DE102015206496A1

DE102015206496A1 - Steuervorrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum steuern eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015206496A1
Application number: DE102015206496.4A
Authority: DE
Inventors: Hagen Böhmert; Daniel Lammering; Robert Syrnik
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Anzahl von Fahrerassistenzsystemen, welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren zu steuern, mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs und Sensordaten, welche die Umgebung des Fahrzeugs kennzeichnen, durch das Fahrzeug nicht befahrbare Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs und mögliche Wertebereiche für eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu bestimmen, und mit einer Überwachungseinrichtung, welche mit den Fahrerassistenzsystemen gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen, welche die Fahrerassistenzsysteme an die Fahrzeugaktuatoren übermitteln, und basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs und den möglichen Wertebereichen die empfangenen Steuersignale zu begrenzen und an die Fahrerassistenzsysteme weiterzuleiten. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Anzahl von Fahrerassistenzsystemen, welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren zu steuern. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren.
Stand der Technik
Obwohl die vorliegende Erfindung im Folgenden hauptsächlich in Zusammenhang mit Personenkraftwagen beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern kann mit jeder Art von Fahrzeug genutzt werden.
In modernen Fahrzeugen wird eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen bereitgestellt, die den Fahrer beim Führen seines Fahrzeugs unterstützen können. Solche Fahrerassistenzsysteme können den Fahrer z.B. beim Halten einer Fahrspur unterstützen, indem Sie ihm ein Signal geben, wenn das Fahrzeug kurz davor steht, die Fahrspur z.B. auf einer Autobahn zu verlassen, ohne dass der Fahrer vorher den Blinker des Fahrzeugs betätigt hätte.
Neben solchen reinen Hinweisfunktionen können die Fahrerassistenzsysteme den Fahrer aber auch aktiv beim Führen des Fahrzeugs unterstützen. Beispielsweise können moderne Fahrerassistenzsysteme das Fahrzeug automatisch Beschleunigen und Abbremsen sowie einen vorgegebenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einhalten.
Weitere Fahrerassistenzsysteme können dem Fahrer zumindest zeitweise das Führen des Fahrzeugs abnehmen. Der Fahrer muss ein solches Fahrzeug nicht mehr aktiv steuern und kann sich während der Fahrt anderen Dingen widmen. Eine solche Funktion wird auch als autonomes bzw. teilautonomes Fahren bezeichnet.
Üblicherweise wird ein solches Fahrerassistenzsystem abgeschaltet und der Fahrer muss das Steuern des Fahrzeugs wieder übernehmen, wenn das Fahrerassistenzsystem das Fahrzeug auf einer Trajektorie steuern würde, welche außerhalb der von einer Überwachungseinrichtung vorgegebenen Grenzen liegt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Überwachung für Fahrerassistenzsysteme bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Anzahl, d.h. einem oder mehr, von Fahrerassistenzsystemen, welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren zu steuern, mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs und Sensordaten, welche die Umgebung des Fahrzeugs kennzeichnen, durch das Fahrzeug nicht befahrbare Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs und mögliche Wertebereiche für eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu bestimmen, und mit einer Überwachungseinrichtung, welche mit den Fahrerassistenzsystemen gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen, welche die Fahrerassistenzsysteme an die Fahrzeugaktuatoren übermitteln, und basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs und den möglichen Wertebereichen die empfangenen Steuersignale zu begrenzen und an die Fahrerassistenzsysteme weiterzuleiten.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer Anzahl, d.h. einem oder mehr, von Fahrerassistenzsystemen, welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren zu steuern, aufweisend Bestimmen von durch das Fahrzeug nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs und von möglichen Wertebereichen für eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs und Sensordaten, welche die Umgebung des Fahrzeugs kennzeichnen, Empfangen von Steuersignalen, welche die Fahrerassistenzsysteme an die Fahrzeugaktuatoren übermitteln, Begrenzen der empfangenen Steuersignale basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs und den berechneten möglichen Wertebereichen, und Weiterleiten der begrenzten Steuersignale an die Fahrerassistenzsysteme.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass ein Abschalten eines Fahrerassistenzsystems z.B. in einem fahrdynamisch grenzwertigen Fall zu einer sehr frühen Abschaltung des Fahrerassistenzsystems führen muss, um dem Fahrer eine ausreichend lange Reaktionszeit bereitzustellen. Die Nutzungsmöglichkeiten der Fahrerassistenzsysteme werden folglich eingeschränkt.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, eine verlängerte Nutzung von Fahrerassistenzsystemen zu ermöglichen. Bei der vorliegenden Erfindung muss der Fahrer folglich nicht in die Steuerung des Fahrzeugs eingreifen, wenn ein Fahrerassistenzsystem eine Steuerung des Fahrzeugs mit hoher Dynamik, also mit hoher Quer- und/oder Längsbeschleunigung durchführen will.
Dazu sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Recheneinrichtung die Sensordaten verarbeitet und berechnet, in welchen Bereichen der Umgebung des Fahrzeugs dieses fahren darf und mit welchen Quer- bzw. Längsbeschleunigungen das Fahrzeug bewegt werden darf. Die Sensordaten können z.B. von Sensoren erfasst werden, welche Bestandteil der Steuervorrichtung sind. Die Sensordaten können aber auch von den Fahrerassistenzsystemen bereitgestellt werden. Ferner können die Sensoren z.B. auch als eigenständige Steuergeräte an einem Fahrzeug-Bus, z.B. einem CAN-Bus, FlexRay-Bus oder dergleichen, angeschlossen sein und sowohl für die Steuervorrichtung als auch die Fahrerassistenzsysteme die Sensordaten auf dem Fahrzeug-Bus bereitstellen. Die Sensoren können z.B. Radarsensoren, Kameras, Ultraschallsensoren, LIDAR-Sensoren oder dergleichen aufweisen.
Unter „befahrbaren Bereichen“ sind in diesem Zusammenhang insbesondere diejenigen Bereiche zu verstehen, die in einer aktuellen Verkehrssituation befahren werden sollten. Diese Bereiche müssen sich dabei nicht mit allen prinzipiell befahrbaren Bereichen decken. Dies wird in Zusammenhang mit 6 und 9 erläutert.
Die einzelnen Fahrerassistenzsysteme steuern die Fahrzeugaktuatoren, z.B. den Motor, die Bremsen, eine Lenkung oder dergleichen, üblicherweise mit entsprechenden Steuersignalen an.
Um die Einhaltung der befahrbaren Bereiche und der berechneten Quer- bzw. Längsbeschleunigungen sicherzustellen begrenzt oder sättigt die Überwachungseinrichtung die Steuersignale entsprechende der berechneten Quer- bzw. Längsbeschleunigungen und der befahrbaren Bereiche.
Folglich kann eine Abschaltung des entsprechenden Fahrerassistenzsystems verzögert werden und dessen Funktion länger aufrechterhalten werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
In einer Ausführungsform kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, basierend auf den bestimmten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs und den möglichen Wertebereichen Maximalwerte und Minimalwerte für die Steuersignale zu berechnen. Ferner kann die Überwachungseinrichtung die Steuersignale auf einen Wertebereich zwischen den entsprechenden Maximalwerten und den entsprechenden Minimalwerten begrenzen. Beispielsweise können die berechneten Quer- bzw. Längsbeschleunigungen der Recheneinrichtung in virtuelle Steuersignale umgerechnet werden, die nicht der Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren dienen sondern die Maximalwerte und Minimalwerte vorgeben. Dies ermöglicht eine einfache Begrenzung der Steuersignale.
In einer Ausführungsform kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, Steuersignale für mindestens zwei mögliche Trajektorien des Fahrzeugs mit unterschiedlichen Kritikalitätseinstufungen zu empfangen. Ferner kann eine Auswahleinrichtung in der Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, welche ausgebildet ist, die Steuersignale für die Trajektorie mit der niedrigsten Kritikalitätseinstufung für die Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren auszuwählen. Schließlich kann eine Begrenzungseinrichtung in der Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, welche ausgebildet ist, die ausgewählten Steuersignale zu begrenzen. Dies ermöglicht eine Koordination mehrerer Trajektorien, die von unterschiedlichen Fahrerassistenzsystemen stammen können.
In einer Ausführungsform können die Kritikalitätseinstufungen eine normale Trajektorie bei normaler Fahrt und/oder eine Kollisionsvermeidungstrajektorie zum Vermeiden einer Kollision und/oder eine Kollisionstrajektorie zum Abschwächen der Folgen einer Kollision kennzeichnen. Die Recheneinrichtung kann ausgebildet sein, für jede der Kritikalitätseinstufungen entsprechende mögliche Wertebereiche zu berechnen. Ferner kann die Begrenzungseinrichtung ausgebildet sein, die Steuersignale basierend auf dem möglichen Wertebereich zu begrenzen, welcher der Kritikalitätseinstufung der ausgewählten Trajektorie entspricht. Die Recheneinrichtung kann dabei z.B. für Trajektorien höherer Kritikalitätseinstufung höhere Quer- und Längsbeschleunigungen als Grenzwerte vorgeben. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einer normalen Fahrt als angenehm empfundene niedrigere Quer- und Längsbeschleunigungen eingehalten werden und nur in Ausnahmesituationen höhere Quer- und Längsbeschleunigungen möglich werden. Beispielsweise kann so ein Ausweichvorgang mit einem scharfen Einlenken und einer höhen Verzögerung des Fahrzeugs ermöglicht werden, der bei einer normalen Fahrt nicht möglich wäre.
In einer Ausführungsform kann die Auswahleinrichtung ausgebildet sein, eine Trajektorie mit einer höheren Kritikalitätseinstufung auszuwählen, wenn die von den Fahrerassistenzsystemen zu der bereits gewählten Trajektorie ausgegebenen Steuersignale die entsprechenden möglichen Wertebereiche länger als einen vorgegebenen Zeitraum verletzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Grenzwerte für die Quer- und Längsbeschleunigungen angepasst bzw. vergrößert oder erweitert werden, wenn eine Trajektorie die bisher vorgegebenen Grenzwerte länger Überschreitet. Der vorgegebene Zeitraum kann dabei weniger als z.B. 10 Sekunden, insbesondere auch weniger als 5 Sekunden, 1 Sekunde, 0,5 Sekunden oder dergleichen betragen.
In einer Ausführungsform kann eine Kontrolleinrichtung vorgesehen sein, welche ausgebildet ist, die Recheneinrichtung und/oder die Überwachungseinrichtung auf Fehler zu überwachen und bei einem erkannten Fehler ein Warnsignal zumindest an die Fahrerassistenzsysteme auszugeben und die Begrenzung der Steuersignale durch die Überwachungseinrichtung zu unterbinden. Dadurch kann eine Steuerung des Fahrzeugs durch die Fahrerassistenzsysteme auch dann fortgesetzt werden, wenn die Steuereinrichtung keine Überwachung der Fahrerassistenzsysteme mehr ausführen kann. Es wird also mögliche, bei einem Einfachfehler, hier einem Fehler in der Steuereinrichtung, weiterhin die volle Funktion bereitzustellen. Das Warnsignal kann ferner auch an den Fahrer übermittelt werden, so dass dieser eine Steuerung des Fahrzeugs übernehmen kann.
In einer Ausführungsform können die Fahrerassistenzsysteme ausgebildet sein, bei Erhalten des Warnsignals eine Notlauf-Trajektorie zum sicheren Abbremsen des Fahrzeugs in den Stillstand zu berechnen und die Fahrzeugaktuatoren entsprechend der berechneten Notlauf-Trajektorie anzusteuern. Dadurch wird ein sicheres Steuern des Fahrzeugs in den Stillstand möglich, wenn der Fahrer das Steuern des Fahrzeugs nicht übernimmt, nachdem er z.B. das Warnsignal erhalten hat.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
6 eine Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs;
7 eine Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs;
8 eine Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs; und
9 eine Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1-1, die in einem Fahrzeug 2-1 angeordnet ist. Das Fahrzeug 2-1 weist ferner ein Fahrerassistenzsystem 3-1 auf, welches der Steuervorrichtung 1-1 Steuerbefehle 7-1 für ein Fahrerassistenzsystem 6 übermittelt. Das Fahrerassistenzsystem 6 ist in 1 lediglich beispielhaft mit den Rädern des Fahrzeugs 2 gekoppelt. Dies soll verdeutlichen soll, dass das Fahrerassistenzsystem 6 die Querbeschleunigung und/oder die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 2-1 beeinflussen kann.
In der Steuervorrichtung 1-1 empfängt eine Recheneinrichtung 8-1 Sensordaten 9-1, welche eine Bewegung des Fahrzeugs 2-1 und/oder eine Umgebung des Fahrzeugs 2-1 kennzeichnen. Die Sensordaten 9-1 können z.B. die Daten von Beschleunigungssensoren, Raddrehzahlsensoren oder dergleichen sein. Diese Sensordaten 9-1 kennzeichnen die Eigenbewegung des Fahrzeugs 2-1. Gleichzeitig können die Sensordaten 9-1 auch Daten von z.B. Radarsensoren, Kamerasensoren, Ultraschallsensoren oder dergleichen sein. Diese Sensordaten 9-1 kennzeichnen die Umgebung des Fahrzeugs 2-1.
Aus diesen Sensordaten 9-1 kann die Recheneinrichtung 8-1 bestimmen, welche Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs 2-1 befahrbar sind und welche nicht. Ferner kann die Recheneinrichtung 8-1 Wertebereiche für eine Querbeschleunigung 4-5 und eine Längsbeschleunigung 5-5 des Fahrzeugs 2-1 berechnen, die von dem Fahrerassistenzsystem 3-1 beim Steuern des Fahrzeugs 2-1 nicht überschritten werden dürfen.
Um die Einhaltung der berechneten Wertebereiche für die Querbeschleunigung 4-5 und/oder die Längsbeschleunigung 5-5 des Fahrzeugs 2-1 sicherzustellen, ist eine Überwachungseinrichtung 10-1 mit der Recheneinrichtung 8-1 gekoppelt, die die berechneten Wertebereiche für die Querbeschleunigung 4-5 und/oder die Längsbeschleunigung 5-5 und die Steuersignale 7-1 des Fahrerassistenzsystems aufnimmt.
Die Überwachungseinrichtung 10-1 begrenzt daraufhin die Steuersignale 7-1 auf die entsprechenden Wertebereiche. Liegen die Steuersignale 7-1 innerhalb der Wertebereiche werden diese folglich unverändert an den Fahrzeugaktuator 6 übermittelt. Lediglich, wenn die Steuersignale 7-1 außerhalbe der entsprechenden Wertebereiche liegen, werden diese begrenzt.
Allgemein ist die Steuervorrichtung ausgebildet jede Ausführung eines in 2 beschriebenen Verfahrens auszuführen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs 2-1; 2-2 mit einer Anzahl von Fahrerassistenzsystemen 3-1–3-5, welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung 4-1–4-5 und eine Längsbeschleunigung 5-1–5-5 des Fahrzeugs 2-1; 2-2 mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren 6 zu steuern.
Das Verfahren sieht vor, dass durch das Fahrzeug 2-1; 2-2 nicht befahrbare Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 bestimmt werden. Ferner werden mögliche Wertebereiche für eine Querbeschleunigung 4-1–4-5 und eine Längsbeschleunigung 5-1–5-5 des Fahrzeugs 2-1; 2-2 basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 und Sensordaten 9-1–9-4, welche die Umgebung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 kennzeichnen, berechnet. Es werden ferner Steuersignale 7-1–7-4 empfangen, S2, welche die Fahrerassistenzsysteme 3-1–3-5 an die Fahrzeugaktuatoren 6 übermitteln. Die empfangenen Steuersignale 7-1–7-4 werden basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 und den berechneten möglichen Wertebereichen begrenzt, S3. Schließlich werden die begrenzten Steuersignale 7-1–7-4 an die Fahrerassistenzsysteme 3-1–3-5 weitergeleitet, S4.
Zur einfachen Begrenzung der Steuersignale 7-1–7-4 können in einer Ausführungsform Maximalwerte und Minimalwerte für die Steuersignale 7-1–7-4 basierend auf den bestimmten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 und den möglichen Wertebereichen berechnet werden. Die Steuersignale 7-1–7-4 werden dann auf einen Wertebereich zwischen den entsprechenden Maximalwerten und den entsprechenden Minimalwerten begrenzt.
Um das Verfahren flexibel zu gestalten und die Behandlung mehrere Trajektorien für eine Verkehrssituation zu ermöglichen können Steuersignalen 7-1–7-4 für mindestens zwei mögliche Trajektorien 11-1–11-3 des Fahrzeugs 2-1; 2-2 empfangen werden. Dabei können die Trajektorien 11-1–11-3 unterschiedliche Kritikalitätseinstufungen 12-1–12-2 aufweisen. Ferner werden die Steuersignale 7-1–7-4 für die Trajektorie 11-1–11-3 mit der niedrigsten Kritikalitätseinstufung 12-1–12-2 für die Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren 6 ausgewählt und begrenzt.
Die Kritikalitätseinstufungen 12-1–12-2 können z.B. eine normale Trajektorie bei normaler Fahrt, eine Kollisionsvermeidungstrajektorie zum Vermeiden einer Kollision, bzw. eine Kollisionstrajektorie zum Abschwächen der Folgen einer Kollision kennzeichnen.
Mögliche Wertebereiche können dann für jede der Kritikalitätseinstufungen 12-1–12-2 berechnet werden. Die Wertebereiche können sich unterscheiden, da z.B. zur Vermeidung einer Kollision größere Querbeschleunigungen und Längsbeschleunigungen in Kauf genommen werden. Bei einer normalen Fahrt könnten solche größeren Querbeschleunigungen und Längsbeschleunigungen von einem Fahrer z.B. als unangenehm empfunden werden. Bei einem Ausweichmanöver wird auf das Befinden des Fahrers aber weniger Rücksicht genommen, da die Vermeidung der Kollision Priorität hat.
Die Steuersignale 7-1–7-4 werden folglich basierend auf dem möglichen Wertebereich, welcher der Kritikalitätseinstufung 12-1–12-2 der ausgewählten Trajektorie 11-1–11-3 entspricht begrenzt.
Übersteigen die Steuersignale 7-1–7-4 für eine ausgewählte Trajektorie 11-1–11-3 die Wertebereiche länger als einen vorgegebenen Zeitraum, kann eine Trajektorie 11-1–11-3 mit einer höheren Kritikalitätseinstufung 12-1–12-2 ausgewählt werden. Dadurch wird automatisch ein Wertebereich mit größeren Grenzen für die Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 ausgewählt und die neu ausgewählte Trajektorie 11-1–11-3 kann eingehalten werden.
Die Steuereinrichtung 1-1–1-4 bzw. die Recheneinrichtung 8-1–8-4 und die Überwachungseinrichtung 10-1; 10-2 können ferner auf Fehler überwacht werden. Weist die Steuereinrichtung 1-1–1-4 einen Fehler auf, können die Fahrerassistenzsysteme weiterhin die jeweilige Funktion bereitstellen. Allerdings kann diese nicht überwacht werden. Es ist folglich lediglich ein nicht überwachtes autonomes bzw. teilautonomes Steuern des Fahrzeugs möglich. Dieser Zustand kann über ein Warnsignal zumindest den Fahrerassistenzsystemen 3-1–3-5 mitgeteilt werden. Ferner kann die Begrenzung der Steuersignale 7-1–7-4 durch die Überwachungseinrichtung 10-1; 10-2 unterbunden werden. Der Fahrer des Fahrzeugs 2-1; 2-2 kann ebenfalls durch das Warnsignal informiert werden, dass eine autonome bzw. teilautonome Steuerung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 nicht mehr überwacht werden kann. Die Funktion des autonomen bzw. teilautonomen Fahrens muss folglich nicht sofort unterbrochen bzw. abgebrochen werden, allerdings sollte der Fahrer innerhalb einer vorgegebenen Zeit die Steuerung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 übernehmen.
Übernimmt der Fahrer innerhalb der vorgegebenen Zeit nicht die Steuerung des Fahrzeugs 2-1; 2-2 können die Fahrerassistenzsysteme 3-1–3-5 eine Notlauf-Trajektorie zum sicheren Abbremsen des Fahrzeugs 2-1; 2-2 in den Stillstand berechnen und das Fahrzeug 2-1; 2-2 bzw. die Fahrzeugaktuatoren 6 entsprechend der berechneten Notlauf-Trajektorie ansteuern. Beispielsweise kann das Fahrzeugs 2-1; 2-2 auf einen Standstreifen einer Autobahn gesteuert werden und gleichzeitig die Warnblinkanlage eingeschaltet werden.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1-2. In 3 sind Sensoren 16 vorgesehen, die Sensordaten 9-2 an die Steuervorrichtung 1-2 und zwei Fahrerassistenzsysteme 3-2, 3-3 liefern. Die Fahrerassistenzsysteme 3-2, 3-3 weisen jeweils eine Recheneinheit 18-1, 18-3 auf, welche ein Umfeldmodell der Umgebung des Fahrzeugs bereitstellt. Basierend auf diesen Umfeldmodellen berechnen Trajektorien-Berechnungseinheiten 19-1, 19-2 jeweils die Trajektorien 11-1, 11-2. Weitere Fahrerassistenzsysteme sind durch drei Punkte unter dem Fahrerassistenzsystem 3-3 dargestellt und können weitere Trajektorien 11-3 berechnen.
Die Recheneinrichtung 8-2 der Steuervorrichtung der 3 weist ebenfalls eine Recheneinheit 18-2 auf, die aus den Sensordaten 9-2 ein Umfeldmodell berechnet und aus dem Umfeldmodell die Wertebereiche für die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung berechnet. In 3 ist in der Recheneinrichtung 8-2 ferner eine Recheneinheit 18-4 dargestellt, die von den Fahrerassistenzsystemen 3-2, 3-3 die Kritikalitätseinstufungen 12-1, 12-2 zu den von diesen berechneten Trajektorien 11-1, 11-2 erhält. Die Recheneinheit 18-4 wählt grundsätzlich diejenige Trajektorie 11-1–11-3 für die Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren 6, welche die geringste Kritikalitätseinstufung 12-1, 12-2 aufweist. Gleichzeitig überwacht die Recheneinheit 18-4 den Zeitraum, in welchem eine gewählte Trajektorie 11-1–11-3 die Grenzwerte für eine Querbeschleunigung 4-1–4-5 bzw. eine Längsbeschleunigung 5-1–5-5 des Fahrzeugs 2-1; 2-2 überschreitet. Dies kann z.B. indirekt erfolgen, indem die Grenzwerte für eine Querbeschleunigung 4-1–4-5 bzw. eine Längsbeschleunigung 5-1–5-5 in Grenzwerte für die Steuersignale 7-2 umgerechnet werden. Überschreiten die Steuersignale 7-2 einer gewählten Trajektorie 11-1–11-3 länger als den vorgegebenen Zeitraum die entsprechenden Grenzwerte, wählt die Recheneinheit 18-4 die Trajektorie 11-1–11-3 mit der nächsthöheren Kritikalitätseinstufung 12-1, 12-2. Die Recheneinheiten 18-2 und 18-4 der Recheneinrichtung 8-2 können z.B. als Programmmodule ausgebildet sein, die in der Recheneinrichtung 8-2 ausgeführt werden.
Die Recheneinheit 18-4 erzeugt ein Auswahlsignal 20, welches einer Auswahleinrichtung 13-1 in der Überwachungseinrichtung 10-2 bereitgestellt wird. Die eigentliche Auswahl der entsprechenden Trajektorie 11-1–11-3 führt die Auswahleinrichtung 13-1 durch.
Die ausgewählte Trajektorie 11-1–11-3 wird einer Umrechnungseinrichtung 17-1 bereitgestellt, die aus den Daten der Trajektorie die Steuersignale 7-2 berechnet. Die berechneten Steuersignale 7-2 werden in einer Begrenzungseinrichtung 14-1 entsprechend den Grenzwerten, welche die Recheneinheit 18-2 berechnet, begrenzt und den Fahrzeugaktuatoren 6 bereitgestellt.
Die einzelnen Funktionsblöcke, Recheneinrichtungen, Recheneinheiten und weiteren Einrichtungen der Steuervorrichtung 1-2 können in Hardware, Software, als Programmodul oder dergleichen oder als eine Kombination der genannten Möglichkeiten ausgebildet sein. Folglich können die einzelnen Elemente der Steuervorrichtung 1-2 auf unterschiedliche Steuergeräte in dem Fahrzeug 2-1; 2-2 verteilt werden.
4 und 5 zeigen zwei mögliche Partitionierungen bzw. Aufteilungen der Elemente der Steuervorrichtungen 1-3, 1-4 auf unterschiedliche Steuergeräte. Die Steuereinrichtungen 1-3, 1-4 der 4 und 5 basieren auf der Steuereinrichtung 1-2 der 3.
In 4 ist die Steuereinrichtung 1-3 als ein eigenes Steuergerät 1-3 ausgebildet, welches die Recheneinrichtung 8-3 aufweist. Ferner führt die Steuereinrichtung 1-3 die Berechnung der zweiten Trajektorie 11-2 durch. Die erste Trajektorie 11-1 wird weiterhin von dem Fahrerassistenzsystem 3-2 berechnet. Die Auswahleinrichtung 13-2, die Umrechnungseinrichtung 17-2 und die Begrenzungseinrichtung 14-2 sind dagegen in dem Fahrerassistenzsystem 3-4 angeordnet.
In 5 ist im Unterschied zu 4 die Auswahleinrichtung 13-3 ebenfalls in der Steuervorrichtung 1-4 angeordnet. In dem Fahrerassistenzsystem 3-5 sind lediglich die Umrechnungseinrichtung 17-3 und die Begrenzungseinrichtung 14-3 angeordnet.
Die in den 4 und 5 dargestellten Partitionierungen der Elemente der Steuervorrichtungen 1-3, 1-4 sind lediglich beispielhaft. Weitere Partitionierungen sind ebenfalls möglich. Beispielsweise können alle Elemente der Steuervorrichtung in einem Fahrerassistenzsystem 3-1–3-5 angeordnet sein. Alternativ können alle Elemente der Steuervorrichtungen 1-2, 1-3, 1-4 in einem gemeinsamen dedizierten Steuergerät angeordnet sein.
6 bis 9 zeigen Darstellungen von Umgebung eines Fahrzeugs 2-2 zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung. Schraffiert sind jeweils diejenigen Bereiche dargestellt, die das Fahrzeug 2-2 nicht befahren darf. Die mögliche Querbeschleunigung 4-1–4-4 ist jeweils als von dem Fahrzeug 2-2 ausgehender Winkel dargestellt. Eine Darstellung als Vektor wurde hier nicht gewählt, da durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 2-2 jede Querbeschleunigung 4-1–4-4 zu einer Bewegung des Fahrzeugs 2-2 nach vorne und auf eine Seite führt. Die Querbeschleunigung 4-1–4-4 kann in einer Ausführungsform auch als Lenkwinkel oder dergleichen ausgedrückt werden.
6 stellt eine Fahrt des Fahrzeugs 2-2 auf der linken Spur einer Autobahn dar. Das Fahrzeug 2-2 darf also nicht weiter nach links fahren. Ferner kann das Fahrzeug 2-2 auf der Autobahn nicht rückwärtsfahren. Auf Grund der höheren Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 2-2 kann der Bereich rechts neben dem Fahrzeug 2-2 ebenfalls ausgeschlossen werden. Nicht ausgeschlossen werden z.B. die Verzögerung des Fahrzeugs 2-2, eine Beschleunig des Fahrzeugs 2-2 und langsame Bewegung des Fahrzeugs 2-2 nach rechts. Die Recheneinrichtung 8-1–8-4 kann folglich die als schraffiert dargestellten Bereiche als nicht befahrbare Bereiche kennzeichnen und die durch die Vektoren 5-1 bzw. den Bereich 4-1 gekennzeichneten Wertebereiche für die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 2-2 bestimmen.
In 7 ist eine Situation auf einer Autobahn dargestellt, in welcher das Fahrzeug 2-2 auf der rechten Spur fährt und sich einem weiteren Fahrzeug nährt. In dieser Situation kann die Recheneinrichtung 8-1–8-4 bestimmen, dass sich das Fahrzeug lediglich nach links bewegen oder abbremsen darf. Dies ist in 7 ebenfalls durch schraffierte Flächen (nicht befahrbar) und den Vektor 5-2 bzw. den Bereich 4-2 gekennzeichnet, welche die Wertebereiche für die Querbeschleunigung und die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 2-2 vorgeben.
In 8 ist ein aktiver Überholvorgang des Fahrzeugs 2-2 auf einer zweispurigen Fahrbahn dargestellt. In dieser Situation darf das Fahrzeug 2-2 nur beschleunigt bzw. verzögert werden, Vektoren 5-3. Die Querbeschleunigung bzw. die Veränderung der des Lenkwinkels muss auf Spurhaltung begrenzt werden, Bereich 4-3.
Schließlich ist in 9 eine Situation dargestellt, in welcher dem Fahrzeug 2-2 aufgrund eines Spurwechselns eines anderen Fahrzeugs die freie Fahrt versperrt wird. Ferner befindet sich neben dem Fahrzeug 2-2 auf der rechten Spur ebenfalls ein Fahrzeug. In solch einer Situation wird der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu gering, folglich wird nur eine Verzögerung, Vektor 5-4, des Fahrzeugs 2-2 erlaubt. Ein Ausweichen auf die rechte Spur oder weiter nach links ist nicht möglich. Folglich ist die Querbeschleunigung auf einen sehr engen Bereich 4-4 begrenzt, welcher dem halten der Spur dient.
Die 6–9 zeigen lediglich beispielhafte Darstellungen zur Veranschaulichung der Wertebereiche für die Querbeschleunigung 4-1–4-4 bzw. der Längsbeschleunigung 5-1–5-4 des Fahrzeugs 2-2, welche durch die Recheneinrichtung 8-1–8-4 berechnet werden können. In anderen Fahrsituationen werden folglich entsprechende Wertebereiche für die Querbeschleunigung 4-1–4-4 bzw. der Längsbeschleunigung 5-1–5-4 des Fahrzeugs 2-2 durch die Recheneinrichtung 8-1–8-4 berechnet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1-1–1-4: Steuervorrichtung
2-1; 2-2: Fahrzeug
3-1–3-5: Fahrerassistenzsystem
4-1–4-5: Querbeschleunigung
5-1–5-5: Längsbeschleunigung
6: Fahrzeugaktuator
7-1–7-4: Steuersignal
8-1–8-4: Recheneinrichtung
9-1–9-4: Sensordaten
10-1; 10-2: Überwachungseinrichtung
11-1–11-3: Trajektorie
12-1–12-2: Kritikalitätseinstufung
13-1–13-3: Auswahleinrichtung
14-1–14-3: Begrenzungseinrichtung
15: Kontrolleinrichtung
16: Sensoren
17-1–17-3: Umrechnungseinrichtung
18-1–18-4: Recheneinheit
19-1; 19-2: Trajektorien-Berechnungseinheit
S1–S4: Verfahrensschritte

Claims

Steuervorrichtung (1-1–1-4) für ein Fahrzeug (2-1; 2-2) mit einer Anzahl von Fahrerassistenzsystemen (3-1–3-5), welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung (4-1–4-5) und eine Längsbeschleunigung (5-1–5-5) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren (6) zu steuern, mit einer Recheneinrichtung (8-1–8-4), welche ausgebildet ist, basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und Sensordaten (9-1–9-4), welche die Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) kennzeichnen, durch das Fahrzeug (2-1; 2-2) nicht befahrbare Bereiche in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und mögliche Wertebereiche für eine Querbeschleunigung (4-1–4-5) und eine Längsbeschleunigung (5-1–5-5) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) zu bestimmen, und mit einer Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2), welche mit den Fahrerassistenzsystemen (3-1–3-5) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, Steuersignale (7-1–7-4) zu empfangen, welche die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) an die Fahrzeugaktuatoren (6) übermitteln, und basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und den möglichen Wertebereichen die empfangenen Steuersignale (7-1–7-4) zu begrenzen und an die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) weiterzuleiten.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach Anspruch 1, wobei die Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2) ausgebildet ist, basierend auf den bestimmten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und den möglichen Wertebereichen Maximalwerte und Minimalwerte für die Steuersignale (7-1–7-4) zu berechnen und die Steuersignale (7-1–7-4) auf einen Wertebereich zwischen den entsprechenden Maximalwerten und den entsprechenden Minimalwerten zu begrenzen.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2) ausgebildet ist, Steuersignale (7-1–7-4) für mindestens zwei mögliche Trajektorien (11-1–11-3) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) mit unterschiedlichen Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2) zu empfangen, und mit einer Auswahleinrichtung (13-1–13-2) in der Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2), welche ausgebildet ist, die Steuersignale (7-1–7-4) für die Trajektorie (11-1–11-3) mit der niedrigsten Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) für die Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren (6) auszuwählen, und mit einer Begrenzungseinrichtung (14) in der Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2), welche ausgebildet ist, die ausgewählten Steuersignale (7-1–7-4) zu begrenzen.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach Anspruch 3, wobei die Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2) eine normale Trajektorie bei normale Fahrt und/oder eine Kollisionsvermeidungstrajektorie zum Vermeiden einer Kollision und/oder eine Kollisionstrajektorie zum Abschwächen der Folgen einer Kollision kennzeichnen, wobei die Recheneinrichtung (8-1–8-4) ausgebildet ist, für jede der Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2) entsprechende mögliche Wertebereiche zu berechnen, und wobei die Begrenzungseinrichtung (14) ausgebildet ist, die Steuersignale (7-1–7-4) basierend auf dem möglichen Wertebereich zu begrenzen, welcher der Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) der ausgewählten Trajektorie (11-1–11-3) entspricht.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Auswahleinrichtung (13-1–13-2) ausgebildet ist, eine Trajektorie (11-1–11-3) mit einer höheren Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) auszuwählen, wenn die von den Fahrerassistenzsystemen (3-1–3-5) zu der bereits gewählten Trajektorie (11-1–11-3) ausgegebenen Steuersignale (7-1–7-4) die entsprechenden möglichen Wertebereiche länger als einen vorgegebenen Zeitraum verletzen.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, mit einer Kontrolleinrichtung (15), welche ausgebildet ist, die Recheneinrichtung (8-1–8-4) und/oder die Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2) auf Fehler zu überwachen und bei einem erkannten Fehler ein Warnsignal zumindest an die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) auszugeben und die Begrenzung der Steuersignale (7-1–7-4) durch die Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2) zu unterbinden.
Steuervorrichtung (1-1–1-4) nach Anspruch 6, wobei die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) ausgebildet sind, bei Erhalten des Warnsignals eine Notlauf-Trajektorie zum sicheren Abbremsen des Fahrzeugs (2-1; 2-2) in den Stillstand zu berechnen und die Fahrzeugaktuatoren (6) entsprechend der berechneten Notlauf-Trajektorie anzusteuern.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (2-1; 2-2) mit einer Anzahl von Fahrerassistenzsystemen (3-1–3-5), welche ausgebildet sind, eine Querbeschleunigung (4-1–4-5) und eine Längsbeschleunigung (5-1–5-5) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) mittels einer Anzahl von Fahrzeugaktuatoren (6) zu steuern, aufweisend: Bestimmen (S1) von durch das Fahrzeug (2-1; 2-2) nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und von möglichen Wertebereichen für eine Querbeschleunigung (4-1–4-5) und eine Längsbeschleunigung (5-1–5-5) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) basierend auf einer Bewegung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und Sensordaten (9-1–9-4), welche die Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) kennzeichnen, Empfangen (S2) von Steuersignalen (7-1–7-4), welche die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) an die Fahrzeugaktuatoren (6) übermitteln, Begrenzen (S3) der empfangenen Steuersignale (7-1–7-4) basierend auf den berechneten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und den berechneten möglichen Wertebereichen, und Weiterleiten (S4) der begrenzten Steuersignale (7-1–7-4) an die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5).
Verfahren nach Anspruch 8, aufweisend: Berechnen von Maximalwerten und Minimalwerten für die Steuersignale (7-1–7-4) basierend auf den bestimmten nicht befahrbaren Bereichen in der Umgebung des Fahrzeugs (2-1; 2-2) und den möglichen Wertebereichen und Begrenzen der Steuersignale (7-1–7-4) auf einen Wertebereich zwischen den entsprechenden Maximalwerten und den entsprechenden Minimalwerten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, aufweisend: Empfangen von Steuersignalen (7-1–7-4) für mindestens zwei mögliche Trajektorien (11-1–11-3) des Fahrzeugs (2-1; 2-2) mit unterschiedlichen Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2), Auswählen der Steuersignale (7-1–7-4) für die Trajektorie (11-1–11-3) mit der niedrigsten Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) für die Ansteuerung der Fahrzeugaktuatoren (6), und Begrenzen der ausgewählten Steuersignale (7-1–7-4).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2) eine normale Trajektorie bei normale Fahrt und/oder eine Kollisionsvermeidungstrajektorie zum Vermeiden einer Kollision und/oder eine Kollisionstrajektorie zum Abschwächen der Folgen einer Kollision kennzeichnen, und aufweisend Berechnen entsprechender möglicher Wertebereiche für jede der Kritikalitätseinstufungen (12-1–12-2), und Begrenzen der Steuersignale (7-1–7-4) basierend auf dem möglichen Wertebereich, welcher der Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) der ausgewählten Trajektorie (11-1–11-3) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei eine Trajektorie (11-1–11-3) mit einer höheren Kritikalitätseinstufung (12-1–12-2) ausgewählt wird, wenn die von den Fahrerassistenzsystemen (3-1–3-5) zu der bereits gewählten Trajektorie (11-1–11-3) ausgegebenen Steuersignale (7-1–7-4) die entsprechenden möglichen Wertebereiche länger als einen vorgegebenen Zeitraum verletzen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 12, aufweisend: Überwachen der Recheneinrichtung (8-1–8-4) und/oder der Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2) auf Fehler, Ausgeben eines Warnsignals zumindest an die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) bei einem erkannten Fehler, und Unterbinden der Begrenzung der Steuersignale (7-1–7-4) durch die Überwachungseinrichtung (10-1; 10-2).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Fahrerassistenzsysteme (3-1–3-5) bei Erhalten des Warnsignals eine Notlauf-Trajektorie zum sicheren Abbremsen des Fahrzeugs (2-1; 2-2) in den Stillstand berechnen und die Fahrzeugaktuatoren (6) entsprechend der berechneten Notlauf-Trajektorie ansteuern.