DE102015209921B3

DE102015209921B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015209921B3
Application number: DE102015209921.0A
Authority: DE
Inventors: Torsten Büschenfeld; Stephan Max; Alexander Urban; Stefan Brosig; Reiner KATZWINKEL
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2035-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (343) und ein Verfahren zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit (100) eines Kraftfahrzeugs (300) entlang einer Trajektorie in Abhängigkeit von einem erkannten Hindernis, wobei auf der Trajektorie kollisionsfrei an dem Hindernis vorbeigefahren werden kann. Die Vorrichtung ist ausgebildet, die Längsgeschwindigkeit unabhängig von einer Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie zu regeln. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeit unabhängig von einer Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie geregelt wird. Weiterhin werden ein System (340) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (343) zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug (300) mit dem System (340) zur Regelung der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Unabhängigkeit von der Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie bewirkt, dass die Regelung auch auf Hindernisse reagiert, an denen bei Fortsetzen der Trajektorie kollisionsfrei vorbeigefahren wird. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung mehr einem Regelverhalten eines Fahrers bei nicht autonomer Fahrt entspricht. Die Anforderung an die Überwachung wird dadurch weniger von der aktuellen Situation abhängig.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.
Autonomes Fahren bezeichnet eine Technik, bei der eine Quergeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs so geregelt wird, dass das Kraftfahrzeug entlang einer Trajektorie geführt wird. Eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird dabei in Abhängigkeit davon geregelt, ob Hindernisse bezüglich der Trajektorie so positioniert sind, dass es bei unverändertem Fortsetzen der Trajektorie zu einem Zusammenstoß mit einem der Hindernisse kommt.
Insbesondere wird die Längsgeschwindigkeit so geregelt, dass ein Abbremsen und/oder Ausweichen vor einem jeweiligen Hindernis möglich bleibt. Dazu werden beispielsweise eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß und eine Bremsreaktionsdauer, die benötigt wird, um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen, bestimmt. Die Bremsreaktionsdauer und die Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß sind von der aktuellen Längsgeschwindigkeit abhängig.
Die Regelung der Längsgeschwindigkeit kann dann beispielsweise darauf abzielen, dass die Zeitdauer bis zum Zusammenstoß eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
Ein autonom gefahrenes Kraftfahrzeug kann zur Erhöhung der Sicherheit durch einen Menschen (Fahrer) überwacht werden, um notfalls in die Regelung einzugreifen. Der Fahrer kann im Fahrzeug sein oder das Fahrzeug fernüberwachen.
EP 1550573 B1 beschreibt eine Struktur zur Weiterleitung von Fahrzeugsteuerinformationen in einem Steuersystem eines Fahrzeugs. DE 11 2011 104 947 T5 ist mit einem Fahrunterstützungssystem befasst. DE 101 02 772 A1 beschreibt eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Belastung des Fahrers durch die Überwachung zu verringern.
Dazu wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs entlang einer Trajektorie in Abhängigkeit von einem erkannten Hindernis vorgeschlagen, wobei auf der Trajektorie kollisionsfrei an dem Hindernis vorbeigefahren werden kann. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, die Längsgeschwindigkeit unabhängig von einer Position des Hindernisses, die bezüglich der Trajektorie definiert ist, so zu regeln, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis auf einer technisch möglichen, weiteren Trajektorie, die das Fahrzeug nehmen könnte und auf der es zuerst mit dem Hindernis kollidieren könnte, eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeit so geregelt wird, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis auf einer technisch möglichen, weiteren Trajektorie, die das Fahrzeug nehmen könnte und auf der es zuerst mit dem Hindernis kollidieren könnte, eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet. Weiterhin werden ein System nach Anspruch 5 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 mit dem erfindungsgemäßen System vorgeschlagen.
Die Unabhängigkeit der Regelung von der Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie bewirkt, dass die Regelung auch auf Hindernisse reagiert, an denen bei unverändertem Fortsetzen der Trajektorie kollisionsfrei vorbeigefahren werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung mehr einem Regelverhalten eines Fahrers bei nicht autonomer Fahrt entspricht. Der Fahrer empfindet dadurch durch die Regelung bewirkte Situationen psychisch weniger belastend. Die Anforderung an die Überwachung wird dadurch weniger bis gar nicht von der aktuellen Situation abhängig.
Durch eine Regelung der Längsgeschwindigkeit, die darauf abzielt, dass die Zeitdauer bis zum Zusammenstoß eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet, bleibt dem Fahrer immer die Mindestzeitdauer für den Eingriff.
Insbesondere kann die Vorrichtung ausgebildet sein, einen die Regelung überwachenden Fahrer zu warnen, wenn durch die Regelung ein Unterschreiten der Mindestzeitdauer nicht mehr verhindert werden kann.
Dies ermöglicht, dass der Fahrer vor Unterschreiten der Mindestzeitdauer eingreifen kann.
Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, die Längsgeschwindigkeit so zu regeln, dass kollisionsfreies Bremsen vor und/oder Umfahren von dem Hindernis möglich bleibt.
Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, die Längsgeschwindigkeit abhängig von einer Position des Hindernisses, die bezüglich der technisch möglichen Trajektorie des Fahrzeugs definiert ist, zu regeln. Das Verfahren kann umfassen, dass die Längsgeschwindigkeit abhängig von einer Position des Hindernisses, die bezüglich der technisch möglichen Trajektorie des Fahrzeugs definiert ist, geregelt wird.
Dies ermöglicht, nur Hindernisse zu berücksichtigen, die auf einer der technisch möglichen Trajektorien zu einem Zusammenstoß führen würden.
Das erfindungsgemäße System umfasst weiterhin eine Einheit zur Erkennung von Hindernissen und eine Einheit zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit. Im erfindungsgemäßen System ist die Vorrichtung mit der Einheit zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit und der Einheit zur Erkennung von Hindernissen verbunden und ausgebildet, unter Verwendung eines erkannten Hindernisses und einer erfassten Längsgeschwindigkeit eine Bremsreaktionszeitdauer zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst weiterhin eine Antriebseinheit und eine Bremseinheit. Im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist das System mit der Antriebseinheit und der Bremseinheit verbunden und ausgebildet, durch Ansteuern der Antriebseinheit und/oder der Bremseinheit die Längsgeschwindigkeit so zu regeln, dass kollisionsfreies Bremsen und/oder Umfahren eines Hindernisses auf der Trajektorie möglich ist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 Schwankungen einer Zeitdauer bis zu einer Kollision mit lateralen Hindernissen bei konstanter Längsgeschwindigkeit nach Stand der Technik,
2 Schwankungen einer Längsgeschwindigkeit bei konstanter Zeitdauer bis zu einer Kollision mit lateralen Hindernissen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt Schwankungen, über die Zeit, einer Zeitdauer 200 bis zu einem Zusammenstoß (engl.: time to collision, TTC) mit lateralen Hindernissen, wie sie nach dem Stand der Technik bei einer autonomen Fahrt mit konstanter Längsgeschwindigkeit 100 entlang einer hindernisfreien Trajektorie auftreten. Mit lateralen Hindernissen sind dabei Hindernisse gemeint, an denen auf der Trajektorie kollisionsfrei vorbeigefahren werden kann. Die Zeitdauer bis zur Kollision bezieht sich dabei auf eine der technisch möglichen Trajektorien, die das Fahrzeug nehmen könnte und auf der es zuerst mit dem lateralen Hindernis kollidieren könnte.
Im dargestellten Beispiel führt die Trajektorie auf zwei Teilstücken 120, 140 durch zwei enge Durchfahrten zwischen denen ein anderes Teilstück 130 der Trajektorie mit relativ mehr Freifläche um das Kraftfahrzeug 300 liegt. Vor dem einen der Teilstücke 120 liegt noch ein weiteres anderes Teilstück 110 der Trajektorie mit relativ mehr Freifläche um das Kraftfahrzeug 300. Da die Längsgeschwindigkeit konstant ist, schwankt die Zeitdauer bis zur Kollision entsprechend. Das heißt, auf den Teilstücken 110, 130 ist sie hoch und auf den Teilstücken 120, 140 ist sie gering.
Da die Trajektorie hindernisfrei ist, ist zur Kollisionsvermeidung keine Änderung der Längsgeschwindigkeit notwendig. Eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit einem Hindernis bei Fortsetzen der Trajektorie ist wegen der Hindernisfreiheit der Trajektorie nämlich stets deutlich größer als eine Mindestzeitdauer, die ein überwachender Fahrer zum Eingreifen in die Regelung benötigt.
Dennoch wird der Fahrer die Überwachung in den Durchfahrten psychisch als belastender empfinden, da subjektiv auch die Zeit bis zum Zusammenstoß mit lateralen Hindernissen eine Rolle spielt.
Daher wird erfindungsgemäß die Längsgeschwindigkeit bei Hindernissen unabhängig von Position der Hindernisse bezüglich der Trajektorie geregelt. Vorteilhafter- aber nicht notwendigerweise wird jedoch berücksichtigt, ob es technisch überhaupt möglich ist, mit dem jeweiligen Hindernis zu kollidieren. Das heißt, die Längsgeschwindigkeit wird in einer beispielhaften Ausführungsform bei Hindernissen abhängig von der Position des Hindernisses bezüglich technisch möglicher Trajektorien des Fahrzeugs jedoch unabhängig davon, welche der technisch möglichen Trajektorien das Fahrzeug gemäß der Querregelung nehmen wird, geregelt.
2 zeigt die Schwankungen, über die Zeit, der Längsgeschwindigkeit 100 wie sie entlang der hindernisfreien Trajektorie auftreten, wenn erfindungsgemäß die Zeitdauer 200 bis zu einem Zusammenstoß mit lateralen Hindernissen bei der Regelung berücksichtigt wird, wenn also die Regelung unabhängig von Positionen der Hindernisse bezüglich der Trajektorie ist.
Auf den Teilstücken 120, 140 senkt die Regelung wegen der Enge der Durchfahrten die Längsgeschwindigkeit soweit ab, dass die TTC die Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
Der überwachende Fahrer hat also stets mindestens die Mindestzeitdauer zum händischen Regeln der Längsgeschwindigkeit. Dies ist für den Fahrer zumindest unbewusst wahrnehmbar, so dass die engen Durchfahrten psychisch als weniger belastend empfunden werden.
Im gezeigten Beispiel erhöht die Regelung zudem die Längsgeschwindigkeit auf den anderen Teilstücken 110, 130, so dass die TTC die Mindestzeitdauer auch nicht signifikant überschreitet. Dies ist jedoch optional. Die Regelung kann beispielsweise so erfolgen, dass Schwankungen der TTC möglichst gering sind.
Grundsätzlich kann die Regelung der Längsgeschwindigkeit auf ein Geschwindigkeitsintervall von einer Minimalgeschwindigkeit V_min bis zu einer Maximalgeschwindigkeit V_max beschränkt sein.
3 zeigt ein Kraftfahrzeug 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 300 umfasst eine Antriebseinheit 310 zum Antrieb von Rädern 320, eine Bremseinheit 330 zum Bremsen der Räder 320 und ein System 340 zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 300 entlang einer Trajektorie.
Das System 340 ist mit der Antriebseinheit 310, beispielsweise einem Motor oder einem Elektroantrieb, und der Bremseinheit 330 verbunden. Das System 340 ist ausgebildet, beispielsweise durch ein entsprechend ertüchtigtes Steuergerät, durch Ansteuern der Antriebseinheit 310 und/oder der Bremseinheit 330 die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 300 so zu regeln, dass kollisionsfreies Bremsen und/oder Umfahren eines Hindernisses auf der Trajektorie möglich ist. Das System 340 ist weiter ausgebildet, durch Regelung der Quergeschwindigkeit das Fahrzeug auf der Trajektorie zu halten.
4 zeigt das System 340 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das System 340 umfasst umfassend: eine Einheit 341 zur Erkennung von Hindernissen, eine Einheit 342 zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit und eine Vorrichtung 343. Die Vorrichtung 343 ist mit der Einheit 342 zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit und der Einheit 341 zur Erkennung von Hindernissen zur Regelung der Längsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem auf der Trajektorie des Kraftfahrzeugs 300 erkannten Hindernis verbunden. Die Vorrichtung 343 ist ausgebildet, unter Verwendung eines erkannten Hindernisses und einer erfassten Längsgeschwindigkeit eine Bremsreaktionszeitdauer zu bestimmen. Die Vorrichtung 343 ist weiterhin ausgebildet, die Längsgeschwindigkeit unabhängig von einer Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie zu regeln.
Die Einheit 341 zur Erkennung von Hindernissen ist ausgebildet, zumindest Hindernisse auf technisch möglichen Trajektorien des Kraftfahrzeugs 300 zu erkennen. Die Einheit 342 zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit ist ausgebildet, eine augenblickliche Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 300 zu erfassen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung zusätzlich ausgebildet, die Längsgeschwindigkeit so zu regeln, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
In einer beispielhaften Weiterbildung des anderen Ausführungsbeispiels ist die Vorrichtung ausgebildet, einen die Regelung überwachenden Fahrer zu warnen, wenn durch die Regelung ein Unterschreiten der Mindestzeitdauer nicht mehr verhindert werden kann.
Die Längsgeschwindigkeit kann von einem weiteren Ausführungsbeispiel so geregelt werden, dass kollisionsfreies Bremsen vor und/oder Umfahren von dem Hindernis möglich bleibt.
Die Regelung kann optional berücksichtigen, ob die Position eines Hindernisses auf einer technisch möglichen Trajektorie des Fahrzeugs liegt.
Bezugszeichenliste

100: Längsgeschwindigkeit
110, 130: Teilstücke einer Trajektorie mit viel Freifläche um ein Kraftfahrzeug
120, 140: Teilstücke einer Trajektorie mit wenig Freifläche um ein Kraftfahrzeug
200: Zeitdauer bis zum Zusammenstoß (time to collision, TTC)
300: Kraftfahrzeug
310: Antriebseinheit
320: Räder
330: Bremseinheit
340: System zur Regelung der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
341: Einheit zur Erkennung von Hindernissen
342: Geschwindigkeitserfassungseinheit
343: Vorrichtung zur Regelung der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs

Claims

Vorrichtung (343) zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit (100) eines Kraftfahrzeugs (300) entlang einer Trajektorie in Abhängigkeit von einem erkannten Hindernis, wobei auf der Trajektorie kollisionsfrei an dem Hindernis vorbeigefahren werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (343) ausgebildet ist, die Längsgeschwindigkeit (100) unabhängig von einer Position des Hindernisses, die bezüglich der Trajektorie definiert ist, so zu regeln, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis auf einer technisch möglichen, weiteren Trajektorie, die das Fahrzeug (300) nehmen könnte und auf der es zuerst mit dem Hindernis kollidieren könnte, eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (343) ausgebildet ist, einen die Regelung überwachenden Fahrer zu warnen, wenn durch die Regelung ein Unterschreiten der Mindestzeitdauer nicht mehr verhindert werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (343) ausgebildet ist, die Längsgeschwindigkeit (100) so zu regeln, dass kollisionsfreies Bremsen vor und/oder Umfahren von dem Hindernis möglich bleibt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtung (343) ausgebildet ist, die Längsgeschwindigkeit (100) abhängig von einer Position des Hindernisses, die bezüglich der technisch möglichen Trajektorie, definiert ist, zu regeln.
System (340) zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit (100) eines Kraftfahrzeugs (300) entlang einer Trajektorie umfassend: eine Einheit (341) zur Erkennung von Hindernissen, eine Einheit (342) zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit und eine Vorrichtung (343), die mit der Einheit (342) zur Erfassung der Längsgeschwindigkeit und der Einheit (341) zur Erkennung von Hindernissen zur Regelung der Längsgeschwindigkeit (100) in Abhängigkeit von einem auf der Trajektorie des Kraftfahrzeugs (300) erkannten Hindernis verbunden und ausgebildet ist, unter Verwendung eines erkannten Hindernisses und einer erfassten Längsgeschwindigkeit (100) eine Bremsreaktionszeitdauer zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (343) eine Vorrichtung einem der vorangehenden Ansprüche ist.
Kraftfahrzeug (300) umfassend: eine Antriebseinheit (310), eine Bremseinheit (330) und ein System (340 zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit (100) des Kraftfahrzeugs (300) entlang einer Trajektorie, welches mit der Antriebseinheit (310) und der Bremseinheit (330) verbunden ist und ausgebildet ist, durch Ansteuern der Antriebseinheit (310) und/oder der Bremseinheit (330) die Längsgeschwindigkeit (100) so zu regeln, dass kollisionsfreies Bremsen und/oder Umfahren eines Hindernisses auf der Trajektorie möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System (340) ein System nach Anspruch 5 ist.
Verfahren zur Regelung einer Längsgeschwindigkeit (100) eines Kraftfahrzeugs (300) entlang einer Trajektorie in Abhängigkeit von einem erkannten Hindernis, wobei auf der Trajektorie kollisionsfrei an dem Hindernis vorbeigefahren werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeit (100) unabhängig von einer Position des Hindernisses bezüglich der Trajektorie so geregelt wird, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis auf einer technisch möglichen, weiteren Trajektorie, die das Fahrzeug (300) nehmen könnte und auf der es zuerst mit dem Hindernis kollidieren könnte, eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeit (100) so geregelt wird, dass eine Zeitdauer bis zu einem Zusammenstoß mit dem Hindernis eine Mindestzeitdauer nicht unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgeschwindigkeit (100) abhängig von einer Position des Hindernisses bezüglich technisch möglicher Trajektorien des Fahrzeugs (300) geregelt wird.