DE102015016899A1

DE102015016899A1 - Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung und Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102015016899A1
Application number: DE102015016899.1A
Authority: DE
Inventors: Sang Kyun SIM
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Klemove Corp
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: KR20160080613A; US9643650B2; US20160185388A1; CN105752081A; KR102036050B1; CN105752081B; DE102015016899B4

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Technologie zum Wechseln einer Fahrspur, in der ein Fahrzeug gerade fährt. Genauer gesagt ist eine automatische Spurwechselregelung bzw. -steuerung eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung möglich, die Folgendes aufweist: eine Raumerkennungseinheit, die ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs erfasst, einen leeren Raum, in dem das vordere Objekt nicht existiert, innerhalb einer benachbarten Fahrspur, die benachbart zu einer Fortbewegungs-Fahrspur ist, erkennt und eine Zielposition, zu der sich das Fahrzeug bewegen soll, innerhalb des leeren Raums auf der Grundlage einer Spurmodellierungsgleichung, die aus einem Seitenversatz, welcher ein Abstand zwischen einer Mitte des Kamerasensors und einer Mitte der benachbarten Fahrspur ist, bestimmt wird, der Fortbewegungsgeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs und einer Spurwechsel-Anforderungszeit (t) ermittelt; eine Weg-Erzeugungseinheit, die einen Weg für die Bewegung von einer aktuellen Fahrzeugposition zu der Zielposition erzeugt; und ein Steuergerät, das eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchführt, die wenigstens einen bzw. eine von dem Lenkwinkel des Fahrzeugs und einer Fahrzeuggeschwindigkeit derart regelt bzw. steuert, dass sich das Fahrzeug zu der Zielposition entlang dem Weg bewegt.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119(a) die Priorität und den Nutzen aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0193119 , die am 30. Dezember 2014 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme darauf für alle Zwecke zum Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung wird, so als ob sie hier vollständig dargelegt wäre.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zum Wechseln der Fahrspur, in der ein Fahrzeug im Augenblick fährt. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Technologie zum Wechseln der Fahrspur auf der Grundlage von Situationen von Objekten vor dem Fahrzeug.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen hat ein Fahrzeug einen Kamerasensor, der installiert ist, um externe Objekte zu erkennen.
Ein solcher Kamerasensor kann ein breites Sichtfeld erfassen und wird deshalb als ein Sensor einer weiteren Vorrichtung verwendet.
Trotz eines solchen Vorteils eines breiten Sichtfelds wird ein Kamerasensor in Verbindung mit einer Spurwechselvorrichtung nur als ein Sensor zum Erfassen von Objekten in toten Winkeln und zum Warnen des Fahrers verwendet.
Aber es gibt ein Problem dahingehend, dass ein Versuch, die Fahrspur zu wechseln, durch einen Fahrer, der physisch beeinträchtigt ist oder der Warnungen bedingt durch Umgebungssituationen nicht erkannt hat, zu einem Unfall führen kann.
Andererseits hat es die jüngste Verwendung von Servolenkungsvorrichtungen möglich gemacht, das Lenken des Fahrers durch eine Lenkmotorsteuerung zu unterstützen oder das Lenken unter der Steuerung bzw. Regelung der eigenen Steuerung bzw. Regelung des Fahrzeugsteuerungs- und -regelungssystems automatisch zu steuern bzw. zu regeln, und zwar ohne Rücksicht auf die Intentionen des Fahrers.
Fahrassistenzsysteme (FAS), die eine solche automatische Lenkungsregelungs- bzw. -steuerungstechnologie verwenden, umfassen ein Spurhalteassistenzsystem (LKAS; Lane Keeping Assist System), das ein Fahrzeug so steuert bzw. regelt, dass es die Fahrspur einhält, in der es gerade fährt, ein Spurwechselassistenzsystem (LCAS; Lane Change Assist System), das ein Fahrzeug so steuert bzw. regelt, dass es die Fahrspur zu einer benachbarten Fahrspur wechselt, und so weiter.
Aber es gibt ein Problem dahingehend, dass anders als das Spurhalteassistenzsystem, das eine Fahrspur erkennt und das Fahrzeug durch eine Lenkungsregelung so steuert bzw. regelt, dass es nicht von der Fahrspur abweicht, der Betrieb des Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungssystems komplizierte Prozesse des Überwachens der Situation auf einer benachbarten Fahrspur, zu der die aktuelle Fahrspur gewechselt werden soll, des Festlegens eines Wegs für den Spurwechsel und des Durchführens einer Fahrzeuggeschwindigkeits- oder Lenkwinkelregelung erfordert.
Des Weiteren besteht zum Beispiel eine Gefahr einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug, das gerade in einer benachbarten Fahrspur fährt, während des Prozesses der Spurwechselregelung bzw. -steuerung. Deshalb ist eine präzise Spurwechselregelung bzw. -steuerung erforderlich.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Vor dem oben erwähnten Hintergrund ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen der Situation auf der Straße unter Verwendung eines Kamerasensors und zum Steuern bzw. Regeln des Fahrzeugs derart, dass es die Fahrspur wechselt, bereitzustellen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln der Position eines leeren Raums innerhalb einer benachbarten Straße, zu der die aktuelle Straße gewechselt werden soll, unter Verwendung eines Kamerasensors, zum Festlegen des Wegs einer Fahrzeugbewegung (Spurwechselweg) zu der Position des leeren Raums und zum Regeln der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und des Lenkwinkels des Fahrzeugs derart, sich dieses entlang dem Weg bewegt, bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung bereit, die Folgendes aufweist: eine Raumerkennungseinheit, die ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst und einen leeren Raum erkennt, in dem das vordere Objekt nicht existiert; eine Weg-Erzeugungseinheit, die einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und auf der Grundlage von Informationen über den maximalen Lenkwinkel erzeugt; und ein Steuergerät, das das Fahrzeug so steuert bzw. regelt, dass es sich entlang dem erzeugten Weg bewegt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren bereit, das die folgenden Schritte umfasst: einen Raumerkennungsschritt zum Erfassen eines vorderen Objekts unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs und zum Erkennen eines leeren Raums, in dem das vordere Objekt nicht existiert; einen Weg-Erzeugungsschritt zum Erzeugen eines Wegs, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und der Informationen über den maximalem Lenkwinkel; und einen Steuerungs- bzw. Regelungsschritt zum Steuern bzw. Regeln des Fahrzeugs derart, dass es sich entlang dem erzeugten Weg bewegt.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft darin, dass die Situation auf der Straße, auf der ein Fahrzeug im Augenblick fährt, unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs erkannt wird und die Fahrspur auf der Grundlage der erkannten Situation gewechselt wird, wodurch dem Fahrer eine Sicherheit bereitgestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen durchgeführt wird, offensichtlicher werden, wobei in den Zeichnungen:
1 ein Diagramm ist, das die Konfiguration einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ein Diagramm ist, das ein Beispiel für das Beschreiben des Betriebs eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3A bis 3C Diagramme sind, die Beispiele für das Beschreiben des Betriebs einer Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
4 ein Diagramm für das Beschreiben einer Rotationsradius-Beschränkungseinheit in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Diagramm für das Beschreiben des Betriebs einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Diagramm für das Beschreiben des Betriebs einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7A und 7B Diagramm sind, die Beispiele für das Beschreiben des Betriebs eines Steuergeräts in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
8 ein Diagramm für das Beschreiben des Gesamtbetriebs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Diagramm ist, das ein Ablaufdiagramm eines Spurwechselverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 ein Diagramm ist, das ein Ablaufdiagramm eines Spurwechselverfahrens in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 ein Schema zum Ermitteln der Position eines leeren Raums innerhalb einer benachbarten Fahrspur durch eine Raumerkennungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
12 ein Beispiel zum Erzeugen eines Wegs zu einem leeren Raum durch eine Weg-Erzeugungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden einige der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In der Beschreibung der Elemente der vorliegenden Erfindung können Begriffe wie etwa ein „erster”, ein „zweiter”, „A”, „B”, „(a)”, „(b)” und dergleichen verwendet werden. Diese Begriffe werden lediglich zur Unterscheidung eines strukturellen Elements von anderen strukturellen Elementen verwendet, und eine Eigenschaft, eine Ordnung, eine Reihenfolge und dergleichen eines entsprechenden strukturellen Elements sind durch diesen Begriff nicht eingeschränkt. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn in der Patentspezifikation beschrieben wird, dass eine Komponente bzw. ein Bauteil mit einer anderen Komponente bzw. einem anderen Bauteil „verbunden”, „gekoppelt” oder „zusammengefügt” ist, eine dritte Komponente bzw. ein drittes Bauteil zwischen den ersten und zweiten Komponenten bzw. Bauteilen „angeschlossen” bzw. „verbunden”, „gekoppelt” und damit „zusammengefügt” sein kann, obwohl die erste Komponente bzw. das erste Bauteil direkt mit der zweiten Komponente bzw. dem zweiten Bauteil verbunden, gekoppelt oder zusammengefügt sein kann. Es sei angemerkt, dass sich in Verbindung mit der Benennung von Elementen das „eigene Fahrzeug” und das „Fahrzeug” auf das gleiche Element beziehen.
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Raumerkennungseinheit, die ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors des Fahrzeugs erfasst und einen leeren Raum erkennt, in dem kein vorderes Objekt existiert; eine Weg-Erzeugungseinheit, die einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und von Informationen über den maximalen Lenkwinkel erzeugt; und ein Steuergerät aufweisen, das das Fahrzeug derart steuert bzw. regelt, dass sich das Fahrzeug entlang einem erfassten Weg bewegt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Spurwechselvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Raumerkennungseinheit 110 aufweisen, die ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors des Fahrzeugs erfasst und einen leeren Raum erkennt, in dem kein vorderes Objekt existiert.
Die Raumerkennungseinheit 110 kann zum Beispiel ein vorderes Objekt unter Verwendung einer vorderen Kamera erfassen, die an dem Fahrzeug bereitgestellt ist, und kann den Abstand zu dem vorderen Objekt erhalten. Außerdem kann die Raumerkennungseinheit 110 einen leeren Raum erkennen, in dem kein Objekt existiert, indem sie ein erfasstes vorderes Objekt und Informationen in Bezug auf den Abstand zu dem vorderen Objekt verwendet.
Genauer gesagt kann von den zwei vorderen Kameras, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind, eine Kamera dazu verwendet werden, Informationen in Bezug auf die Vorderseite in der seitlichen Richtung zu erlangen, und kann die andere Kamera dazu verwendet werden, Informationen in Bezug auf die Vorderseite in der Längsrichtung zu erlangen. Die erlangten Informationen in Bezug auf die Vorderseite in der seitlichen Richtung und in der Längsrichtung können kombiniert werden, um ein Objekt zu erfassen, und die Position und der Abstand des Objekts können erhalten werden. Durch das Erhalten der Position und des Abstands von allen Objekten, die in dem überwachten Bereich vor dem Fahrzeug existieren, anstatt von nur einem Objekt, wird es möglich, nicht nur ein vorderes Objekt zu erfassen, das in derselben Fortbewegungs-Fahrspur existiert, sondern auch ein vorderes/seitliches Objekt zu erfassen, das vor einer benachbarten Fortbewegungs-Fahrspur existiert, so dass auch ein leerer Raum vor der benachbarten Fortbewegungs-Fahrspur erkannt werden kann. Der oben erwähnte leere Raum ist ein Bereich, der in Abhängigkeit von der Position der zwei vorderen Kameras, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind, variieren kann, und er ist nicht auf den leeren Raum beschränkt, der in den Zeichnungen veranschaulicht ist.
Im Gegensatz dazu erlangt eine herkömmliche Spurwechselvorrichtung Informationen über die seitliche Richtung unter Verwendung von Radar und erlangt sie Informationen über die Längsrichtung unter Verwendung eines Kamerasensors. Die herkömmliche Spurwechselvorrichtung kann ein Objekt durch das Kombinieren der Informationen über die seitliche Richtung und der Informationen über die Längsrichtung erfassen und kann die Position und den Abstand des erfassten Objekts auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erfassen. Aber die Informationen über die seitliche Richtung, die unter Verwendung eines Radars erhalten werden, haben einen engen Überwachungsraum, anders als die Informationen über die seitliche Richtung, die unter Verwendung einer Kamera erhalten werden; als Folge davon kann nur ein vorderes Objekt, das in der gleichen Fahrspur existiert, erkannt werden, und jegliches vordere/seitliche Objekt, das vor einer benachbarten Fortbewegungs-Fahrspur existiert, kann nicht erkannt werden. Somit hat die herkömmliche Spurwechselvorrichtung eine Beschränkung dahingehend, dass kein leerer Raum auf der Vorderseite einer benachbarten Fortbewegungs-Fahrspur erkannt werden kann.
Andererseits können, damit die Raumerkennungseinheit 110 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Zielposition in einem leeren Raum ermitteln kann, der in einer benachbarten Fahrspur existiert, eine Spurmodellierungsgleichung, die auf das eigene Fahrzeug und die aktuelle Fortbewegungs-Fahrspur bezogen ist, und der Abstand der Längsbewegung (x0), der aus der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und der Spurwechselvollendungs-Anforderungszeit (t) ermittelt wird, verwendet werden, was ausführlicher unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden wird.
Insbesondere kann die Raumerkennungseinheit 110 unter der Annahme, dass die Fortbewegungsrichtung des eigenen Fahrzeugs die X-Achse ist und eine Richtung senkrecht zu der Achse die Y-Achse ist, ein Bild analysieren, das von einer benachbarten Fahrspur aufgenommen worden ist, um die Koordinate eines leeren Raums, in dem kein Hindernis existiert, unter den Räumen der benachbarten Fahrspur zu ermitteln, und eine spezifische Zielposition (x0, y0) in dem leeren Raum unter Verwendung einer Spurmodellierungsgleichung, die sich auf die aktuelle Fortbewegungs-Fahrspur bezieht, und der Distanz der Längsbewegung (x0), die aus der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und der Spurwechselvollendungs-Anforderungszeit (t) ermittelt wird, ermitteln. Die Konfiguration der Raumerkennungseinheit 110 zum Ermitteln eines leeren Raums oder einer spezifischen Zielposition in dem leeren Raum wird im Folgenden weiter unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden.
Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Patentspezifikation ein leerer Raum in einer benachbarten Fahrspur, der aus einem Bild erfasst worden ist, das von einer Kamera aufgenommen wurde, um eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchzuführen, und eine Zielposition, die eine Position in dem leeren Raum ist, die als das endgültige Ziel des Spurwechsels bestimmt worden ist, verwendet werden, um das gleiche Konzept zu bezeichnen.
11 veranschaulicht ein Schema zum Ermitteln der Position eines leeren Raums in einer benachbarten Fahrspur oder zum Ermitteln einer Zielposition durch eine Raumerkennungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 11 veranschaulicht ist, wird eine Fahrspur, in der das eigene Fahrzeug 11330 gerade fährt, als eine Fortbewegungs-Fahrspur 1110 bezeichnet, wird eine benachbarte Fahrspur in einer Richtung, in der ein Spurwechsel vorgenommen werden soll, als eine benachbarte Fahrspur 1120 bezeichnet, und es wird angenommen, dass gerade zwei weitere Fahrzeuge 1132 und 1134 in der benachbarten Fahrspur 1120 fahren.
Es wird auch angenommen, dass die Vorwärts-Fortbewegungsrichtung des eigenen Fahrzeugs 1130 eine X-Achse ist, dass eine Richtung senkrecht zu dieser eine Y-Achse ist und dass diese X-Y-Achsen ein Referenzkoordinatensystem bilden.
In dieser Situation spezifiziert eine Raumerkennungseinheit, die in einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthalten ist, X-Y-Koordinaten der anderen Fahrzeuge 1132 und 1134, die Hindernisse sind, aus Bildern, die von einer oder mehreren vorderen Kameras aufgenommen worden sind.
Ein leerer Raum 1140, in dem kein Hindernis existiert, kann dann erkannt werden, und die Raumerkennungseinheit 110 ermittelt eine spezifische Position P in dem Gebiet des leeren Raums als die endgültige Zielposition, zu der ein Spurwechsel vorgenommen werden soll.
In diesem Fall kann die endgültige Zielposition P(x0, y0) aus einer Spurmodellierungsgleichung, die Fahrspuren in dem oben erwähnten X-Y-Koordinatensystem ausdrückt, der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und der Spurwechsel-Anforderungszeit (t) ermittelt werden.
Zuerst kann die Spurmodellierungsgleichung wie in Gleichung (1) unten bestimmt werden: y = C₀ + C₁x + C₂x² + C₃x³ (1)
In der Gleichung (1) bezieht sich C₀ auf einen Seitenversatzkoeffizienten, welcher ein Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs 1130 und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist; bezieht sich C₁ auf einen Spurrichtungswinkelkoeffizienten; bezieht sich C₂ auf einen Spurbiegungskoeffizienten; und bezieht sich C₃ auf einen Spurbiegungsableitungskoeffizienten.
Durch das Analysieren von Bildern, die von Kameras des Fahrzeugs aufgenommen werden, kann der Seitenversatz, der ein Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs 1130 und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist, gemessen werden, und dieser Wert wird der Seitenversatzkoeffizient C₀.
Andererseits ergibt das Differenzieren des Seitenversatzes C₀ den Spurrichtungswinkel, der der Spurrichtungswinkelkoeffizient C₁ wird.
Das einmalige Differenzieren des Spurrichtungswinkels C₁ oder das zweimalige Differenzieren des Seitenversatzes C₀ ergibt die Spurbiegung, und 1/2 der Spurbiegung wird der Spurbiegungskoeffizient C₂.
Außerdem bestimmt das einmalige Differenzieren der Spurbiegung die Spurbiegungsableitung, und 1/6 der Spurbiegungsableitung wird der Spurbiegungsableitungskoeffizient C₃.
Wie oben beschrieben worden ist, wird die Größe des Seitenversatzes, welcher der Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs 1130 und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist, durch Bilder gemessen, die von Kameras aufgenommen werden, so dass eine Spurmodellierungsgleichung in einem X-Y-Koordinatensystem, welches die Fahrtrichtung des Fahrzeugs als eine Referenz berücksichtigt, wie in Gleichung (1) bestimmt werden kann.
Genauer gesagt drückt eine Spurmodellierungsgleichung, wie etwa die Gleichung (1), eine Mittellinie einer benachbarten Fahrspur in dem X-Y-Koordinatensystem aus.
Nachdem die Spurmodellierungsgleichung bestimmt ist, kann die Raumerkennungseinheit 110 eine spezifische Position in einer Nachbarschaft als die Zielposition P für den Spurwechsel unter Verwendung der Spurmodellierungsgleichung und den Positionen von anderen Fahrzeugen 1132 und 1134, die Hindernisse sind, in aufgenommenen Bildern ermitteln.
Das heißt, es kann in aufgenommenen Bildern mehrere leere Räume geben, in denen keine Hindernisse existieren, aber es wird vorausgesetzt, dass die Zielposition für die Spurwechselregelung bzw. -steuerung in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung in einer benachbarten Fahrspur unter diesen existiert, was der Grund dafür ist, warum eine Spurmodellierungsgleichung wie oben beschrieben verwendet wird.
Andererseits kann die Zielposition dann, wenn angenommen wird, dass die Koordinate der Zielposition P (x0, y0) ist, durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Spurwechsel-Anforderungszeit t ermittelt werden.
Wenn angenommen wird, dass die aktuelle Fahrzeugposition der Ursprung ist, dann kann insbesondere die Distanz der Bewegung des Fahrzeugs in der Längsrichtung (X-Achsen-Richtung), bis der Spurwechsel vollendet ist (d. h. bis die Zielposition erreicht ist), als ein Produkt aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Spurwechsel-Anforderungszeit t ermittelt werden, und dieser Wert ist die X-Koordinate der Zielposition, nämlich x₀.
Außerdem liegt die Zielposition P dann in der Mittelposition der benachbarten Fahrspur; deshalb kann dann, wenn die X-Koordinate der Zielposition, nämlich x₀, ermittelt wird, diese in der Spurmodellierungsgleichung ersetzt werden, um die Y-Koordinate der Zielposition, nämlich y₀, zu erhalten.
Somit kann die Raumerkennungseinheit 110 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Zielposition, d. h. den endgültigen leeren Raum, zu dem sich das Fahrzeug bewegen soll, unter Verwendung einer Spurmodellierungsgleichung, die aus dem Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs 1130 und der Mitte einer benachbarten Fahrspur (d. h. dem Seitenversatz) bestimmt wird, der Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs und der Spurwechsel-Anforderungszeit t ermitteln.
Andererseits bezieht sich die Spurwechsel-Anforderungszeit t auf eine Zeit, die genommen wird, um einen Spurwechsel ausgehend von dem aktuellen Zeitpunkt zu vollenden, und sie kann im Voraus festgesetzt worden sein.
Alternativ dazu kann die Spurwechsel-Anforderungszeit in einigen Fällen für jeweilige Stufen unterschiedlich festgelegt worden sein, und der Fahrer kann eine davon auswählen.
Wenn man zum Beispiel annimmt, dass die Spurwechsel-Anforderungszeit in drei Stufen von drei Sekunden, fünf Sekunden und zehn Sekunden festgesetzt worden ist, entspricht der Fall der drei Sekunden einem frühen Modus, in dem der Spurwechsel am schnellsten vollendet wird, entspricht der Fall von fünf Sekunden einem normalen Modus und entspricht der Fall von zehn Sekunden einem späten Modus, so dass der Fahrer den Modus im Voraus bestimmen kann.
Die Spurwechselvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Weg-Erzeugungseinheit 120 aufweisen, die einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und von Informationen über den maximalen Lenkwinkel erzeugt.
Die Weg-Erzeugungseinheit 120 kann zum Beispiel einen Weg erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, wenn die Breite eines leeren Raums zwischen einem erfassten vorderen Objekt und einem erfassten vorderen/seitlichen Objekt größer als die Breite des Fahrzeugs ist. Außerdem kann die Weg-Erzeugungseinheit 120 einen Weg erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, wenn ein leerer Raum zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem erfassten vorderen Objekt groß genug ist, um eine Überlappung zwischen dem Rotationsradius der Vorderräder des eigenen Fahrzeugs und dem vorderen Objekt zu vermeiden. Der Rotationsradius der Vorderräder des Fahrzeugs ist eine Information, die sich auf den Lenkwinkel des eigenen Fahrzeugs bezieht. Des Weiteren kann die Weg-Erzeugungseinheit 120 einen Weg erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, wenn ein leerer Raum zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem erfassten vorderen/seitlichen Objekt groß genug ist, um ein Überlappen zwischen dem Rotationsradius der Hinterräder des eigenen Fahrzeugs und dem seitlichen Objekt zu vermeiden. Der Rotationsradius der Hinterräder des eigenen Fahrzeugs ist eine Information, die sich auf den Lenkwinkel und die Länge des eigenen Fahrzeugs bezieht.
Die Spurwechselvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Steuergerät 130 aufweisen, das das Fahrzeug so steuert bzw. regelt, dass sich dieses entlang einem Weg bewegt, der von der Weg-Erzeugungseinheit 120 erzeugt worden ist.
Das Steuergerät 130 kann zum Beispiel einen Lenkwinkel auf der Grundlage eines erfassten Wegs berechnen, es kann ein Lenkdrehmoment auf der Grundlage des entsprechenden Lenkwinkels berechnen, und es kann das eigene Fahrzeug unter Verwendung des berechneten Lenkwinkels und des berechneten Lenkdrehmoments so steuern bzw. regeln, dass sich dieses entlang dem erfassten Weg bewegt. Eine kurze Beschreibung lautet folgendermaßen: die Position eines leeren Raums, der von der Raumerkennungseinheit 110 erkannt worden ist, variiert in Abhängigkeit von der Bewegung des eigenen Fahrzeugs, und die Echtzeitposition des eigenen Fahrzeugs kann unter Verwendung der variierten Position des leeren Raums geschätzt werden. Außerdem kann das Steuergerät 130 die geschätzte Echtzeitposition und den erfassten Weg vergleichen und kann das eigene Fahrzeug unter Verwendung des Lenkwinkels und des Lenkdrehmoments der entsprechenden Position so steuern bzw. regeln, dass sich das eigene Fahrzeug entlang dem Weg bewegen kann.
Außerdem kann ein Weg, der von der Weg-Erzeugungseinheit 120 erzeugt worden ist, ein Weg sein, der entlang einer geraden Linie zwischen der aktuellen Fahrzeugposition und der Zielposition, d. h. der Position eines leeren Raums, zu dem sich das Fahrzeug schließlich bewegen soll, gebildet ist.
12 veranschaulicht ein Beispiel des Erzeugens eines Wegs zu einem leeren Raum durch eine Weg-Erzeugungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Position eines leeren Raums, zu dem sich das Fahrzeug bewegen soll (Zielposition P), auf der Grundlage einer Spurmodellierungsgleichung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer Spurwechsel-Anforderungszeit t wie in 11 ermittelt wird, wird ein Fahrzeugbewegungsweg von der aktuellen Fahrzeugposition zu der Position des leeren Raums bestimmt.
In diesem Fall können alle Arten von Trajektorien, die die aktuelle Position und die Zielposition P miteinander verbinden, möglich sein, aber die vorliegende Erfindung verwendet einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug in einer geraden Linie von der aktuellen Position zu der Zielposition P bewegt.
Insbesondere kann ein Weg für den Spurwechsel wie in 12 wie in Gleichung (2) unten ermittelt werden: y = C₀ + C₁x (2) wobei C₀ ein Seitenversatz ist, welcher ein Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs 1130 und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist, wie dies oben beschrieben worden ist, und C₁ ein Spurrichtungswinkel ist, der durch das Differenzieren des Seitenversatzes C₀ berechnet werden kann.
In der vorliegenden Patentspezifikation ist der Spurrichtungswinkel C₁ andererseits als ein Winkel zwischen einer Tangente einer Fahrspur und der X-Achse definiert, und ein Fahrzeugrichtungswinkel, der ein Konzept ist, das sich von diesem unterscheidet, ist durch φ angegeben.
Wenn ein Weg, der durch die Gleichung (2) ausgedrückt wird, wie oben beschrieben ermittelt wird, steuert bzw. regelt das Steuergerät 130 den Motor des Fahrzeugs, die Lenkvorrichtung und dergleichen derart, dass sich das Fahrzeug entlang dem Weg bewegt.
Insbesondere stellt das Steuergerät die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugbeschleunigung durch eine Motorsteuerung ein, stellt es den Fahrzeugrichtungswinkel durch eine Steuerung bzw. Regelung der Lenkvorrichtung ein und steuert bzw. regelt es das Fahrzeug dadurch derart, dass sich dieses von der aktuellen Position zu der Zielposition innerhalb der Spurwechsel-Anforderungszeit t bewegt.
Genauer gesagt kann das Steuergerät 130 die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugbeschleunigung entsprechend der Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem anderen Fahrzeug festsetzen, das in einer benachbarten Fahrspur existiert, zu der ein Spurwechsel vorgenommen werden soll.
Wenn zum Beispiel ein anderes Fahrzeug in einem seitlichen/hinteren Teil einer Fahrspur, zu der ein Spurwechsel vorgenommen werden soll, langsamer fährt als das eigene Fahrzeug, so dass die Relativgeschwindigkeit, die als ”die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeug – die Geschwindigkeit eines anderen Fahrzeugs” definiert ist, einen positiven (+) Wert hat, kann die aktuelle Geschwindigkeit aufrecht erhalten werden, und die Beschleunigung kann auf Null gesetzt werden.
Im Gegensatz dazu kann die Beschleunigung dann, wenn das andere Fahrzeug schneller als das eigene Fahrzeug fährt, so dass die Relativgeschwindigkeit einen negativen (–) Wert hat, so festgesetzt werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit proportional zu der Größe der Relativgeschwindigkeit zunimmt.
Außerdem steuert bzw. regelt das Steuergerät 130 die Lenkvorrichtung, wodurch der Lenkwinkel variiert wird, und es steuert bzw. regelt somit das Fahrzeug derart, dass dieses dem Weg folgt.
Die Lenkvorrichtung weist im Allgemeinen ein Lenkrad, eine Lenkspindel, die mit dem Lenkrad verbunden ist, einen Zahnstangenstab, der mit einem Ende der Lenkspindel über eine Verzahnung bzw. ein Getriebe gekoppelt ist, und Räder auf, die mit beiden Ende des Zahnstangenstabs über eine Lenkverbindungsstange verbunden sind. Wenn sich die Lenkspindel um einen vorbestimmten Betrag dreht, drehen sich die Räder proportional zu diesem, wodurch das Lenken durchgeführt wird.
In diesem Fall wird der Winkel der Rotation des Lenkrads oder der Lenkspindel zu dem Lenkwinkel θ, und das Verhältnis zwischen dem Betrag der Rotation θ des Lenkrads und dem Betrag der Rotation δ der Räder, die diesem folgen, kann als eine Lenkgetriebeübersetzung ζ ausgedrückt werden.
In dieser Umgebung ermittelt das Steuergerät 130 den Ziel-Lenkwinkel θfb an jedem Zeitpunkt, damit sich das Fahrzeug entlang dem Weg bewegt, durch die Gleichung (3) unten:
In der Gleichung (3) oben bezieht sich θ_fb auf einen Ziel-Lenkwinkel; bezieht sich δ_fb auf einen Straßenlenkwinkel; bezieht sich y auf den Betrag des Seitenversatzes des Fahrzeugs im Hinblick auf den Weg; bezieht sich φ auf einen Fahrzeugrichtungswinkel im Hinblick auf den Weg; bezieht sich
auf einen vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehler; bezieht sich e_y auf einen Seitenversatzfehler an dem aktuellen Zeitpunkt; und bezieht sich
auf einen vorderen vorhergesagten Richtungswinkelfehler.
Wie in der Gleichung (3), so kann der Ziel-Lenkwinkel θ_fb durch eine Proportionalregelung, die proportional zu dem vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehler
und dem vorderen vorhergesagten Richtungswinkelfehler
ist, und eine Proportional-Differential-Rückkopplungsregelung berechnet werden, mit der eine Differentialregelung, die die Erstere differenziert und ein Steuersignal erzeugt, parallel, d. h. durch ein PD-Regelungs-Schema, verbunden ist.
In der Gleichung (3) sind k_v1–k_v5 adaptive Verstärkungen, die in Bezug zu der Fahrzeuggeschwindigkeit stehen, und sie sind im Voraus als Abstimmparameter bestimmt worden.
Andererseits kann das Steuergerät 130 dann, wenn der Ausbrechwinkel, der als ein Winkel zwischen dem Weg und der aktuellen Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs (X-Achsen-Richtung) definiert ist, beinahe Null ist, wie in Gleichung (3), anstatt des vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehlers
, der ein vorhergesagter Fehler an einem zukünftigen Zeitpunkt ist, zusätzlich einen Seitenversatzfehler e_y des aktuellen Zeitpunkts rückkoppeln, um ein vorbestimmtes Niveau eines Korrekturwinkels in Bezug auf den Seitenversatz aufrecht zu erhalten.
Wie oben beschrieben worden ist, stellt das Steuergerät 130 die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Fahrzeugbeschleunigung entsprechend der Relativgeschwindigkeit im Hinblick auf ein anderes benachbartes Fahrzeug durch eine Motorsteuerung ein, so dass das Fahrzeug die Fahrspuren entlang einem erzeugten Weg wechseln kann, und führt eine Rückkopplungsregelung des Ziel-Lenkwinkels durch eine Lenkungsvorrichtungssteuerung bzw. -regelung durch.
Außerdem wird dann, wenn ein Ziel-Lenkwinkel θ_fb ermittelt wird, ein Lenkdrehmoment unter Verwendung eines Lenkwinkel-Lenkdrehmoment-Kennfelds berechnet, und ein Motorstromwert, welcher an einen Lenk-(Elektro)-Motor angelegt werden soll, wird dann ermittelt.
Das Anlegen des ermittelten Motorstroms an den Lenkmotor führt ein automatisches Lenken in dem Ausmaß des Ziel-Lenkwinkels durch, wodurch eine Lenkungsregelung bzw. -steuerung für einen Spurwechsel ausgeführt wird.
Andererseits kann das Steuergerät 130 eine Steuerung bzw. Regelung zur Beschränkung des maximalen Lenkwinkels entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit durchführen, was später noch beschrieben werden wird, es kann eine maximale Querbeschleunigung oder eine maximale Längsbeschleunigung festsetzen und es kann garantieren, dass die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur innerhalb dieser Spanne ausgeführt wird.
Außerdem kann das Steuergerät 130 eine vorbestimmte Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingung festsetzen, und es kann garantieren, dass eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann durchgeführt wird, wenn die Regelungs- bzw. Steuerungs-Eintrittsbedingung erfüllt ist.
Außerdem kann das Steuergerät 130 während einer Spurwechselregelung bzw. -steuerung kontinuierlich den Seitenabstand zu einem seitlichen Objekt überwachen und es kann die Spurwechselregelung bzw. -steuerung lösen, wenn sich das seitliche Objekt nähert. Alternativ dazu kann das Steuergerät 130 eine spezifische Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Lösebedingung festsetzen und es kann eine Steuerung bzw. Regelung zum Lösen (Beenden) der Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchführen, wenn die Regelungs- bzw. Steuerungs-Lösebedingung erfüllt ist.
Eine Ausführungsform, die die Regelungs- bzw. Steuerungs-Eintrittsbedingung, die Regelungs- bzw. Steuerungs-Lösebedingung, etc. berücksichtigt, wird später ausführlicher unter Bezugnahme auf 10 beschrieben werden.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Beschreiben des Betriebs eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 2 fahren im Augenblick zwei Fahrzeuge 210 und 220 auf einer sekundären Fortbewegungs-Fahrbahn auf einer zweispurigen Straße, auf der ein Mittelstreifen 223 und eine Leitplanke 226 installiert sind, und das Fahrzeug 210 versucht gerade einen Spurwechsel zu der primären Fortbewegungs-Fahrbahn. Eine Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben werden: die Raumerkennungseinheit kann Informationen über die seitliche Richtung und Informationen über die Längsrichtung unter Verwendung eines Kamerasensors erlangen, der an dem Fahrzeug bereitgestellt ist, und kann durch das Kombinieren der Informationen über die seitliche Richtung und der Informationen über die Längsrichtung das Fahrzeug 220, das ein vorderes Objekt ist, und den Mittelstreifen 223 und die Leitplanke 226, die vordere/seitliche Objekte sind, erfassen. Danach kann die Raumerkennungseinheit einen leeren Raum 230 durch das Ausschließen von Bereichen erkennen, die von dem vorderen Objekt 220 und den vorderen/seitlichen Objekten 223 und 226 bedeckt werden, die aus dem Bereich erfasst worden sind, der unter Verwendung des Kamerasensors überwacht werden kann. Die Weg-Erzeugungseinheit kann einen Weg 240, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem erkannten leeren Raum 230 bewegen kann, auf der Grundlage von Informationen im Hinblick auf die Breite des Fahrzeugs, die Länge des Fahrzeugs und den Rotationsradius erzeugen.
3A bis 3C sind Diagramme, die Beispiele für das Beschreiben des Betriebs einer Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
3A bis 3C veranschaulichen drei Fälle, auf die man stoßen kann, wenn ein Fahrzeug 310, das gerade auf einer sekundären Fortbewegungs-Fahrbahn einer zweispurigen Straße fährt, die einen Mittelstreifen und eine Leitplanke hat, die daran installiert sind, einen Spurwechsel auf eine primäre Fortbewegungs-Fahrbahn versucht. In dem Fall von 3A sind zwei Fahrzeuge 320a und 330a jeweils auf den sekundären und primären Fortbewegungs-Fahrbahnen positioniert und fahren gerade vor dem Fahrzeug 310a. Die zwei Fahrzeuge 320a und 330a halten einen Abstand 350a aufrecht. Das Fahrzeug 310a kann dann einen leeren Raum 340a erkennen. In dem Fall von 3B ist ein Fahrzeug 320b auf der sekundären Fortbewegungs-Fahrbahn positioniert und fährt gerade vor dem Fahrzeug 310b. Das Fahrzeug 310b kann dann einen leeren Raum 340b erkennen. Das Fahrzeug 310b hat einen Minimum-Rotationsradius 350b des linken Vorderrads und einen Minimum-Rotationsradius 355b des rechten Vorderrads, die von dem maximalen Lenkwinkel abhängen. In dem Fall von 3C sind zwei Fahrzeuge 320c und 330c jeweils auf den sekundären und primären Fortbewegungs-Fahrbahnen positioniert und fahren gerade vor dem Fahrzeug 310c. Das Fahrzeug 310c kann dann einen leeren Raum 340c erkennen. Außerdem hat das Fahrzeug 310c einen Minimum-Rotationsradius 350c des linken Vorderrads, einen Minimum-Rotationsradius 355c des rechten Vorderrads, einen Minimum-Rotationsradius 360c des linken Hinterrads und einen Minimum-Rotationsradius 365c des rechten Hinterrads, die von dem maximalen Lenkwinkel abhängen. Die oben erwähnten Rotationsradien sind Werte, die in Bezug zu der Größe von Kreisen stehen, wenn Objekte kreisförmige Bewegungen ausführen. Wenn ein Kreis zum Beispiel eine kleine Größe hat, dann hat der Rotationsradius einen kleinen Wert; wenn der Kreis groß ist, hat der Rotationsradius einen großen Wert. Ein Fahrzeug macht die kleinsten kreisförmigen Bewegungen, wenn es mit dem maximalen Lenkwinkel fährt, was bedeutet, dass es den Minimum-Rotationsradius in dem Fall des maximalen Lenkwinkels hat.
Insbesondere kann der oben erwähnte Minimum-Rotationsradius eine Bewegung des Fahrzeugs 310 mit dem maximalen Lenkwinkel bedeuten, der von dem Fahrzeug 310 betätigt werden kann. Es wird auch angemerkt, dass der Grund dafür, warum die Rotationsradien nur in der linksgerichteten Richtung in 3A bis 3C verwendet werden, darin liegt, weil das Fahrzeug 310 die Fahrspuren von der sekundären Fortbewegungs-Fahrbahn zu der primären Fortbewegungs-Fahrbahn wechselt; deshalb muss dann, wenn das Fahrzeug 310 die Fahrspuren zu der rechten Fahrspur anstatt zu der linken Fahrspur wechseln soll, ein Rotationsradius in der rechtsgerichteten Richtung verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 3A kann die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum 340a auf der primären Fortbewegungs-Fahrbahn bewegen kann, auf der Grundlage von Fahrzeugbreiteninformationen erzeugen. Insbesondere kann die Weg-Erzeugungseinheit einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, nur dann erzeugen, wenn der Abstand 350a größer als die Breite des Fahrzeugs 310a ist. Der Abstand 350a kann den Mindestabstand bedeuten, der es dem Fahrzeug ermöglicht, einen Fahrspurwechsel auf die primäre Fortbewegungs-Fahrbahn vorzunehmen, ohne mit den zwei Fahrzeugen 320a und 330a zu kollidieren. Die Weg-Erzeugungseinheit kann so festgesetzt werden, dass sie einen Weg nur dann erzeugt, wenn der Abstand 350a wenigstens ein spezifisches Vielfaches der Breite des Fahrzeugs 310a ist, indem die Sicherheit berücksichtigt wird. Das spezifische Vielfache ist ein Wert, der durch experimentbasierte Daten berechnet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 3B kann die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum 340b bewegen kann, auf der Grundlage der Informationen über den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugen. Insbesondere kann die Weg-Erzeugungseinheit einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum 340b auf der primären Fortbewegungs-Fahrbahn bewegen kann, nur dann erzeugen, wenn der Minimum-Rotationsradius 355b des rechten Vorderrads des Fahrzeugs 310b, das sich mit dem maximalen Lenkwinkel bewegt, innerhalb des leeren Raums 340b existiert. Wenn der Minimum-Rotationsradius 355b außerhalb des leeren Raums 340b existiert, dann wird ein Spurwechsel durch das Fahrzeug 310b anders als in dem Fall von 3B zu einer Kollision mit dem vorausfahrenden Fahrzeug 320b führen. Deshalb kann die Weg-Erzeugungseinheit einen spurwechselbezogenen Unfall durch das Erzeugen eines Wegs, entlang dem sich das Fahrzeug bewegen kann, auf der Grundlage von Informationen im Hinblick auf dem Minimum-Rotationsradius bei dem maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs verhindern.
Unter Bezugnahme auf 3C kann die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum 340c bewegen kann, auf der Grundlage der Länge des Fahrzeugs und der Informationen über den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugen. Die Minimum-Rotationsradien 360c und 365c der Hinterräder des Fahrzeugs beziehen sich nicht nur auf den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs, sondern auch auf die Länge des Fahrzeugs. Das bedeutet, dass sogar dann, wenn ein Fahrzeug, das eine große Länge hat, und ein Fahrzeug, das eine kleine Länge hat, mit dem gleichen Lenkwinkel durch Lenkgetriebe betrieben werden, der Rotationsradius der Hinterräder des längeren Fahrzeugs größer als der Rotationsradius der Hinterräder des kürzeren Fahrzeugs ist. Diese Tatsache kann durch Erfahrungen verifiziert werden. Die Weg-Erzeugungseinheit kann einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum 340c in der primären Fortbewegungs-Fahrbahn bewegen kann, dann erzeugen, wenn der Minimum-Rotationsradius 355c des rechten Vorderrads des Fahrzeugs 310c innerhalb des leeren Raums 340c enthalten ist und wenn sich der Minimum-Rotationsradius 360c des linken Hinterrads nicht mit dem Fahrzeug 330c überlappt. Es wird angenommen werden, dass, während der Minimum-Rotationsradius 355c des rechten Vorderrads innerhalb des leeren Raums 340c positioniert ist und sich der Rotationsradius 360c des linken Hinterrads mit dem benachbarten Fahrzeug 330c überlappt, dann: wenn das Fahrzeug 310c einen Spurwechsel zu der primären Fortbewegungs-Fahrbahn versucht, eine Kollision mit dem vorderen Fahrzeug 320c verhindert werden kann, aber davon ausgegangen wird, dass es mit dem benachbarten Fahrzeug 330c kollidieren wird. Um die oben erwähnte Kollision zu verhindern, die sich aus einem Spurwechsel ergibt, kann die Weg-Erzeugungseinheit einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage von Informationen in Bezug auf die Länge des Fahrzeugs und den Minimum-Rotationsradius bei dem maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs erzeugen, wodurch ein Unfall verhindert wird, der sich aus einem Spurwechsel ergibt.
4 ist ein Diagramm für das Beschreiben einer Rotationsradius-Beschränkungseinheit in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine Beschränkungseinheit für einen maximalen Lenkwinkel aufweisen, die den maximalen Lenkwinkel auf der Grundlage von Geschwindigkeitsinformationen beschränkt, die unter Verwendung eines Geschwindigkeitssensors des Fahrzeugs erlangt werden, und die Weg-Erzeugungseinheit kann einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und der Informationen über den beschränkten maximalen Lenkwinkel erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 4 wirkt dann, wenn das Fahrzeug 410 eine Rotationsbewegung mit einem Rotationsradius 420 durchführt, eine Zentripetalkraft in einer Richtung 430. Die Beziehung zwischen einer Rotationsbewegung und einer Zentripetalkraft wird kurz beschrieben werden: eine Rotationsbewegung eines Objekts erfordert eine Zentripetalkraft. Die Zentripetalkraft, die für eine Rotationsbewegung eines Objekts notwendig ist, ist wie in der Gleichung (4) unten angegeben:
wobei F eine Zentripetalkraft ist, m die Masse eines Objekts ist, r der Abstand zu der Rotationsachse ist und v die augenblickliche Geschwindigkeit des Objekts ist.
Wenn eine Rotationsbewegung, die eine Zentripetalkraft benötigt, die größer als die Zentripetalkraft ist, die auf das Objekt einwirkt, versucht wird, dann passiert es, dass das Objekt in der Tangentialrichtung der Rotationsbewegung ausbricht. Dies wird in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden: wenn ein Fahrzeug 410, das eine Geschwindigkeit v hat, eine Rotationsbewegung in der Richtung 420 macht, wirkt eine Zentripetalkraft in der Richtung 430. Die Zentripetalkraft kann eine Reibungskraft zwischen dem Fahrzeug 410 und der Straße sein. Deshalb kann das Fahrzeug 410 dann, wenn die Zentripetalkraft, die auf das Fahrzeug 410 einwirken kann, beschränkt ist, und wenn die benötigte Zentripetalkraft für eine Rotationsbewegung größer ist (das heißt, wenn das Fahrzeug 410 eine hohe Geschwindigkeit hat, oder in dem Fall einer Rotationsbewegung, die einen kleinen Rotationsradius hat), nicht die gewünschte Rotationsbewegung 420 ausführen. Der oben erwähnte Fall kann in Abhängigkeit von der Situation zu einem Überschlagen bzw. Umkippen des Fahrzeugs führen. Deshalb wird dann, wenn das Fahrzeug 410 die Fahrspuren wechselt, die Geschwindigkeit gemessen, und wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschritten wird, kann der Rotationsradius des Fahrzeugs beschränkt werden, wodurch die benötigte Zentripetalkraft reduziert wird. Die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und dem Rotationsradius kann durch Experimente festgesetzt werden. Insbesondere kann die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage des maximalen Lenkwinkels, der durch die oben erwähnten Bedingungen beschränkt wird, und von Informationen im Hinblick auf die Breite des Fahrzeugs und die Länge des Fahrzeugs erzeugen.
5 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Betriebs einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine Seitenobjekt-Erfassungseinheit aufweisen, die ein seitliches Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst, und die Weg-Erzeugungseinheit kann einen Weg erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem leeren Raum bewegen kann, ohne dass dieses mit dem seitlichen Objekt kollidiert.
Unter Bezugnahme auf 5 fahren gerade drei Fahrzeuge 510, 520 und 530 in der gleichen Richtung auf einer Straße, wobei sich das Bezugszeichen 540 auf einen leeren Raum bezieht, der von dem Fahrzeug 510 erkannt werden kann, und sich das Bezugszeichen 550 auf einen Bereich bezieht, in dem ein seitliches Objekt durch die Seitenobjekt-Erfassungseinheit erfasst werden kann. Außerdem kann die Weg-Erzeugungseinheit dann, wenn das Fahrzeug 510, das gerade hinter dem Fahrzeug 520 und benachbart zu dem Fahrzeug 530 fährt, einen Spurwechsel auf die Vorderseite des Fahrzeugs 530 ausführt, einen Weg 560 erzeugen.
Genauer gesagt erfasst die Raumerkennungseinheit des Fahrzeugs 510 nur vordere Objekte und kann das Fahrzeug 530 nicht erkennen. In dieser Situation kann die Weg-Erzeugungseinheit des Fahrzeugs 510 nicht nur den Weg 560, sondern auch den Weg 565 erzeugen. Wenn sich das Fahrzeug 510 entlang dem Weg 565 bewegt, kann es in Abhängigkeit von der Position oder der Bewegung des Fahrzeugs 530 mit dem Fahrzeug 530 kollidieren. Aber die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Position und die Bewegung des Fahrzeugs 530, d. h. eines seitlichen Objekts, das in dem Bereich 550 existiert, erkennen und dadurch jegliche mögliche Kollision mit dem Fahrzeug 530 im Voraus vorhersagen, und die Weg-Erzeugungseinheit kann auf der Grundlage einer solchen Vorhersage anstelle des Wegs 565 den Weg 560 erzeugen, um dadurch jegliche Kollision mit dem Fahrzeug 530 zu verhindern. Verfahren zum Erkennen der Position und der Bewegung eines Fahrzeugs und zum Vorhersagen einer Kollision können auf der Grundlage von Experimentdaten vorhergesagt werden, die sich auf die Position und Bewegung eines seitlichen Objekts, wie etwa des Fahrzeugs 530, beziehen.
6 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Betriebs einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sie des Weiteren eine Fortbewegungs-Fahrbahn-Erkennungseinheit aufweist, die den Rand einer benachbarten Fahrspur unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst und eine Fortbewegungs-Fahrbahn unter Verwendung des erfassten Randes der benachbarten Fahrspur erkennt, und die Weg-Erzeugungseinheit erzeugt einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu einer Fortbewegungs-Fahrbahn innerhalb eines leeren Raums bewegen kann.
Unter Bezugnahme auf 6 fahren ein Fahrzeug 610, das mit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist, und ein weiteres Fahrzeug 620 auf einer sekundären Fortbewegungs-Fahrbahn einer Straße, die einen Mittelstreifen und eine Leitplanke hat. Das Bezugszeichen 630 bezieht sich auf einen leeren Raum, der von der Raumerkennungseinheit erkannt worden ist, und die Bezugszeichen 640, 643 und 646 beziehen sich auf Ränder von benachbarten Fahrspuren, die unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst worden sind. Die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine primäre Fortbewegungs-Fahrbahn und eine sekundäre Fortbewegungs-Fahrbahn einer Straße auf der Grundlage der erfassten Ränder 640, 643 und 646 von benachbarten Fahrspuren erkennen. Außerdem kann die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen leeren Raum 630 und einen Bereich 650, der von der erkannten primären Fortbewegungs-Fahrbahn gebildet wird, erfassen.
Genauer gesagt können die Ränder 640, 643 und 646 von benachbarten Fahrspuren unter Verwendung eines einzigen Kamerasensors erfasst werden. Dies ist bedingt dadurch, dass eine benachbarte Fahrspur vorbestimmte Informationen (Farbe und Breite) hat, so dass durch das Eingeben von Fahrspurrandinformationen (Farbe oder Breite) im Voraus ein Fahrspurrand auf der Grundlage der eingegebenen Fahrspurrandinformationen erfasst werden kann. Im Gegensatz dazu hat ein vorderes Objekt keine vorbestimmten Informationen, d. h. es können keine Informationen im Voraus eingegeben werden, und deshalb erfordert dies zwei Kameravorrichtungen und nicht nur eine einzige Kameravorrichtung. Das heißt, die Erkennung eines Randes einer benachbarten Fahrspur wird entweder durch Informationen über die Längsrichtung oder durch Informationen über die seitliche Richtung ermöglicht, aber die Erkennung eines vorderen Objekts erfordert sowohl Informationen über die Längsrichtung als auch Informationen über die seitliche Richtung. Deshalb kann ein leerer Raum 630 auf einen spezifischen Bereich beschränkt sein, wie dies in 6 veranschaulicht ist, aber Ränder 640, 643 und 646 von benachbarten Fahrspuren können im Hinblick auf einen Bereich erfasst werden, der breiter als der leere Raum 630 ist. Unter Verwendung der erfassten Ränder 640, 643 und 646 von benachbarten Fahrspuren kann der Raum, der von dem Fahrspurrand 640 und dem nächsten Fahrspurrand 643 definiert wird, als eine primäre Fortbewegungs-Fahrbahn erkannt werden, und kann der Raum, der von dem Fahrspurrand 643 und dem nächsten Fahrspurrand 646 definiert wird, als eine sekundäre Fortbewegungs-Fahrbahn erkannt werden. Auf der Grundlage dessen können auch Informationen im Hinblick auf die Fortbewegungs-Fahrbahn, auf der das eigene Fahrzeug 610 gerade fährt, erkannt werden.
In 6 kann der sich überlappende Raum 650 zwischen dem leeren Raum 530 und der primären Fortbewegungs-Fahrbahn, die durch das oben erwähnte Verfahren erkannt worden sind, erkannt werden, und die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Weg 660 erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem Bereich 650 bewegen kann.
Eine Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine Fortbewegungs-Fahrbahn-Erkennungseinheit, die eine benachbarte Fahrspur unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst und eine Fortbewegungs-Fahrbahn unter Verwendung der benachbarten Fahrspur erkennt, und eine Seitenobjekt-Erfassungseinheit aufweisen, die ein seitliches Objekt unter Verwendung des Kamerasensors erfasst, und die Weg-Erzeugungseinheit kann einen Weg erzeugen, entlang dem sich das Fahrzeug zu einer Fortbewegungs-Fahrbahn innerhalb eines leeren Raums bewegen kann, ohne mit dem seitlichen Objekt zu kollidieren.
Eine kurze Beschreibung lautet folgendermaßen: in Verbindung mit einer Erfassung eines Wegs, entlang dem sich das Fahrzeug zu einem sich überlappenden Bereich zwischen einer Fortbewegungs-Fahrbahn, die von der Fortbewegungs-Fahrbahn-Erkennungseinheit erkannt worden ist, und einem leeren Raum, der von der Raumerkennungseinheit erkannt worden ist, bewegen kann, durch die Weg-Erzeugungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können zusätzlich die Position und die Bewegung eines seitlichen Objekts berücksichtigt werden. Dies kann als eine zusätzliche Anwendung der Situation von 5 auf die Situation von 6 betrachtet werden.
7A und 7B sind Diagramme, die Beispiele für das Beschreiben des Betriebs eines Steuergeräts in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Wenn die Seitenobjekt-Erfassungseinheit der Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein seitliches Objekt erfasst, das in Bewegung ist, kann das Steuergerät eine Beschleunigung für das Fahrzeug berechnen, um sich zu dem erzeugten Weg zu bewegen, ohne mit dem seitlichen Objekt zu kollidieren, und kann es das Fahrzeug mit der berechneten Beschleunigung steuern bzw. regeln.
Unter Bezugnahme auf 7A fahren gerade drei Fahrzeuge 710a, 720a und 730a auf einer Straße in der gleichen Richtung, wie in dem Fall von 5, wobei sich das Bezugszeichen 740a auf einen leeren Raum bezieht, der von dem Fahrzeug 710a erkannt worden ist, und sich das Bezugszeichen 750a auf einen Bereich bezieht, in dem ein Objekt durch die Seitenobjekt-Erfassungseinheit erfasst werden kann. Außerdem kann die Weg-Erzeugungseinheit dann, wenn das Fahrzeug 710a, das hinter dem Fahrzeug 720a und benachbart zu dem Fahrzeug 730a fährt, einen Spurwechsel zu der Vorderseite des Fahrzeugs 730a vollführt, den Weg 760a erzeugen. Aber wenn die Fahrzeuge 710a und 720a mit der gleichen Geschwindigkeit fahren und wenn das Fahrzeug 730a mit einer höheren Geschwindigkeit fährt, erreichen die drei Fahrzeuge 710a, 720a und 730a die Positionen 710b, 720b und 735b nach einer vorbestimmten Zeit t, wie dies in 7B veranschaulicht ist, wodurch es für das Fahrzeug 710a unmöglich gemacht wird, einen Spurwechsel zu vollziehen. Mit anderen Worten, damit das Fahrzeug 710 einen Spurwechsel durchführen kann, wird vorausgesetzt, dass der Spurwechsel innerhalb des vorbestimmten Zeitraums t vollendet wird.
Um einen Spurwechsel innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums zu vollenden, kann die Seitenobjekt-Erfassungseinheit der Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Position eines seitlichen Objekts in einem spezifischen Zeitintervall erfassen. Unter Verwendung von Informationen in Bezug auf die Position des seitlichen Objekts, das in dem spezifischen Zeitintervall erfasst wird, kann das Steuergerät die Relativgeschwindigkeit und die Relativbeschleunigung des seitlichen Objekts erhalten. Außerdem kann das Steuergerät den Zeitraum, während dem das eigene Fahrzeug einen Spurwechsel vornehmen kann, auf der Grundlage der Relativgeschwindigkeit und der Relativbeschleunigung berechnen, und es kann die Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs so regeln, dass der Spurwechsel innerhalb des berechneten Zeitraums vollendet wird.
7A und 7b veranschaulichen Situationen, in denen das eigene Fahrzeug 710 als die Referenz betrachtet wird, und können eine Situation einschließen, in der sich alle Fahrzeuge 710, 720 und 730 bewegen oder in der sich nur das Fahrzeug 730 bewegt.
Das Steuergerät in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann den Lenkwinkel und das Lenkdrehmoment zum Bewegen entlang dem erfassten Weg berechnen und kann das Fahrzeug unter Verwendung des berechneten Lenkwinkels und des berechneten Lenkdrehmoments steuern bzw. regeln.
Genauer gesagt verändert ein leerer Raum, der von der Raumerkennungseinheit erkannt worden ist, dann, wenn sich das eigene Fahrzeug, das mit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, bewegt, seine Position in Abhängigkeit von der Bewegung des Fahrzeugs. Zum Beispiel verringert eine Vorwärtsbewegung des eigenen Fahrzeugs den Abstand zu dem leeren Raum, eine Rechtsbewegung des eigenen Fahrzeugs bewegt den leeren Raum nach links, und eine Linksbewegung des eigenen Fahrzeugs bewegt den leeren Raum nach rechts. Unter Verwendung dieser Beziehung kann die Position der Bewegung des eigenen Fahrzeugs erkannt werden. In Übereinstimmung mit der erkannten Position der Bewegung des eigenen Fahrzeugs kann das Steuergerät einen Lenkwinkel und ein Lenkdrehmoment für die Bewegung entlang dem Weg, der von der Weg-Erzeugungseinheit erzeugt worden ist, berechnen und kann eine Steuerung bzw. Regelung so durchführen, dass das eigene Fahrzeug einen Spurwechsel entlang dem von der Weg-Erzeugungseinheit erzeugten Weg vollführen kann. Um die Position der Bewegung des eigenen Fahrzeugs zu erkennen, kann die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Erkennung auf der Grundlage nicht nur eines leeren Raums, sondern auch auf der Grundlage jeglichen Objekts, das von den Kameras erfasst wird, durchführen; deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht auf den leeren Raum beschränkt.
8 ist ein Diagramm für das Beschreiben des Gesamtbetriebs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Raumerkennungseinheit einer Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors erfassen, der an einem Fahrzeug bereitgestellt ist, und kann durch das Ausschließen des Bereichs des erfassten vorderen Objekts aus dem überwachten vorderen Bereich erkennen, dass dies ein leerer Raum ist (S800). Eine kurze Beschreibung lautet folgendermaßen: das vordere Objekt kann durch das Erhalten von Informationen über die seitliche Richtung und von Informationen über die Längsrichtung in Verbindung mit der Vorderseite unter Verwendung von zwei Kamerasensoren, die die Vorderseite überwachen, und durch das Kombinieren der erhaltenen Informationen über die seitliche Richtung und der erhaltenen Informationen über die Längsrichtung erkannt werden.
Die Weg-Erzeugungseinheit der Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt einen Weg, entlang dem sich das eigenen Fahrzeug zu einem erkannten leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage von vorher eingegebenen Informationen in Bezug auf die Breite des eigenen Fahrzeugs, die Länge des eigenen Fahrzeugs und den maximalen Lenkwinkel des eigenen Fahrzeugs (S810). Eine kurze Beschreibung lautet folgendermaßen: die Weg-Erzeugungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann einen Weg erzeugen, wenn die Breite des eigenen Fahrzeugs kleiner als die Breite des erkannten leeren Raums ist, wenn der Rotationsradius der Vorderräder des eigenen Fahrzeugs in dem erkannten leeren Raum enthalten ist und wenn sich der Rotationsradius der Hinterräder nicht mit irgendeinem seitlichen Objekt überlappt. Die Weg-Erzeugungseinheit kann keinen Weg erzeugen, wenn eine der oben genannten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Wenn die Weg-Erzeugungseinheit keinen Weg erzeugt, das heißt, wenn die Breite des eigenen Fahrzeugs größer als die Breite des erkannten leeren Raums ist, wenn der Rotationsradius der Vorderräder des eigenen Fahrzeugs von dem erkannten leeren Raum abweicht oder wenn der Rotationsradius der Hinterräder von dem erkannten leeren Raum abweicht, dann wird dem Fahrer eine Warnung bereitgestellt (S820).
Wenn die Weg-Erzeugungseinheit einen Weg erzeugt, das heißt, wenn die Breite des eigenen Fahrzeugs kleiner als die Breite des erkannten leeren Raums ist, wenn der Rotationsradius der Vorderräder des eigenen Fahrzeugs in dem erkannten leeren Raum enthalten ist und wenn sich der Rotationsradius der Hinterräder nicht mit irgendeinem seitlichen Objekt überlappt, dann ermittelt die Seitenobjekt-Erkennungseinheit, ob ein seitliches Objekt existiert oder nicht, indem sie eine seitliche Kamera verwendet, die an dem eigenen Fahrzeug bereitgestellt ist (S830). Die Existenz eines seitlichen Objekts wird in Verbindung mit der Erzeugung eines Wegs durch die Weg-Erzeugungseinheit berücksichtigt, aber die Bewegung des seitlichen Objekts wird nicht berücksichtigt. Deshalb entsprechen die Schritte S830 und S850 bis S880 einem Fall, in dem ein Spurwechsel durch das Reflektieren der Bewegung eines seitlichen Objekts durchgeführt wird, und diese können im Bedarfsfall weggelassen werden. Wenn im Schritt S830 ermittelt wird, dass kein seitliches Objekt existiert, dann steuert bzw. regelt das Steuergerät das Fahrzeug derart, dass sich dieses entlang dem erzeugen Weg bewegt, ohne dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt wird (S840).
Wenn im Schritt S830 ermittelt wird, dass ein seitliches Objekt existiert, dann wird die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs mit der des seitlichen Objekts verglichen (S850). Das Verfahren zum Vergleichen der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs mit der des seitlichen Objekts kann durch das Vergleichen von Positionen des seitlichen Objekts bekannt sein, die durch das Aufnehmen von Bildern in einem vorbestimmten Zeitintervall unter Verwendung einer seitlichen Kamera erhalten worden sind. Genauer gesagt wird die Position p1 des seitlichen Objekts, die von der seitlichen Kamera des eigenen Fahrzeugs zu der Zeit t gemessen worden ist, mit der Position p2 des seitlichen Objekts verglichen, die von derselben seitlichen Kamera zu der Zeit t + dt gemessen worden ist (nachdem die Zeit dt abgelaufen ist); das bedeutet, dass dann, wenn p2 der Position p1 vorangeht, das seitliche Objekt eine höhere Geschwindigkeit als das eigene Fahrzeug hat; dass dann, wenn p2 und p1 gleich sind, das seitliche Objekt und das eigene Fahrzeug die gleiche Geschwindigkeit haben; und dass dann, wenn der Position p2 die Position p1 vorangeht, das seitliche Objekt eine niedrigere Geschwindigkeit als das eigene Fahrzeug hat.
Wenn im Schritt S850 ermittelt wird, dass die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs höher ist als die des seitlichen Objekts ist oder identisch dazu ist, dann steuert bzw. regelt das Steuergerät das Fahrzeug so, dass sich dieses entlang dem erzeugten Weg bewegt, ohne dass die Geschwindigkeit berücksichtigt wird (S840). Wenn im Schritt S850 ermittelt wird, dass die Geschwindigkeit des seitlichen Objekts höher als die des eigenen Fahrzeugs ist, dann berechnet das Steuergerät die Relativgeschwindigkeit des seitlichen Objekts (S860). Die Relativgeschwindigkeit kann unter Verwendung von Informationen berechnet werden, die in Verbindung mit dem Verfahren zum Vergleichen der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs mit der des seitlichen Objekts verwendet worden sind. Insbesondere kann die Relativgeschwindigkeit des seitlichen Objekts berechnet werden, indem die Position p1 des seitlichen Objekts, die von der seitlichen Kamera des eigenen Fahrzeugs zu der Zeit t gemessen worden ist, und die Position p2 des seitlichen Objekts, die von derselben seitlichen Kamera zu der Zeit t + dt gemessen worden ist (nachdem die Zeit dt abgelaufen ist), erhalten werden und die Positionsänderung p2 – p1 des seitlichen Objekts während der Zeit dt durch die Zeit dt dividiert wird. Außerdem kann das Steuergerät die Zeit tg, während der ein Spurwechsel durchgeführt werden kann, unter Verwendung der Relativgeschwindigkeit berechnen, die im Schritt S860 berechnet worden ist. Das Gleiche kann zum Beispiel durch das Dividieren der Toleranzlänge l des leeren Raums durch die berechnete Relativgeschwindigkeit v erhalten werden. Die Toleranzlänge l kann durch das Subtrahieren der Breite des eigenen Fahrzeugs von der Breite des leeren Raums erhalten werden. Die Beschleunigung a für die Bewegung entlang dem Weg wird unter Verwendung der Zeit tg und der Toleranzlänge l berechnet, wie dies in der Gleichung (5) unten angegeben ist (S870):
Die Beschleunigung der Gleichung (5) entspricht einem Fall, in dem sich das eigene Fahrzeug mit einer konstanten Beschleunigung für den Komfort des Fahrers bewegt. Deshalb wird die Gleichung (5) nicht notwendigerweise angewendet, um die Beschleunigung durch die Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu berechnen.
Das Steuergerät in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert bzw. regelt die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs auf der Grundlage der Beschleunigung, die im Schritt S870 berechnet worden ist, und gleichzeitig steuert bzw. regelt es den Lenkwinkel und das Lenkdrehmoment des eigenen Fahrzeugs so, dass sich dieses entlang dem im Schritt S810 erzeugten Weg bewegt (S880).
Ein Spurwechselverfahren, d. h. ein Vorgang, der von der Spurwechselvorrichtung durchgeführt wird, die unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben worden ist, wird im Folgenden kurz beschrieben werden.
9 ist ein Diagramm, das ein Ablaufdiagramm eines Spurwechselverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Raumerkennungsschritt zum Erfassen eines vorderen Objekts unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs und zum Erkennen eines leeren Raums, in dem kein erfasstes vorderes Objekt existiert; einen Weg-Erzeugungsschritt zum Erzeugen eines Wegs, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem erkannten leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage von Informationen in Bezug auf die Breite des Fahrzeugs, die Länge des Fahrzeugs und den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs; und einen Steuerungs- bzw. Regelungsschritt zum Steuern bzw. Regeln des Fahrzeugs derart, dass es sich entlang dem erzeugten Weg bewegt, umfassen.
Unter Bezugnahme auf 9 kann das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Leerraum-Erkennungsschritt (S9000) umfassen. Insbesondere wird ein Objekt in einem Messbereich einer vorderen Kamera unter Verwendung von zwei vorderen Kamerasensoren erfasst, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind. Die Sensoren der zwei vorderen Kameras können jeweils Informationen über die seitliche Richtung und Informationen über die Längsrichtung messen und können durch das Kombinieren der gemessenen Informationen über die seitliche Richtung und der gemessenen Informationen über die Längsrichtung ein Objekt in dem Messbereich erfassen. Ein Bereich, aus dem ein Bereich ausgeschlossen worden ist, der von dem in dem Messbereich erfassten Objekt bedeckt wird, kann als ein leerer Bereich erkannt werden. Deshalb kann der leere Raum in Abhängigkeit von der Position variieren, in der die zwei vorderen Kameras an dem Fahrzeug bereitgestellt sind.
In dem Leerraum-Erkennungsschritt S900 können des Weiteren Bilder, die von einer benachbarten Fahrspur aufgenommen worden sind, analysiert werden, um die Koordinate eines leeren Raums unter Räumen der benachbarten Fahrspur, in denen kein Hindernis existiert, zu ermitteln, und eine spezifische Zielposition (x0, y0) kann unter Verwendung einer Spurmodellierungsgleichung, die in Bezug zu der aktuellen Fortbewegungs-Fahrspur steht, und eines Abstands der Längsbewegung x0, der aus der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Spurwechsel-Anforderungszeit t ermittelt wird, ermittelt werden.
Das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Weg-Erzeugungsschritt (S910) umfassen. Genauer gesagt kann ein Weg für einen Spurwechsel in dem Weg-Erzeugungsschritt dann erzeugt werden, wenn die Breite eines erkannten leeren Raums größer als die Breite des Fahrzeugs ist, wenn der Minimum-Rotationsradius von linken/rechten Vorderrädern des Fahrzeugs in dem erkannten leeren Raum enthalten ist und wenn sich der Minimum-Rotationsradius der linken/rechten Hinterräder nicht mit irgendeinem benachbarten Fahrzeug überlappt. Der Minimum-Rotationsradius der Vorderräder, welcher der Rotationsradius ist, wenn das eigene Fahrzeug mit dem maximalen Lenkwinkel fährt, und der Minimum-Rotationsradius der Hinterräder, welcher der Rotationsradius ist, wenn das eigene Fahrzeug mit dem maximalen Lenkwinkel fährt, können mit der Länge des Fahrzeugs in Bezug gebracht werden.
In diesem Fall kann der Weg auf der Grundlage eines Seitenversatzes festgesetzt werden, welcher der Abstand zwischen der Kameramitte und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist, so dass sich das Fahrzeug entlang einer geraden Linie ausgehend von der aktuellen Position zu der Zielposition P bewegt.
Das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Steuerungs- bzw. Regelungsschritt (S920) umfassen. In dem Steuerungs- bzw. Regelungsschritt wird eine Steuerung bzw. Regelung derart durchgeführt, dass sich das Fahrzeug entlang dem im Schritt S910 erzeugten Weg bewegt. Insbesondere wird ein leerer Raum, der im Schritt S900 erkannt worden ist, entsprechend der Bewegung des eigenen Fahrzeugs als sich bewegend erkannt. Wenn sich das eigene Fahrzeug zum Beispiel in Richtung auf den leeren Raum zu bewegt, wird sich der Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem leeren Raum verringern, und der Kamerasensor wird den leeren Raum als sich nähernd erkennen; und wenn sich das eigene Fahrzeug weg von dem leere Raum bewegt, wird der Abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem leeren Raum größer werden, und der Kamerasensor wird den leeren Raum als sich wegbewegend erkennen. Außerdem wird der Kamerasensor dann, wenn sich das eigene Fahrzeug nach links bewegt, den leeren Raum als sich nach links bewegend erkennen; und wenn sich das eigene Fahrzeug nach rechts bewegt, wird der Kamerasensor den leeren Raum als sich nach links bewegend erkennen. Die Bewegung des eigenen Fahrzeugs kann auf der Grundlage von solchen Informationen beobachtet werden, und der Lenkwinkel des Fahrzeugs kann in einer spezifischen Position eingestellt werden, so dass sich das Fahrzeug entlang dem Weg bewegt, der im Schritt S910 erzeugt worden ist.
Genauer gesagt werden in dem Steuerungs- bzw. Regelungsschritt eine Lenkungsregelung zum Bestimmen des Ziel-Lenkwinkels θ_fb und eine Geschwindigkeitsregelung zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Fahrzeugbeschleunigung entsprechend der Relativgeschwindigkeit im Hinblick auf ein benachbartes Fahrzeugs gleichzeitig durch eine Proportional-Differential-Rückkopplung durchgeführt, die auf einem vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehler
und einem vorderen vorhergesagten Richtungswinkelfehler
basiert (PD-Regelung), so dass das Fahrzeug den Spurwechsel entlang dem Weg innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums (Spurwechsel-Anforderungszeit t) vollendet.
Daneben kann das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auch alle Vorgänge bzw. Operationen durchführen, die von der Spurwechselvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, die unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben worden ist.
10 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Spurwechselverfahrens in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Spurwechselverfahren in Übereinstimmung mit der Ausführungsform, die in 10 veranschaulicht ist, ist im Allgemeinen ähnlich zu dem Schema von 9, aber es unterscheidet sich im Hinblick auf zusätzliche Merkmale des zusätzlichen Berücksichtigens einer Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingung und des Lösens (Beendens) der Spurwechselregelung bzw. -steuerung, wenn eine spezifische Bedingung während der Spurwechselregelung bzw. -steuerung erfüllt wird.
In dem Spurregelungs- bzw. -steuerungsverfahren in Übereinstimmung mit der Ausführungsform, die in 10 veranschaulicht ist, wird zuerst bestätigt, ob ein Links/Rechts-Blinksignal (Fahrtrichtungsanzeiger) des Fahrzeugs eingegeben ist oder nicht (S1005), und ein Schritt des Erfassens eines vorderen Objekts und des Erkennens eines leeren Raums wird nur dann durchgeführt, wenn der Fahrer ein Blinksignal durch das Betätigen des Fahrtrichtungsanzeigers aktiviert hat (S1010).
Insbesondere können Bilder, die von dem vorderen Kamerasensor aufgenommen werden, analysiert werden, um die Koordinate eines leeren Raums unter Räumen der benachbarten Fahrspur, in dem kein Hindernis existiert, zu ermitteln, und eine spezifische Zielposition (x0, y0) kann unter Verwendung einer Spurmodellierungsgleichung, die sich auf die aktuelle Fortbewegungs-Fahrspur bezieht, und einer Distanz einer Längsbewegung x0 ermittelt werden, die aus der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Spurwechsel-Anforderungszeit t ermittelt wird.
Als nächstes wird ein Weg der Bewegung von der aktuellen Position zu der Zielposition unter Verwendung des Minimum-Rotationsradius von Rädern des Fahrzeugs, von Informationen über den maximalen Lenkwinkel, etc. erzeugt (S1015). In diesem Fall kann der Weg auf der Grundlage eines Seitenversatzes festgesetzt werden, der der Abstand zwischen der Kameramitte und der Mitte einer benachbarten Fahrspur ist, so dass sich das Fahrzeug entlang einer geraden Linie ausgehend von der aktuellen Position zu der Zielposition P bewegt.
Andererseits wird der Fahrer dann, wenn ein Hindernis in dem Weg der geraden Bewegung existiert oder wenn der Weg der Bewegung aufgrund von Beschränkungen, wie etwa des Rotationsradius von Rädern oder des maximalen Lenkwinkels, nicht berechnet werden kann, gewarnt, dass kein Weg erzeugt werden kann, und der Prozess wird beendet (S1035).
Wenn der Weg der Bewegung erzeugt wird, dann wird festgestellt, ob eine Bedingung zum Eintreten in eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung erfüllt ist oder nicht (S1020).
Die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingung kann wenigstens eine von einer Blinksignal-Eingabebedingung, die es erfordert, dass eine Blinksignaleingabe (Fahrtrichtungsanzeiger-Aktivierung) existiert; einer Fahrzeuggeschwindigkeitsbedingung, die es erfordert, dass die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs gleich groß wie oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist; einer Abstandsbedingung, die es erfordert, dass der Abstand zu einem vorderen Fahrzeug in einer Fortbewegungs-Fahrspur gleich groß wie oder größer als eine vorbestimmte Länge ist; einer Fahrspurrand-Erkennungsbedingung, die es erfordert, dass sowohl ein Fahrspurrand einer Fortbewegungs-Fahrspur als auch ein Fahrspurrand einer benachbarten Fahrspur erkannt werden; einer Spurpositionsbedingung, die es erfordert, dass das eigene Fahrzeug in einem vorbestimmten Bereich in einer Fortbewegungs-Fahrspur positioniert ist; einer Beschleunigungsbedingung, die es erfordert, dass die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs innerhalb einer vorbestimmten Spanne liegen; einer Straßenbiegungsbedingung, die es erfordert, dass die Straßenbiegung gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; einer Bedingung eines stabilen Verhaltens, die es erfordert, dass die Gierrate des eigenen Fahrzeugs gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; und einer Fahrer-Nicht-Interventions-Bedingung sein, die es erfordert, dass das Lenkdrehmoment gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wenn keine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung vorhanden ist.
Die Blinksignaleingabebedingung bedeutet, dass die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann durchgeführt wird, wenn der Fahrer den Fahrtrichtungsanzeiger (Blinksignal) mit einem Willen, Fahrspuren wechseln zu wollen, eingegeben hat.
Die Fahrzeuggeschwindigkeitsbedingung bedeutet, dass nur dann in die Spurwechselregelung bzw. -steuerung eingetreten werden kann, wenn die aktuelle Fahrgeschwindigkeit gleich groß wie oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und sie basiert auf der Überlegung, dass ein Spurwechsel bei einer langsamen Geschwindigkeit oder niedriger auf der Grundlage eines vorbestimmten Standards höchstwahrscheinlich eine Kollision und einen damit verbundenen Schaden verursachen wird und deshalb nicht vollzogen werden soll.
Die Abstandsbedingung bedeutet, dass in die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann eingetreten wird, wenn der Abstand zwischen einem vorderen Fahrzeug in der Fortbewegungs-Fahrspur und dem eigenen Fahrzeug gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, weil ein Spurwechsel, der zum Beispiel durch eine Beschleunigung durchgeführt wird, wahrscheinlich eine Kollision mit dem vorderen Fahrzeug, das in der Fortbewegungs-Fahrspur existiert, verursacht werden wird, wenn der Abstand zu dem vorderen Fahrzeug gleich groß wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Die Fahrspurrand-Erkennungsbedingung erlaubt den Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungseintritt nur dann, wenn beide Fahrspurränder einer benachbarten Fahrspur, in die ein Spurwechsel erfolgen soll, erfasst werden, und dies dient dem Zweck, zu verhindern, dass das Fahrzeug in eine Fahrspur, wie etwa die primäre Fahrspur oder die äußerste Fahrspur, in die kein Spurwechsel möglich ist, eintritt.
Wenn das Fahrzeug zum Beispiel im Augenblick in der äußersten Fahrspur fährt und wenn eine Anforderung, einen Spurwechsel nach rechts durchführen zu wollen, empfangen wird, gibt es keine benachbarte Fahrspur auf der rechten Seite, und beide Fahrspurränder von irgendeiner benachbarten Fahrspur können nicht erkannt werden. Wenn beide Fahrspurränder einer benachbarten Fahrspur, zu der ein Spurwechsel vollführt werden soll, somit nicht erkannt werden, wird der Eintritt in die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nicht erlaubt.
Die Spurpositionsbedingung bedeutet, dass die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann durchgeführt wird, wenn das eigene Fahrzeug in einem vorbestimmten Bereich der aktuellen Fortbewegungs-Fahrspur existiert. Wenn zum Beispiel eine nach links gerichtete Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchgeführt werden soll und wenn das Fahrzeug zu nahe an dem rechten Bereich der Fortbewegungs-Fahrspur fährt, dann wird die Spurwechselregelung aufgrund von potentiellen Fehlern in Bezug auf die Leerraumerkennung, die Wegeinrichtung, etc. nicht durchgeführt.
Die Beschleunigungsbedingung und die Bedingung des stabilen Verhaltens dienen dem Zweck, einen Eintritt in die Spurwechselregelung bzw. -steuerung zu verhindern, wenn das Verhalten des Fahrzeugs unnormal ist, wie etwa dann, wenn die Querbeschleunigung oder die Gierrate des eigenen Fahrzeugs gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert sind, wodurch das Seitenverhalten instabil wird, oder wenn die Längsbeschleunigung gleich groß wie oder höher als eine vorbestimmte Spanne ist (abrupte Beschleunigung oder Abbremsung).
Die Fahrer-Nicht-Interventions-Bedingung verhindert den Eintritt in die Spurwechselregelung bzw. -steuerung, wenn der Wille des Fahrers zur Lenkungs- oder Beschleunigungs-/Abbremsungsregelung an dem Zeitpunkt zum Bestimmen der Spurwechselregelung bzw. -steuerung bestätigt wird, wenn zum Beispiel das Lenkdrehmoment gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, oder wenn der Druck des Gaspedals oder des Bremspedals gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Im Schritt S1020 kann die Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann initiiert werden, wenn alle der oben genannten Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingungen erfüllt sind; aber es ist in einigen Fällen auch möglich, die Spurwechselregelung bzw. -steuerung zu initiieren, selbst wenn eine oder mehrere der oben genannten Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingungen erfüllt ist bzw. sind.
Wenn andererseits die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingungen erfüllt sind, wird die Seite des eigenen Fahrzeugs abgetastet, um zu bestätigen, ob ein seitliches Objekt existiert oder nicht (S1025).
Wenn kein seitliches Objekt in einer Richtung erfasst wird, in die ein Spurwechsel ausgeführt werden soll, wird die Spurwechselregelung bzw. -steuerung entlang dem erzeugten Weg durchgeführt (S1030); und wenn ein seitliches Objekt existiert, dann wird der Seitenabstand zwischen dem seitlichen Objekt und dem eigenen Fahrzeug gemessen.
Wenn der Seitenabstand zu dem seitlichen Objekt in der Richtung, in der ein Spurwechsel vollzogen werden soll, gleich groß wie oder kleiner als ein Schwellenwertabstand ist (S1040), wird bestätigt, ob die Spurwechselregelung bzw. -steuerung im Augenblick arbeitet oder nicht (S1050), die Spurwechselregelung bzw. -steuerung, die bis jetzt gearbeitet hat, wird gelöst und der Fahrer wird gewarnt (S1050, S1060).
Des Weiteren kann, obwohl dies nicht veranschaulicht ist, das Lösen der Spurwechselregelung bzw. -steuerung – abgesehen von dem Seitenabstand zu dem seitlichen Objekt – auf der Grundlage der Berücksichtigung eines Blinksignaleingabe-Lösens und von Fahrer-Interventions-Bedingungen durchgeführt werden.
Insbesondere kann in dem Prozess des Betreibens der Spurwechselregelung bzw. -steuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Spurwechselregelung bzw. -steuerung, die bis jetzt gearbeitet hat, gelöst oder beendet werden und kann der Fahrer gewarnt werden, wenn wenigstens eine von den folgenden Bedingungen erfüllt ist: eine Blinksignal-Beendigungsbedingung, die es erfordert, dass die Blinksignaleingabe erloschen ist, eine Seitenabstandsbedingung, die es erfordert, dass der Seitenabstand zu einem seitlichen Objekt gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, eine Fahrer-Interventions-Bedingung, die es erfordert, dass das Lenkdrehmoment gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder dass eine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung existiert, und eine Spurwechsel-Vollendungsbedingung, die es erfordert, dass der Spurwechsel vollendet ist.
Die Fahrer-Interventions-Bedingung bedeutet, dass der Wille des Fahrers für eine Lenkungs- oder Beschleunigungs-/Abbremsungsregelung bestätigt wird, wie etwa dann, wenn das Lenkdrehmoment gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, oder dann, wenn der Druck des Gaspedals oder des Bremspedals gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Außerdem bedeutet die Spurwechsel-Vollendungsbedingung, dass, nachdem ein Spurwechsel in der Blinksignalrichtung erfasst wird, der Spurhaltezustand über einen vorbestimmten Zeitraum in der gewechselten Fahrspur fortgesetzt wird. Insbesondere wird eine Vollendung des Spurwechsels nur dann erkannt, wenn eine Spurwechselfeststellung und eine darauffolgende Spurhaltefeststellung erfolgreich durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, ist vorteilhaft darin, dass eine automatische Spurwechselregelung bzw. -steuerung eines Fahrzeugs ermöglicht wird, indem die Position eines leeren Raums innerhalb einer benachbarten Fahrspur, zu der ein Spurwechsel vollzogen werden soll, unter Verwendung eines Kamerasensors des Fahrzeugs ermittelt wird, ein Weg der Fahrzeugbewegung (Spurwechselweg) zu der Position des leeren Raums festgesetzt wird, und die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und der Lenkwinkel des Fahrzeugs so gesteuert bzw. geregelt werden, dass sich das Fahrzeug entlang dem Weg bewegt.
Vor allem liegt ein Vorteil darin, dass der endgültige leere Raum, zu dem sich das Fahrzeug bewegen soll (Zielposition), leicht lediglich unter Verwendung einer Spurmodellierungsgleichung, die aus dem Abstand zwischen der Kameramitte des Fahrzeugs und der Mitte der benachbarten Fahrspur (Seitenversatz) bestimmt wird, der Fortbewegungsgeschwindigkeit v des Fahrzeugs und der Spurwechsel-Anforderungszeit t ermittelt werden kann.
Des Weiteren wird die Spurwechselregelung bzw. -steuerung durch das Berücksichtigen von mehreren Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingungen initiiert, und die Spurwechselregelung bzw. -steuerung wird gelöst, wenn eine vorbestimmte Lösebedingung erfasst wird, und das sogar während der Spurwechselregelung bzw. -steuerung, wodurch die Stabilität und der Komfort in Bezug auf den automatischen Spurwechsel weiter gesichert werden.
Auch wenn oben beschrieben worden ist, dass alle Komponenten bzw. Bauteile einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine einzige Einheit gekoppelt oder so gekoppelt sind, dass sie als eine einzige Einheit operativ betrieben werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht zwangsläufig auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Das heißt, wenigstens zwei Elemente von allen strukturellen Elementen können selektiv zusammengefügt und betrieben werden, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dass von dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abgewichen wird. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll auf der Basis der beigefügten Ansprüche interpretiert werden, und er soll so interpretiert werden, dass alle die technischen Ideen, die in dem Schutzumfang enthalten sind und äquivalent zu den Ansprüchen sind, zu der vorliegenden Erfindung gehören.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0193119 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. §119(a) [0001]

Claims

Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung mit: einer Raumerkennungseinheit, die ein vorderes Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs erfasst, einen leeren Raum, in dem das vordere Objekt nicht existiert, innerhalb einer benachbarten Fahrspur, die benachbart zu einer Fortbewegungs-Fahrspur ist, erkennt und eine Zielposition, zu der sich das Fahrzeug bewegen soll, innerhalb des leeren Raums auf der Grundlage einer Spurmodellierungsgleichung, die aus einem Seitenversatz, welcher ein Abstand zwischen einer Mitte des Kamerasensors und einer Mitte der benachbarten Fahrspur ist, bestimmt wird, der Fahrgeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs und einer Spurwechsel-Anforderungszeit (t) ermittelt; einer Weg-Erzeugungseinheit, die einen Weg für die Bewegung von einer aktuellen Fahrzeugposition zu der Zielposition erzeugt; und einem Steuergerät, das eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchführt, die wenigstens einen bzw. eine von dem Lenkwinkel des Fahrzeugs und einer Fahrzeuggeschwindigkeit derart regelt bzw. steuert, dass sich das Fahrzeug zu der Zielposition entlang dem Weg bewegt.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung des Weiteren eine Einheit zur Beschränkung des maximalen Lenkwinkels aufweist, die einen maximalen Lenkwinkel auf der Grundlage von Geschwindigkeitsinformationen beschränkt, die unter Verwendung eines Geschwindigkeitssensors des Fahrzeugs erlangt werden, und die Weg-Erzeugungseinheit einen Weg, entlang dem sich das Fahrzeug zu dem leeren Raum bewegen kann, auf der Grundlage der Breite des Fahrzeugs, der Länge des Fahrzeugs und von Informationen über einen beschränkten maximalen Lenkwinkel erzeugt.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann initiiert, wenn wenigstens eine von einer Blinksignal-Eingabebedingung, die es erfordert, dass eine Blinksignaleingabe (Fahrtrichtungsanzeiger-Aktivierung) existiert, einer Fahrzeuggeschwindigkeitsbedingung, die es erfordert, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gleich groß wie oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, einer Abstandsbedingung, die es erfordert, dass der Abstand zu einem vorderen Fahrzeug in einer Fortbewegungs-Fahrspur gleich groß wie oder größer als eine vorbestimmte Länge ist, einer Fahrspurrand-Erkennungsbedingung, die es erfordert, dass sowohl ein Fahrspurrand einer Fortbewegungs-Fahrspur als auch ein Fahrspurrand einer benachbarten Fahrspur erkannt werden, einer Spurpositionsbedingung, die es erfordert, dass das Fahrzeug in einem vorbestimmten Bereich in einer Fortbewegungs-Fahrspur positioniert ist, einer Beschleunigungsbedingung, die es erfordert, dass die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs innerhalb einer vorbestimmten Spanne liegen, einer Straßenbiegungsbedingung, die es erfordert, dass eine Straßenbiegung gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, einer Bedingung eines stabilen Verhaltens, die es erfordert, dass die Gierrate des Fahrzeugs gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und einer Fahrer-Nicht-Interventions-Bedingung, die es erfordert, dass ein Lenkdrehmoment gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist und keine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung vorhanden ist, erfüllt ist.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuergerät eine Spurwechselregelung bzw. -steuerung, die bis jetzt gearbeitet hat, löst, wenn eine von einer Blinksignal-Beendigungsbedingung, die es erfordert, dass die Blinksignaleingabe erloschen ist, einer Seitenabstandsbedingung, die es erfordert, dass ein Seitenabstand zu einem seitlichen Objekt gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und einer Fahrer-Interventions-Bedingung, die es erfordert, dass ein Lenkdrehmoment gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder dass eine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung existiert, erfüllt wird, während die Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchgeführt wird.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung des Weiteren eine Seitenobjekt-Erfassungseinheit aufweist, die ein seitliches Objekt unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst, und das Steuergerät eine Beschleunigung für die Bewegung entlang dem Weg ohne Kollision mit dem seitlichen Objekt auf der Grundlage einer Relativgeschwindigkeit im Hinblick auf das erfasste seitliche Objekt berechnet und das Fahrzeug mit der Beschleunigung regelt bzw. steuert.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät einen Ziel-Lenkwinkel für die Bewegung entlang dem Weg berechnet und der Ziel-Lenkwinkel durch eine PD-Rückkopplungsregelung berechnet wird, die einen vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehler des Fahrzeugs im Hinblick auf den Weg und einen vorderen vorhergesagten Richtungswinkelfehler im Hinblick auf den Weg abschwächt.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät den Fahrer mit einer Warnung versieht, wenn wenigstens einer von einem Fall, in dem der Weg nicht erzeugt worden ist, einem Fall, in dem das Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Lösen durchgeführt worden ist, und einem Fall, in dem die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingung nicht erfüllt worden ist, erfüllt ist.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren, das die folgenden Schritte umfasst: Durchführen einer Raumerkennung durch das Erfassen eines vorderen Objekts unter Verwendung eines Kamerasensors eines Fahrzeugs, das Erkennen eines leeren Raums, in dem das vordere Objekt nicht existiert, innerhalb einer benachbarten Fahrspur, die benachbart zu einer Fortbewegungs-Fahrspur ist, und das Ermitteln einer Zielposition, zu der sich das Fahrzeug bewegen soll, innerhalb des leeren Raums auf der Grundlage einer Spurmodellierungsgleichung, die aus einem Seitenversatz, welcher ein Abstand zwischen einer Mitte des Kamerasensors und einer Mitte der benachbarten Fahrspur ist, bestimmt wird, der Fortbewegungsgeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs und einer Spurwechsel-Anforderungszeit (t); Durchführen einer Wegerzeugung durch das Erzeugen eines Wegs für die Bewegung von einer aktuellen Fahrzeugposition zu der Zielposition; und Durchführen einer Steuerung bzw. Regelung durch das Durchführen einer Spurwechselregelung bzw. -steuerung, die wenigstens einen bzw. eine von dem Lenkwinkel des Fahrzeugs und einer Fahrzeuggeschwindigkeit derart regelt bzw. steuert, dass sich das Fahrzeug zu der Zielposition entlang dem Weg bewegt.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Durchführen der Regelung bzw. Steuerung des Weiteren das Ermitteln eines Regelungs- bzw. Steuerungseintritts durch das Initiieren einer Spurwechselregelung bzw. -steuerung nur dann umfasst, wenn wenigstens eine von einer Blinksignal-Eingabebedingung, die es erfordert, dass eine Blinksignaleingabe (Fahrtrichtungsanzeiger-Aktivierung) existiert, einer Fahrzeuggeschwindigkeitsbedingung, die es erfordert, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gleich groß wie oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, einer Abstandsbedingung, die es erfordert, dass ein Abstand zu einem vorderen Fahrzeug in einer Fortbewegungs-Fahrspur gleich groß wie oder größer als eine vorbestimmte Länge ist, einer Fahrspurrand-Erkennungsbedingung, die es erfordert, dass sowohl ein Fahrspurrand einer Fortbewegungs-Fahrspur als auch ein Fahrspurrand einer benachbarten Fahrspur erkannt werden, einer Spurpositionsbedingung, die es erfordert, dass das Fahrzeug in einem vorbestimmten Bereich in einer Fortbewegungs-Fahrspur positioniert ist, einer Beschleunigungsbedingung, die es erfordert, dass die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs innerhalb einer vorbestimmten Spanne liegen, einer Straßenbiegungsbedingung, die es erfordert, dass eine Straßenbiegung gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, einer Bedingung eines stabilen Verhaltens, die es erfordert, dass die Gierrate des Fahrzeugs gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und einer Fahrer-Nicht-Interventions-Bedingung, die es erfordert, dass ein Lenkdrehmoment gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist und keine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung vorhanden ist, erfüllt ist.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das Durchführen der Regelung bzw. Steuerung des Weiteren das Lösen der Regelung bzw. Steuerung durch das Lösen einer Spurwechselregelung bzw. -steuerung, die bis jetzt gearbeitet hat, umfasst, wenn eine von einer Blinksignal-Beendigungsbedingung, die es erfordert, dass die Blinksignaleingabe erloschen ist, einer Seitenabstandsbedingung, die es erfordert, dass ein Seitenabstand zu einem seitlichen Objekt gleich groß wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und einer Fahrer-Interventions-Bedingung, die es erfordert, dass ein Lenkdrehmoment gleich groß wie oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder dass eine Beschleunigungs-/Bremsbetätigung existiert, erfüllt wird, während die Spurwechselregelung bzw. -steuerung durchgeführt wird.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren nach Anspruch 10, wobei bei dem Durchführen der Regelung bzw. Steuerung eine Beschleunigung für die Bewegung entlang dem Weg ohne Kollision mit einem seitlichen Objekt, das unter Verwendung eines Kamerasensors erfasst worden ist, auf der Grundlage einer Relativgeschwindigkeit im Hinblick auf das seitliche Objekt berechnet wird und das Fahrzeug mit der Beschleunigung geregelt bzw. gesteuert wird.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren nach Anspruch 11, wobei bei dem Durchführen der Regelung bzw. Steuerung ein Ziel-Lenkwinkel für die Bewegung entlang dem Weg berechnet wird und der Ziel-Lenkwinkel durch eine PD-Rückkopplungsregelung berechnet wird, die einen vorderen vorhergesagten Seitenversatzfehler im Hinblick auf den Weg und einen vorderen vorhergesagten Richtungswinkelfehler im Hinblick auf den Weg abschwächt.
Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren des Weiteren das Bereitstellen einer Warnung durch das Versehen des Fahrers mit einer Warnung umfasst, wenn wenigstens einer von einem Fall, in dem der Weg nicht erzeugt worden ist, einem Fall, in dem das Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Lösen durchgeführt worden ist, und einem Fall, in dem die Spurwechselregelungs- bzw. -steuerungs-Eintrittsbedingung nicht erfüllt worden ist, erfüllt ist.