: DE102013209575.9A
Authority: DE
Inventors: Jin-woo Lee; Bakhtiar Brian Litkouhi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: US8494716B1; CN103448723A; DE102013209575B4; CN103448723B

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, um eine gewünschte Position auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten, umfasst, dass eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung überwacht wird und eine Fahrzeugsensorinformation überwacht wird. Eine Information einer vorderen Position wird auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position projiziert, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird. Auf der Grundlage der Fahrzeugsensorinformation wird eine vordere Fahrbahnkrümmung geschätzt. Eine Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug wird auf der Grundlage der projizierten Information einer vorderen Position und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung modelliert, um eine Information einer gewünschten Fahrzeugposition zu ermitteln. Eine Information einer zukünftigen Fahrzeugposition wird in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung vorhergesagt. Die Information einer gewünschten Fahrzeugposition wird mit der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition verglichen, und es wird ein Lenkbefehl auf der Grundlage einer Abweichung der Information einer vorhergesagten zukünftigen Position von der Information einer gewünschten Fahrzeugposition erzeugt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf autonom und semiautonom fahrende Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich eine Hintergrundinformation bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung bezieht. Dementsprechend sind solche Aussagen nicht dazu bestimmt, Stand der Technik darzustellen.
Autonom und semiautonom fahrende Fahrzeuge können eine Fahrsteuerung mit minimalem oder ohne Fahrereingriff bereitstellen. Tempomatsysteme ermöglichen dem Fahrzeugbediener, eine bestimmte Geschwindigkeit für das Fahrzeug einzustellen, und das Tempomatsystem hält die eingestellte Geschwindigkeit aufrecht, ohne dass der Fahrer die Drosselklappe betreibt. Systeme eines adaptiven Tempomaten halten die eingestellte Geschwindigkeit aufrecht, verlangsamen jedoch das Fahrzeug auch automatisch in dem Fall, dass ein sich langsamer bewegendes vorausfahrendes Fahrzeug unter Verwendung von verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise Radar und Kameras, detektiert wird. Bestimmte Fahrzeuge stellen auch ein autonomes Einparken bereit, wobei das Fahrzeug automatisch eine Freihandlenksteuerung bereitstellt, um das Fahrzeug einzuparken.
Es ist bekannt, ein Fahrzeug auf der Grundlage einer Modellerstellung einer Fahrbahn vor dem Fahrzeug in der Nähe der Mitte einer Spur auf der Straße zu halten, wobei ein Sichtsystem verwendet wird, das Bilder der Fahrbahn vor dem Fahrzeug erfasst. Einige Fahrzeuge sind mit einem Sichtsystem ausgestattet, um Bilder der Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu erfassen. Es werden jedoch hintere Kameras zum Erfassen von Bildern hinter dem Fahrzeug üblicher, beispielsweise, um eine zusätzliche Fahrerinformation für eine Rückfahrverbesserung bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, um eine gewünschte Position auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten, umfasst, dass eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung überwacht wird und eine Fahrzeugsensorinformation überwacht wird. Eine Information einer vorderen Position wird auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position projiziert, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird. Auf der Grundlage der Fahrzeugsensorinformation wird eine vordere Fahrbahnkrümmung geschätzt. Auf der Grundlage der projizierten Information einer vorderen Position und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung wird eine Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug modelliert, um eine Information einer gewünschten Fahrzeugposition zu ermitteln. In Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation wird auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung eine Information einer zukünftigen Fahrzeugposition vorhergesagt. Die Information einer gewünschten Fahrzeugposition wird mit der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition verglichen, und auf der Grundlage einer Abweichung der Information einer vorhergesagten zukünftigen Position von der Information einer gewünschten Fahrzeugposition wird ein Lenkbefehl erzeugt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein beispielhaftes Fahrzeug, ausgestattet mit einem Spurhaltesystem, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 einen Spurhaltecontroller zum Steuern eines autonomen oder semiautonomen Fahrzeugs, um eine gewünschte Position auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 das Fahrzeug von 1, das entlang einer Fahrbahn fährt, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 eine graphische Darstellung, die einen hinteren Sichtbereich einer hinteren Kamera, die eine Fahrzeuginformation hinter dem Fahrzeug überwacht, und einen vorderen Sichtbereich einer vorderen Kamera, die eine Fahrzeuginformation vor dem Fahrzeug überwacht, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ein Fahrzeug, ausgestattet mit sowohl einer vorderen als auch einer hinteren Kamera, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6–8 das Fahrzeug von 1, das auf einer Fahrbahn fährt, wobei eine Positionsinformation des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn in Verbindung gebracht wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen;
9–12 das Fahrzeug von 1, das auf einer Fahrbahn fährt, wobei eine Information einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, eine Fahrzeugpositionsinformation und eine Fahrzeugsensorinformation in Verbindung gebracht werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen;
13 ein Flussdiagramm zum Steuern eines autonomen oder semiautonomen Fahrzeugs zum Aufrechterhalten einer gewünschten Position auf einer Fahrbahn auf der Grundlage einer überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektion gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, bei denen die Darstellungen lediglich dem Zweck des Erläuterns bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Einschränkens dieser dienen, zeigt 1 ein autonomes oder semiautonomes Fahrzeug 10, das mit einem Spurhaltesystem ausgestattet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110; ein Lenksystem 112; ein Brems- und Drehmomentdifferenzsystem 114; hintere Detektionseinrichtungen zum Überwachen einer Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug 10, die eine hintere Kamera 1, eine hintere Lidareinrichtung 102, eine hintere Radareinrichtung 103, eine hintere Lasereinrichtung 104 umfassen; einen Fahrzeug-Fahrzeug-Informationstransceiver 106; einen Fahrzeug-Infrastruktur-Informationsempfänger 108; Fahrzeuginformationssensoren, die einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130, einen vorderen Lenkwinkelsensor 132, einen hinteren Lenkwinkelsensor 134, einen Gierratensensor 136 umfassen; und eine GPS-Einrichtung 145. Die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 umfasst einen Spurhaltecontroller 200 (siehe 2) und einen programmierbaren Prozessor, der eine Programmierung umfasst, um verschiedene Eingänge zu überwachen und zu ermitteln, welche Fahrzeugsensorinformation und welche überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug geeignet ist, um eine gewünschte Fahrzeugposition auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten. Die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 100 kann direkt mit verschiedenen Systemen und Einrichtungen kommunizieren, oder die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 kann über ein LAN/CAN-System 115 kommunizieren. Die hintere Kamera 1 ist eine Bilderfassungseinrichtung, die periodische oder sequentielle Bilder aufnimmt, die eine Sicht hinter dem Fahrzeug 10 darstellen. Die hintere Lidareinrichtung 102 umfasst eine Einrichtung, die in der Technik bekannt ist und die Distanz zu oder andere Eigenschaften einer Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug messen kann, indem die Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug mit Licht beleuchtet wird. Die hintere Radareinrichtung 103 umfasst eine Einrichtung, die in der Technik bekannt ist und eine elektromagnetische Strahlung verwendet, um eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug zu detektieren. Die hintere Lasereinrichtung 104 umfasst eine Einrichtung, die in der Technik bekannt ist und die Distanz zu einer Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug messen kann, indem Impulse von Mikrowellen oder Funkwellen verwendet werden, die auf das Ziel hinter dem Fahrzeug projiziert werden. Der Fahrzeug-Fahrzeug-Informationstransceiver 106 kann mit anderen Fahrzeugen 102 auf einer Fahrbahn kommunizieren, um eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug zu überwachen. Der Fahrzeug-Infrastruktur-Empfänger 108 kann eine überwachte Fahrbahninformation empfangen, die von Infrastruktursendern 190 übertragen wird, die sich entlang einer Fahrbahn befinden. Der beispielhafte Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130, der vordere Lenkwinkelsensor 132, der hintere Lenkwinkelsensor 134 und der Gierratensensor 136 sind derart gezeigt, dass sie Fahrzeuginformationssensoren darstellen, die den Fahrzeugbetrieb einschließlich Fahrzeugbewegungsparametern beschreiben, wobei die Offenbarung jedoch jegliche Sensoren zur Verwendung durch das Spurhaltesystem zu umfassen beabsichtigt. Die GPS-Einrichtung 145 ist eine Einrichtung, die in der Technik bekannt ist, um mit Ressourcen außerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise dem Satellitensystem 180, zu kommunizieren. Die GPS-Einrichtung 145 kann in Verbindung mit einer 3D-Kartendatenbank verwendet werden, die eine detaillierte Information bezüglich einer globalen Koordinate umfasst, die durch die GPS-Einrichtung 145 bezüglich des aktuellen Orts des Fahrzeugs empfangen wird, und wobei eine zuvor durchfahrene GPS-Information verfolgt wird. Die GPS-Einrichtung 145 kann in Verbindung mit der 3D-Kartendatenbank auch als hintere Detektionseinrichtung fungieren, um eine Straßeninformation hinter dem Fahrzeug zu überwachen. Das Lenksystem 112 kann verwendet werden, um das Fahrzeug auf der Grundlage eines Lenkbefehls autonom zu steuern, um die gewünschte Fahrzeugposition entlang einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten. Das Drehmoment- und Bremsdifferenzsystem 114 kann auch verwendet werden, um das Fahrzeug auf der Grundlage des Lenkbefehls autonom zu steuern, um die gewünschte Fahrzeugposition entlang einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten.
Dementsprechend kann die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 ermitteln, ob das Spurhalten aktuell eingeschaltet ist und ob eine Fahrbahninformation überwacht werden kann (d. h. eine hintere Detektionseinrichtung zur Verfügung steht). Die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 kann ermitteln, ob das Lenksystem 112 und/oder das Drehmoment- und Bremsdifferenzsystem 114 den Lenkbefehl annehmen können, um das Fahrzeug autonom zu steuern, um die gewünschte Fahrzeugposition entlang der Fahrbahn aufrecht zu erhalten. Die Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 kann das Spurhaltesystem einschalten.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Spurhaltecontrollers (LKC) 200 zum Bereitstellen einer Steuerung für ein Spurhalten eines autonomen oder semiautonomen Fahrzeugs, wie beispielsweise des in 1 gezeigten Fahrzeugs 10, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der LKC 200 kann in der Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 integriert sein. Der LKC 200 umfasst ein Fahrzeugsensormodul 202, ein GPS-Modul 204, ein Modul 206 für eine hintere Detektionseinrichtung, ein Spurhaltesteuermodul 208 und ein Lenkmodul 210. Das Spurhaltemodul 208 umfasst ein Modul 214 für eine Information einer vorderen Position, ein Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung, ein Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position, ein Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position, eine Vergleichseinheit 226 und ein Lenkbefehlmodul 228. Das Modul 214 für eine Information einer vorderen Position umfasst ferner ein Modul 216 für eine Information einer hinteren Position und ein Modul 218 für eine Kompensation einer geometrischen Verzögerung.
Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe umfassen eines oder verschiedene Kombinationen eines/r oder mehrerer anwendungsspezifischen/r integrierten/r Schaltkreise(s) (ASIC), elektronischen/r Schaltkreise(s), zentralen/r Verarbeitungseinheit(en) (vorzugsweise Mikroprozessor(en)) und einen zugeordneten Speicher (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplatte etc.), die ein(e) oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, Schaltkreise(s) einer kombinatorischen Logik, Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise(s) und -Einrichtungen, geeigneten Signalkonditionierungs- und -pufferschaltung und andere geeignete Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe umfassen jegliche von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden beispielsweise durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Modul 206 für eine hintere Detektionseinrichtung umfasst eine hintere Detektionseinrichtung, wie beispielsweise die hintere Kamera 1 von 1. Die hintere Detektionseinrichtung kann ferner eine hintere Kamera und/oder eine hintere Lidareinrichtung und/oder eine hintere Lasereinrichtung und/oder eine Fahrzeug-Fahrzeug-Information und/oder eine Fahrzeug-Infrastruktur-Information umfassen. Die Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug kann überwacht werden, indem eine durch mehr als eine der hinteren Detektionseinrichtungen erhaltene Information unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren vereinigt wird. Die Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug kann unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung, wie beispielsweise der hinteren Kamera 1, überwacht werden. Der Einfachheit halber wird in der Offenbarung eine hintere Kamera austauschbar mit der hinteren Detektionseinrichtung verwendet. Die hintere Detektionseinrichtung überwacht die Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug. Die überwachte Fahrbahninformation kann dem Modul 216 für eine Information einer hinteren Position des Moduls 214 für eine Positionsinformation bereitgestellt werden. Die überwachte Fahrbahninformation kann Straßenränder, Seitenstreifen und Fahrspurmarkierungen umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug eine Spurmarkierung eines rechten Rands und eine Spurmarkierung eines linken Rands. Das Modul 214 für eine Positionsinformation projiziert eine Information 234 einer vorderen Position auf der Grundlage einer Information 232 einer hinteren Position, die von der überwachten Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug erhalten wird.
3 zeigt graphisch das Fahrzeug 10 von 1, das entlang einer Fahrbahn fährt. Die hintere Kamera 1, die in der Nähe des hinteren Endes des Fahrzeugs angeordnet ist, weist einen Sichtwinkel 12 auf, um Spurmarkierungen 14 (z. B. Spurmarkierungen eines linken und rechten Rands) hinter dem Fahrzeug zu erfassen. Wenn vorhergesagt wird, dass sich das Fahrzeug außerhalb der Spurmarkierungen 14 befindet, wie es durch die vertikale Linie 20 angegeben ist, kann ein Lenkbefehl erzeugt werden, um das Fahrzeug autonom zu einer Spurmitte (d. h. einer gewünschten Fahrzeugposition) zwischen den Spurmarkierungen 14 zu steuern.
Die graphische Darstellung 401 von 4 zeigt das Vergleichen eines hinteren Sichtbereichs 16 einer hinteren Kamera, die eine Fahrbahninformation, wie beispielsweise eine Positionsinformation von Spurmarkierungen in Bezug auf das Fahrzeug, hinter dem Fahrzeug (z. B. eine hintere Fahrbahninformation) überwacht, und eines vorderen Sichtbereichs 18 einer vorderen Kamera, die eine Fahrbahninformation, wie beispielsweise eine Positionsinformation von Spurmarkierungen in Bezug auf das Fahrzeug, vor dem Fahrzeug (z. B. eine vordere Fahrbahninformation) überwacht. Die horizontale Achse bezeichnet die Zeit in Sekunden, und die vertikale Achse bezeichnet einen seitlichen Abstand des Fahrzeugs von den Spurmarkierungen auf der linken Seite des Fahrzeugs in Metern. 5 zeigt ein Fahrzeug 10', das mit sowohl einer vorderen als auch einer hinteren Kamera 21' bzw. 21 ausgestattet ist. 5 ist jedoch nur als Leistungsvergleich für den Zweck des Vergleichens einer Fahrbahninformation, die hinter dem Fahrzeug unter Verwendung der hinteren Kamera 21 überwacht wird, und einer Fahrbahninformation, die vor dem Fahrzeug unter Verwendung der vorderen Kamera 21' überwacht wird, gezeigt. Es sei angemerkt, dass sich hierin erläuterte Ausführungsformen auf Fahrzeuge richten, die nur mit einer hinteren Detektionseinrichtung, z. B. einer hinteren Kamera 21, ausgestattet sind. Die vordere Kamera 21' kann eine Fahrbahninformation, wie beispielsweise Spurmarkierungen 26, vor dem Fahrzeug 10' überwachen. Die vordere Kamera 21' weist einen vorderen Sichtbereich in einer ersten Richtung 13' und einen entsprechenden vorderen Sichtwinkel 12' auf. Die hintere Kamera 21 kann eine Fahrbahninformation, wie beispielsweise Spurmarkierungen 26, hinter dem Fahrzeug 10' überwachen. Die hintere Kamera 21 weist einen hinteren Sichtbereich in einer zweiten Richtung 13 und einen entsprechenden hinteren Sichtwinkel 12 auf. Die hintere Kamera 21 ist eine Distanz 24 hinter der vorderen Kamera 21' angeordnet. Bei einer Ausführungsform beträgt die Distanz 24 drei (3) Meter. Aufgrund der Abweichung der Sichtwinkel zwischen der vorderen und der hinteren Kamera kann die überwachte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug unter Verwendung der vorderen Kamera 21' näher oder weiter entfernt sein als die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung der hinteren Kamera 21. Ähnlich kann der Sichtwinkel der hinteren Kamera breiter sein als der Sichtwinkel der vorderen Kamera. Diese Beobachtung zwischen der vorderen und der hinteren Kamera 21' bzw. 21 kann als geometrische Verzögerung bezeichnet werden. Wieder auf 4 Bezug nehmend zeigt die graphische Darstellung 401 einen Abstandbereich 25, der eine Abweichung der Distanz zu der überwachten Fahrbahninformation (d. h. Spurmarkierungen 26) unter Verwendung der hinteren Kamera 21 und unter Verwendung der vorderen Kamera 21' zeigt. Der Abstandbereich 25 kann aus der Tatsache resultieren, dass der hintere Sichtwinkel 12 der hinteren Kamera 21 breiter ist als der vordere Sichtwinkel 12' der vorderen Kamera 21'. Bei diesem Beispiel ist die überwachte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug unter Verwendung der vorderen Kamera 21' weiter entfernt als die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung der hinteren Kamera 21. Aufgrund der Distanz 24, die sich die hintere Kamera 21 hinter der vorderen Kamera 21' befindet, wird die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung der hinteren Kamera 21 ferner nach der überwachten Fahrbahninformation vordem Fahrzeug unter Verwendung der vorderen Kamera 21' gemessen. Eine Messverzögerung 27 zeigt die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug, die nach der überwachten Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug überwacht wird. Daher muss eine geometrische Verzögerung, wie beispielsweise der Abstandbereich 25 und die Messverzögerung 27, berücksichtigt werden, wenn eine Fahrbahninformation ausschließlich durch eine hintere Kamera überwacht wird. Es sei angemerkt, dass eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug ausschließlich durch eine hintere Kamera an Fahrzeugen, die nur mit einer hinteren Kamera ausgestattet sind, oder in Situationen, in denen ein Fahrzeug mit sowohl einer vorderen als auch einer hinteren Kamera ausgestattet ist, die vordere Kamera jedoch aufgrund eines Ausfalls oder anderer Umstände nicht funktionsfähig ist, überwacht werden kann.

6–8 zeigen ein Fahrzeug, das auf einer Fahrbahn fährt, wie beispielsweise das Fahrzeug 10 von 1, wobei eine Positionsinformation des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahn in Verbindung gebracht wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Fahrbahninformation wird innerhalb eines hinteren Sichtwinkels 120 hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung, wie beispielsweise einer hinteren Kamera 1 von 1, überwacht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug eine Spurmarkierung eines linken Rands einer Fahrspur hinter dem Fahrzeug und eine Spurmarkierung eines rechten Rands der Fahrspur hinter dem Fahrzeug umfassen. Tabelle 1 wird als Schlüssel für 6–8 bereitgestellt, wobei die numerisch bezeichnete Positionsinformation und die entsprechenden Symbole und/oder Beschreibungen wie folgt ausgeführt werden. Tabelle 1

GRÖSSE	GRÖSSENBESCHREIBUNG
120	Hinterer Sichtwinkel.
24	L-Längsabstand der hinteren Detektionseinrichtung von einer Fahrzeugmitte.
30	θ_r – hinterer Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs.
32	θ_f – vorderer Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs.
34	y_lr – hinterer seitlicher Abstand des Fahrzeugs.
36	y_lf – vorderer seitlicher Abstand des Fahrzeugs.
38	ρ – geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung.
40	Δρ – Ableitung der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung.
42	y(x) – modellierte Fahrbahn, berechnet unter Verwendung von Gl. [1].
44	X – Fahrzeuglängsachse.

In Bezug auf 2 und 6–8 empfängt das Modul 216 für eine Information einer hinteren Position die überwachte Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug von dem Modul 206 für eine hintere Detektionseinrichtung. Das Modul 206 für eine Information einer hinteren Position erhält die Information 232 einer hinteren Position von der überwachten Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug. Die erhaltene Information 232 einer hinteren Position kann einen hinteren seitlichen Abstand y_lr 34 des Fahrzeugs von der überwachten Fahrbahninformation und einen hinteren Fahrtrichtungswinkel θ_r 30 des Fahrzeugs in Bezug auf die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug (d. h. ein Fahrbahnrand oder eine Spurmarkierung) umfassen. Es sei angemerkt, dass, obwohl nur der hintere seitliche Abstand y_lr 34 des Fahrzeugs und der hintere Fahrtrichtungswinkel θ_r 30 des Fahrzeugs, die für die linke Seite des Fahrzeugs 10 erhalten werden, in 6–8 gezeigt sind, die Information 232 einer hinteren Position ferner einen hinteren seitlichen Abstand des Fahrzeugs und einen hinteren Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs, die für die rechte Seite des Fahrzeugs 10 erhalten werden, umfassen kann. Die Information 232 einer hinteren Position wird in ein Modul 218 für eine Kompensation einer geometrischen Verzögerung eingegeben.
Wie zuvor erwähnt muss die geometrische Verzögerung aufgrund der Tatsache, dass die hintere Kamera 1 in der Nähe des hinteren Endes des Fahrzeugs angeordnet ist und einen breiten hinteren Sichtwinkel 120 aufweist, kompensiert werden, um die Information 234 einer vorderen Position zu projizieren. Das Modul 218 für eine Kompensation einer geometrischen Verzögerung wendet geometrische Beziehungen auf die erhaltene Information 232 einer hinteren Position, die y_lr 34 und θ_r 30 umfasst, an, um die geometrische Verzögerung zu kompensieren und auf diese Weise die Information 234 einer vorderen Position zu projizieren. Die Information 234 einer vorderen Position kann einen vorderen seitlichen Abstand y_lf 36 des Fahrzeugs von einer vorderen Fahrbahninformation (z. B. Fahrbahnrand oder Spurmarkierung) und einen vorderen Fahrtrichtungswinkel θ_f 32 des Fahrzeugs in Bezug auf die vordere Fahrbahninformation (z. B. ein Fahrbahnrand oder eine Spurmarkierung) auf einer linken Seite des Fahrzeugs (z. B. eine Spurmarkierung eines linken Rands) umfassen. Die vordere Fahrbahninformation ist lediglich eine Fahrbahninformation, die nach vorne zu einem Ort, L 24, in der Nähe der Fahrzeugmitte von der Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug projiziert wird. Es sei angemerkt, dass die Information 234 einer vorderen Position ferner einen vorderen seitlichen Abstand von einer vorderen Fahrbahninformation und einen vorderen Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs in Bezug auf die vordere Fahrbahninformation auf einer rechten Seite des Fahrzeugs (z. B. eine Spurmarkierung eines rechten Rands) umfassen kann.
7 zeigt eine gerade Fahrbahn 42'. Somit gibt die überwachte Fahrbahninformation 230 unter Verwendung der hinteren Kamera 1 keine Fahrbahnkrümmung an. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können θ_f 32 und y_lf 36 für eine gerade Fahrbahn projiziert werden, indem geometrische Beziehungen auf die erhaltene Information einer hinteren Position angewandt werden wie folgt: θ_f = θ_r [1] y_lf = tan(θ_r)·L + y_lr [2] wobei L der Längsabstand der hinteren Kamera von der Fahrzeugmitte ist.
Es sei angemerkt, dass, während das Fahrzeug 10 keine vordere Kamera umfassen muss oder aktuell keine verwenden muss, der Ort der Fahrzeugmitte einem Ort entsprechen kann, an dem die vordere Kamera angeordnet wäre.
Somit zeigt Gleichung [2], dass y_lf 36 auf einer Tangente von θ_r 30, L und y_lr 34 basiert, wenn die überwachte Fahrbahninformation 230 hinter dem Fahrzeug keine Fahrbahnkrümmung angibt. Gleichung [1] zeigt, dass θ_f 32 gleich θ_r 30 ist.
8 zeigt eine gekrümmte Fahrbahn 42''. Somit gibt die überwachte Fahrbahninformation 230 unter Verwendung der hinteren Kamera 1 eine Fahrbahnkrümmung an. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können θ_f 32 und y_lf 36 für eine gekrümmte Fahrbahn projiziert werden, indem geometrische Beziehungen auf die erhaltene Information 232 einer hinteren Position angewandt werden wie folgt: tan(θ_f) = tan(θ_r) – L·ρ [3] y_lf = ρ / 2·L² – tan(θ_r)·L + y_lr [4] wobei ρ eine geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung 38 ist.
Somit zeigt Gleichung [4], dass, wenn die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug eine Fahrbahnkrümmung angibt, y_lf 36 auf einer Tangente von θ_r 30, L, ρ 38 und y_lr 34 basiert. Gleichung [3] zeigt, dass θ_f 32 auf θ_r 30, einer Kotangente von L und einer Kotangente von ρ 38 basiert.
Daher drücken die Gleichungen [1]–[4] aus, dass die projizierte Information 234 einer vorderen Position, die den vorderen seitlichen Abstand y_lf 36 des Fahrzeugs von der vorderen Fahrbahninformation und den vorderen Fahrtrichtungswinkel θ_f 32 des Fahrzeugs in Bezug auf die vordere Fahrbahninformation umfasst, auf geometrischen Beziehungen basiert, die auf den erhaltenen hinteren seitlichen Abstand Y_lf 34 des Fahrzeugs von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug und den hinteren Fahrtrichtungswinkel θ_r 30 des Fahrzeugs in Bezug auf die überwachte Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug angewandt werden. Die projizierte Information 234 einer vorderen Position wird in das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position eingegeben.
Das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position empfängt die projizierte Information 234 einer vorderen Position und die Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, die eine geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung ρ 38 und eine Ableitung Δρ 40 der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, gezeigt in 6, umfassen kann. Die Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung wird durch das Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung geschätzt und wird nachstehend ausführlicher erläutert. Das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position modelliert eine Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der projizierten Information 234 einer vorderen Position und der Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, um eine Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug zu ermitteln. Das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position kann die Fahrbahninformation 238 vor dem Fahrzeug unter Verwendung einer Polynomgleichung dritten Grades modellieren wie folgt. y(x) = Ax³ + Bx² + Cx + D [5]
Die Koeffizienten von Gl. [5] können wie folgt ausgedrückt werden: A = Δρ / 6 B = ρ / 2 C = tan(θ_f) D = y_lf [6] wobei

Δρ: die Ableitung 40 der vorderen Fahrbahnkrümmung ist,
ρ: die vordere Fahrbahnkrümmung 38 ist,
θ_f: der vordere Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs in Bezug auf die vordere Fahrbahninformation 32 ist und
y_lf: der vordere seitliche Abstand 36 des Fahrzeugs von der vorderen Fahrbahninformation 36 ist.

Das Einsetzen der Gleichungen [1] und [2] in Gleichung [5] liefert ein Fahrbahnmodell für eine gerade Fahrbahn ohne Fahrbahnkrümmung wie folgt. y(x) = tan(θ_r)·x + tan(θ_r)·L + y_lr [7]
Und das Einsetzen der Gleichungen [3] und [4] in Gleichung [5] liefert ein Fahrbahnmodell für eine gekrümmte Fahrbahn mit einer Fahrbahnkrümmung wie folgt: y(x) = ρ / 2x² + (tan(θ_r) – L·ρ)x + ρ / 2·L² – tan(θ_r)·L + y_lr [8]
Die Gleichungen [7] und [8] zeigen das Fahrbahnmodell für eine rechte Seite des Fahrzeugs. Ähnlich kann unter Verwendung der Gleichungen [7] und [8] ein Fahrbahnmodell für die linke Seite des Fahrzeugs berechnet werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die modellierte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug eine modellierte Spurmarkierung eines linken Rands einer Fahrspur vor dem Fahrzeug und eine modellierte Spurmarkierung eines rechten Rands der Fahrspur vor dem Fahrzeug umfassen. Dementsprechend kann das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position eine Spurmitte auf der Grundlage eines Mittelwerts zwischen den modellierten Spurmarkierungen eines rechten und eines linken Rands ermitteln. Mit anderen Worten kann die modellierte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug bei einer beispielhaften Ausführungsform Spurmarkierungen eines linken und eines rechten Rands einer Spur und eine Mitte der Spur umfassen. Bei der beispielhaften Ausführungsform modelliert das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position auf diese Weise die Fahrbahn vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der Gleichung [7] oder [8] und ermittelt es die Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug und auf der Grundlage der ermittelten Spurmitte. Die Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition kann einen gewünschten seitlichen Abstand y_des des Fahrzeugs von der modellierten Fahrbahninformation zu der Spurmitte und eine gewünschte Fahrtrichtung θ_des des Fahrzeugs in Bezug auf die Spurmitte umfassen, d. h. wenn es gewünscht ist, dass das Fahrzeug eine Spurmitte einer modellierten Spur, definiert durch Spurmarkierungen, aufrecht erhält. Beispielsweise kann y_des von den Spurmarkierungen eines rechten Rands zu der Spurmitte ermittelt werden, wenn das Fahrzeug sich rechts der Spurmitte befindet. Ähnlich kann y_des von den Spurmarkierungen eines linken Rands zu der Spurmitte ermittelt werden, wenn sich das Fahrzeug links der Spurmitte befindet. Die Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition kann dann dem Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position und der Vergleichseinheit 226 bereitgestellt werden.

9–12 zeigen ein Fahrzeug, das auf einer Fahrbahn fährt, wie beispielsweise das Fahrzeug 10 von 1, wobei eine Information einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, eine Fahrzeugpositionsinformation und eine Fahrzeugsensorinformation in Verbindung gebracht werden. Tabelle 2 wird als Schlüssel für 9–12 bereitgestellt, wobei die Information einer vorderen Fahrbahnkrümmung, die Fahrzeugpositionsinformation und die Fahrzeugsensorinformation, die numerisch gekennzeichnet sind, und die entsprechenden Symbole und/oder Beschreibungen wie folgt ausgeführt werden. Tabelle 2

GRÖSSE	GRÖSSENBESCHREIBUNG
43	Auf der Grundlage der modellierten Fahrbahn y(x) unter Verwendung von Gl. [5] modellierte Spurmitte
50	R – Bahnradius gleich dem Kehrwert der Fahrbahnkrümmung, 1/ρ
52	ρ_GPS – zuvor durchfahrene Fahrbahnkrümmung
54	V – Fahrzeuggeschwindigkeit
56	v_y – Fahrzeugquergeschwindigkeit
58	v_x – Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
60	δ – Lenkwinkel
62	δ_F – Vorderradlenkwinkel
64	δ_R – Hinterradlenkwinkel
66	D – Achsabstand
68	r – Fahrzeuggierrate
70	θ – gewünschter Fahrzeugfahrtrichtungswinkel θ_des, berechnet unter Verwendung von Gleichung [5], oder vorhergesagter zukünftiger Fahrzeugfahrtrichtungswinkel θ_r, berechnet unter Verwendung von Gleichung [10]
72	a – Distanz von dem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu der Vorderachse
74	b – Distanz von dem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu der Hinterachse
75	y – gewünschter seitlicher Abstand y_des des Fahrzeugs, berechnet unter Verwendung von Gleichung [5], oder vorhergesagter zukünftiger seitlicher Abstand y_r des Fahrzeugs, berechnet unter Verwendung von Gleichung [10]
82	δ_cmd – Lenkwinkelbefehl
80	τ_cmd – Drehmomentbefehl

In Bezug auf 2, 9 und 10 kann das Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung eine vordere Fahrbahnkrümmung ρ 38 schätzen, die als die Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung dem Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position und dem Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position bereitgestellt wird. Die geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung ρ 38 basiert auf der Fahrzeugsensorinformation 240, die durch das Fahrzeugsensormodul 202 bereitgestellt wird und durch das Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung überwacht wird. Die Fahrzeugsensorinformation 240 kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit V 54, einen vorderen Lenkwinkel δ_F 62 und einen hinteren Lenkwinkel δ_R 64 umfassen. Das Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung kann zusätzlich die durch das GPS-Modul 204 bereitgestellte GPS-Information 242 überwachen. Das GPS-Modul kann eine GPS-Einrichtung, wie beispielsweise die GPS-Einrichtung 145, 1, und/oder ein Navigationssystem umfassen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schätzen der vorderen Fahrbahnkrümmung ρ 38 auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation 240, dass die zuvor durchfahrene GPS-Information 242 verfolgt wird. Die zuvor durchfahrene GPS-Information 242 kann dem Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung bereitgestellt werden. Wie in 9 gezeigt kann die zuvor durchfahrene Fahrbahnkrümmung ρ_GPS 52 auf der Grundlage der zuvor durchfahrenen GPS-Information 242 ermittelt werden und über einer Zeitdauer während des Fahrzeugbetriebs graphisch dargestellt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die zuvor durchfahrene Fahrbahnkrümmung ρ_GPS 52 auf der Grundlage der Fahrzeugsensorinformation 240 geschätzt werden, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung und Lenkwinkel umfasst, ohne dass die zuvor durchfahrene GPS-Information 242 überwacht wird. Dementsprechend kann das Modul 220 für eine vordere Fahrbahnkrümmung die vordere Fahrbahnkrümmung schätzen (z. B. Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung). Bei der beispielhaften Ausführungsform kann die geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung ρ (z. B. ρ 38, die in 6 gezeigt ist und als die Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung, gezeigt in 2, bereitgestellt wird) auf der Grundlage der zuvor durchfahrenen Fahrbahnkrümmung ρ_GPS und der überwachten Fahrzeugsensorinformation 240 wie folgt geschätzt werden:
wobei

K_us: ein Untersteuerungskoeffizient ist,
ρ: die geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung gleich 1 / R ist,
R: ein Bahnradius ist,
ρ_GPS: die zuvor durchfahrene Fahrbahnkrümmung ist,
g: die Schwerkraft ist,
α: ein Kalibrierungsparameter, 0 < α < 1, ist,
δ_F: ein Vorderradlenkwinkel ist und
δ_R: ein Hinterradlenkwinkel ist.

Die Information 236 einer vorderen Fahrbahnkrümmung, die die geschätzte vordere Fahrbahnkrümmung ρ 38 und die Ableitung Δρ 40 der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung umfasst, wird in das Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position und das Modul 224 für eine Information einer gewünschten Position eingegeben. Es sei angemerkt, dass Δρ 40 ρ 38, überwacht über einer Zeitdauer, ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform sagt das Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position eine Information 244 einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahn vorher. Es sei angemerkt, dass eine Zeitverzögerung in dem Spurhaltecontroller 200 aufgrund von Verzögerungen einer Bildverarbeitung von dem Modul 206 für eine hintere Kamera, einer Kommunikation und einer Aktorreaktion in dem Lenkmodul 210 beobachtet werden kann. Die Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition kompensiert diese Zeitverzögerung, indem die Fahrzeugsensorinformation 244, die Fahrzeugbewegungsparameter umfasst, berücksichtigt wird. Das Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position kann eine Differentialgleichung verwenden, um die Information 244 einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahn (z. B. enthalten in der Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition) auf der Grundlage der Fahrzeugsensorinformation 240 und der Information 236 einer geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung vorherzusagen wie folgt: x .r = A_rx_r + B_rδ + G_rρ [10] wobei δ der in 11 gezeigte Lenkwinkel 60 ist.
Die Koeffizienten von Gl. [10] können wie folgt ausgedrückt werden:
wobei

y_r: der vorhergesagte zukünftige seitliche Abstand 75 des Fahrzeugs von der modellierten Fahrbahninformation ist,
θ_r: der vorhergesagte zukünftige Fahrzeugfahrtrichtungswinkel in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation ist,
v_y: die Fahrzeugquergeschwindigkeit ist,
v_x: die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist,
R: die Fahrzeuggierrate ist,
C_f: die vordere Seitenführungssteifigkeit ist,
C_r: die hintere Seitenführungssteifigkeit ist,
m: die Fahrzeugmasse ist,
l: die Fahrzeugträgheit ist,
a: eine Distanz von dem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu der Vorderachse ist, und
b: eine Distanz von dem Schwerpunkt des Fahrzeugs zu der Hinterachse ist.

In Bezug auf 2 und 11 überwacht das Modul 222 für eine Information einer vorhergesagten Position die Fahrzeugsensorinformation, die die Fahrzeuggeschwindigkeit V 54, eine Fahrzeuggierrate r 68, den Lenkwinkel δ 60, die hintere Seitenführungssteifigkeit C_r und die vordere Seitenführungssteifigkeit C_f umfasst. Auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V 54 können Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x 58 und Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y 56 ermittelt werden. Die Differentialgleichung [10] sagt die Information 244 einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation 238 auf der Grundlage der Fahrzeuggierrate r 68, des Lenkwinkels δ 60, der hinteren Seitenführungssteifigkeit C_r, der vorderen Seitenführungssteifigkeit C_f, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x 58 und der Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y 56 vorher.
Wie zuvor erwähnt kann die modellierte Fahrbahninformation 238 eine modellierte Spurmarkierung eines linken Rands einer Fahrspur vor dem Fahrzeug und eine modellierte Spurmarkierung eines rechten Rands der Fahrspur vor dem Fahrzeug umfassen. Die modellierte Fahrbahninformation 238 kann eine Spurmitte umfassen, die auf der Grundlage des Mittelwerts zwischen den modellierten Spurmarkierungen eines linken und eines rechten Rands ermittelt wird. Die Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition kann einen vorhergesagten zukünftigen seitlichen Abstand y_r des Fahrzeugs von der modellierten Fahrbahninformation umfassen. Beispielsweise kann y_r aus den Spurmarkierungen eines rechten Rands ermittelt werden, wenn sich das Fahrzeug auf der rechten Seite der Spurmitte befindet. Ähnlich kann y_r aus den Spurmarkierungen eines linken Rands ermittelt werden, wenn sich das Fahrzeug auf der linken Seite der Spurmitte befindet. Die Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition kann ferner einen vorhergesagten zukünftigen Fahrtrichtungswinkel θ_r des Fahrzeugs in Bezug auf die ermittelte Spurmitte umfassen. Die Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition kann der Vergleichseinheit 226 geliefert werden und mit der Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition verglichen werden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform werden die Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition und die Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition in der Vergleichseinheit 226 verglichen. Eine Abweichung 246 der Information 244 einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition von der Information 238 einer gewünschten Fahrzeugposition kann auf der Grundlage des Vergleichs ermittelt werden. Die Abweichung 246 kann einen Fehler y_err des seitlichen Abstands des Fahrzeugs zwischen dem gewünschten seitlichen Abstand y_des des Fahrzeugs und dem vorhergesagten zukünftigen seitlichen Abstand y_r des Fahrzeugs umfassen. Die Abweichung 246 kann ferner einen Fehler θ_err des Fahrtrichtungswinkels des Fahrzeugs zwischen dem gewünschten Fahrtrichtungswinkel θ_des des Fahrzeugs und dem vorhergesagten zukünftigen Fahrtrichtungswinkel θ_r des Fahrzeugs umfassen. Die Fehlerinformation 246 wird dem Lenkbefehlmodul 228 geliefert.
Das Lenkbefehlmodul 246 erzeugt auf diese Weise einen Lenkbefehl 248 auf der Grundlage der Abweichung 246. Im Speziellen wird der Lenkbefehl 248 auf der Grundlage der Abweichung der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition von der Information einer gewünschten Fahrzeugposition erzeugt, um die Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition der Information einer gewünschten Fahrzeugposition anzunähern. Der Lenkbefehl 248 kann in das Lenkmodul 210 eingegeben werden, um einen Lenkwinkelbefehl δ_cmd 82 zu berechnen, um das Fahrzeug über eine vorbestimmte Zeitdauer zu steuern, um die Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition der Information einer gewünschten Fahrzeugposition anzunähern und auf diese Weise die Information einer gewünschten Fahrzeugposition aufrecht zu erhalten, d. h. die Spurmitte auf der Fahrspur einzuhalten.
Der Lenkwinkelbefehl δ_cmd 82 kann als Funktion über der Zeit wie folgt ausgedrückt werden: J = ∫ ΔT / 0{[yφ]_err·Q(t)·[ y / φ]_err + δ_front·R(t)·δ_front}dt [12] wobei

y_err: der Fehler des seitlichen Abstands des Fahrzeugs ist,
φ_err: der Fahrzeugfahrtrichtungsfehler ist,
δ_cmd: der Lenkwinkelbefehl ist,
Q(t): ein gewichteter Faktor ist, und
R(t): ein gewichteter Faktor ist.

Der Fehler y_err des seitlichen Abstands des Fahrzeugs kann wie folgt ausgedrückt werden. y_err = y_des – y_r [13]
Und der Fahrzeugfahrtrichtungsfehler kann wie folgt ausgedrückt werden. θ_err = θ_des – θ_r [14]
Es sei angemerkt, dass Fälle auftreten können, in denen das Spurhaltesystem keinen Lenkwinkelbefehl δ_cmd 82 annehmen kann. Dementsprechend kann das Lenkmodul 210 einen Differenzdrehmomentbefehl für einen Triebstrang des Fahrzeugs auf der Grundlage des Lenkbefehls und/oder einen Differenzbremsbefehl für den Triebstrang des Fahrzeugs auf der Grundlage des Lenkbefehls berechnen. Dementsprechend kann das Fahrzeug auf der Grundlage des erzeugten Lenkbefehls 248 über die vorbestimmte Zeitdauer gesteuert werden, um die Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition an die Information einer gewünschten Fahrzeugposition anzunähern. Die vorbestimmte Zeitdauer kann derart kalibriert werden, dass die Steuerung des Fahrzeugs, um das Fahrzeug anzunähern, nicht so abrupt erreicht wird, dass eine Unannehmlichkeit für den Fahrer oder ein Einwand des Fahrers verursacht wird.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform zeigt 13 ein Flussdiagramm 300 zum Steuern eines autonomen oder semiautonomen Fahrzeugs, um eine gewünschte Position auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten, wobei das Spurhaltesystem von 1 und der LKC 200 von 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Tabelle 3 wird als Schlüssel für 13 bereitgestellt, wobei die numerisch bezeichneten Kasten und die entsprechenden Funktionen wie folgt ausgeführt werden. Tabelle 3

GRÖSSE	GRÖSSENBESCHREIBUNG
302	Start.
304	Spurhalten ausgeschaltet.
306	Kann Fahrbahninformation überwacht werden (d. h. steht eine hintere Detektionseinrichtung zur Verfügung)?
308	Steht Fahrzeuglenksystem zur Verfügung?
310	Schalte Spurhalten ein.
312	Überwache Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung und einer Fahrzeugsensorüberwachungsinformation.
314	Projiziere Information einer vorderen Position auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird.
316	Schätze vordere Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und modelliere Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der Information einer projizierten Fahrzeugposition und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung.
318	Ermittle Information einer gewünschten Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation.
320	Sage Information einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung vorher.
322	Berechne einen Lenkwinkelbefehl (δ_cmd).
324	Nimmt das Lenksystem δ_cmd an?
326	Berechne den Drehmomentbefehl (τ_cmd).
328	Sende δ_cmd an das Lenksystem.

Das Flussdiagramm 300 verwendet das zuvor genannte Spurhaltesystem einschließlich der Spurhaltesystemverwaltungseinrichtung 110 von 1 und des LKS 200 von 2. Das Flussdiagramm 300 beginnt in Kasten 302 und fährt mit Kasten 304 fort, in dem das Spurhaltesystem ermittelt, das das Spurhaltesystem aktuell ausgeschaltet ist. Das Flussdiagramm fährt mit Entscheidungskasten 306 fort, in dem ermittelt wird, ob eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug überwacht werden kann (d. h. steht eine hintere Detektionseinrichtung zur Verfügung). Wenn keine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug überwacht werden kann, fährt das Flussdiagramm wieder mit Kasten 304 fort. Wenn eine Fahrbahninformation überwacht werden kann, fährt das Flussdiagramm 300 mit Entscheidungskasten 308 fort. Entscheidungskasten 308 ermittelt, ob das Fahrzeuglenksystem zur Verfügung steht. Wenn das Lenksystem nicht zur Verfügung steht, fährt das Flussdiagramm 300 wieder mit Kasten 304 fort. Wenn das Lenksystem zur Verfügung steht, fährt das Flussdiagramm 300 mit Kasten 310 fort, in dem ein Spurhalten eingeschaltet wird.
Kasten 312 überwacht eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung, wie beispielsweise einer hinteren Kamera 1 von 1, und einer Fahrzeugsensorüberwachungsinformation. Auf die Fahrzeugsensorinformation kann von dem Fahrzeugsensormodul 202 von 2 zugegriffen werden. Kasten 314 projiziert eine Information einer vorderen Position auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird, bevor mit Kasten 316 fortgefahren wird. Kasten 316 schätzt eine vordere Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und modelliert eine Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der Information einer projizierten Fahrzeugposition und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung. Es sei angemerkt, dass die Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug unter Verwendung von Gleichung [5] modelliert werden kann. Kasten 318 ermittelt eine Information einer gewünschten Fahrzeugposition (z. B. einen gewünschten seitlichen Abstand des Fahrzeugs in einen gewünschten Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs) in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation.
Kasten 320 sagt eine Information einer zukünftigen Fahrzeugposition (z. B. einen vorhergesagten zukünftigen seitlichen Abstand des Fahrzeugs und einen vorhergesagten zukünftigen Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs) in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung vorher. Die Fahrzeugsensorinformation kann eine durch fahrzeuginterne Sensoren überwachte Fahrzeugbewegungsinformation umfassen. Kasten 322 kann einen Lenkwinkelbefehl δ_cmd auf der Grundlage eines Lenkbefehls berechnen. Der Lenkbefehl kann auf der Grundlage einer Abweichung der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition von der Information einer gewünschten Fahrzeugposition erzeugt werden. Entscheidungskasten 324 ermittelt, ob das Lenksystem δ_cmd annimmt. Wenn das Lenksystem δ_cmd annimmt, fährt das Flussdiagramm 300 mit Kasten 328 fort, in dem δ_cmd dem Lenksystem bereitgestellt wird, um das Fahrzeug über eine vorbestimmte Zeitdauer zu steuern, um die Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition an die Information einer gewünschten Fahrzeugposition anzunähern. Wenn das Lenksystem δ_cmd nicht annimmt, fährt das Flussdiagramm 300 mit Kasten 326 fort, in dem ein Drehmomentbefehl τ_cmd auf der Grundlage des Lenkbefehls berechnet wird. τ_cmd kann einen Differenzdrehmomentbefehl für einen Triebstrang des Fahrzeugs umfassen.
Die Offenbarung beschrieb bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen dieser. Weitere Abwandlungen und Änderungen können für Dritte beim Lesen und Verstehen der Beschreibung ersichtlich werden. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als beste Ausführungsform offenbart ist/sind, die zur Ausführung dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, um eine gewünschte Position auf einer Fahrbahn aufrecht zu erhalten, das umfasst, dass: eine Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug unter Verwendung einer hinteren Detektionseinrichtung überwacht wird; eine Fahrzeugsensorinformation überwacht wird; eine Information einer vorderen Position auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position projiziert wird, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird; eine vordere Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation geschätzt wird; eine Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der projizierten Information einer vorderen Position und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung modelliert wird, um eine Information einer gewünschten Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation zu ermitteln; eine Information einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung vorhergesagt wird; die Information einer gewünschten Fahrzeugposition mit der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition verglichen wird; und ein Lenkbefehl auf der Grundlage einer Abweichung der Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition von der Information einer gewünschten Fahrzeugposition erzeugt wird, um die Information einer vorhergesagten zukünftigen Fahrzeugposition an die Information einer gewünschten Fahrzeugposition anzunähern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hintere Detektionseinrichtung eine hintere Kamera und/oder eine hintere Lidareinrichtung und/oder eine hintere Lasereinrichtung und/oder eine hintere Radareinrichtung und/oder eine Fahrzeug-Fahrzeug-Information und/oder eine GPS-Einrichtung in Verbindung mit einer 3D-Kartendatenbank und/oder eine Fahrzeug-Infrastruktur-Information umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Projizieren einer Information einer vorderen Position auf der Grundlage einer Information einer hinteren Position, die von der überwachten Fahrbahninformation hinter dem Fahrzeug erhalten wird, umfasst, dass: ein hinterer seitlicher Abstand des Fahrzeugs von der überwachten Fahrbahninformation und ein hinterer Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs in Bezug auf die überwachte Fahrbahninformation erhalten werden; geometrische Beziehungen auf den erhaltenen hinteren seitlichen Abstand des Fahrzeugs und den hinteren Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs angewandt werden, um eine geometrische Verzögerung zu kompensieren; und ein vorderer seitlicher Abstand des Fahrzeugs von einer vorderen Fahrbahninformation und ein vorderer Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs in Bezug auf eine vordere Fahrbahninformation auf der Grundlage der geometrischen Beziehungen projiziert werden, die auf den erhaltenen hinteren seitlichen Abstand des Fahrzeugs und den hinteren Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn die überwachte Fahrbahninformation keine Fahrbahnkrümmung angibt, der projizierte vordere seitliche Abstand des Fahrzeugs auf einer Tangente des hinteren Fahrtrichtungswinkels des Fahrzeugs, einem Längsabstand der hinteren Detektionseinrichtung von einer Fahrzeugmitte und dem hinteren seitlichen Abstand des Fahrzeugs basiert und der projizierte vordere Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs gleich dem hinteren Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn die überwachte Fahrbahninformation keine Fahrbahnkrümmung angibt, der projizierte vordere seitliche Abstand des Fahrzeugs auf einer Tangente des hinteren Fahrtrichtungswinkels des Fahrzeugs, einem Längsabstand der hinteren Detektionseinrichtung von einer Fahrzeugmitte, dem hinteren seitlichen Abstand des Fahrzeugs und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung basiert und der projizierte vordere Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs auf dem hinteren Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs, einer Kotangente des Längsabstands der hinteren Detektionseinrichtung von der Fahrzeugmitte und einer Kotangente der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der vorderen Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation umfasst, dass die vordere Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeuggierrate, der Querbeschleunigung, eines vorderen Lenkwinkels und eines hinteren Lenkwinkels geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der vorderen Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation umfasst, dass: eine zuvor durchfahrene GPS-Information verfolgt wird; eine zuvor durchfahrene Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der zuvor durchfahrenen GPS-Information ermittelt wird; und die vordere Fahrbahnkrümmung auf der Grundlage der zuvor durchfahrenen Fahrbahnkrümmung und der überwachten Fahrzeugsensorinformation geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modellieren der Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der projizierten Information einer vorderen Position und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung zum Ermitteln der gewünschten Fahrzeugpositionsinformation in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation umfasst, dass: ein Polynom verwendet wird, um die Fahrbahninformation vor dem Fahrzeug auf der Grundlage der projizierten Positionsinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung zu modellieren, wobei die modellierte Fahrbahninformation eine modellierte Spurmarkierung eines linken Rands einer Fahrspur vor dem Fahrzeug und eine modellierte Spurmarkierung eines rechten Rands der Fahrspur vor dem Fahrzeug umfasst; eine Spurmitte auf der Grundlage eines Mittelwerts zwischen den modellierten Spurmarkierungen eines rechten und eines linken Rands ermittelt wird; und die Information einer gewünschten Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der ermittelten Spurmitte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorhersagen der Information einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der überwachten Fahrzeugsensorinformation und der geschätzten vorderen Fahrbahnkrümmung umfasst, dass: die Fahrzeugsensorinformation einschließlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeuggierrate, eines Lenkwinkels, einer hinteren Seitenführungssteifigkeit und einer vorderen Seitenführungssteifigkeit überwacht wird; eine Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und eine Fahrzeugquergeschwindigkeit auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden; und eine Differentialgleichung verwendet wird, um die Information einer zukünftigen Fahrzeugposition in Bezug auf die modellierte Fahrbahninformation auf der Grundlage der Fahrzeuggierrate, des Lenkwinkels, der hinteren Seitenführungssteifigkeit, der vorderen Seitenführungssteifigkeit, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Fahrzeugquergeschwindigkeit vorherzusagen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Lenkbefehls umfasst, dass: ein Differenzdrehmomentbefehl für einen Triebstrang des Fahrzeugs auf der Grundlage des Lenkbefehls berechnet wird; und/oder ein Differenzbremsbefehl für einen Triebstrang des Fahrzeugs auf der Grundlage des Lenkbefehls berechnet wird.