DE102016205806A1

DE102016205806A1 - Verfahren zur Optimierung einer Funktion in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016205806A1
Application number: DE102016205806.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hellfritsch; Cristina Menendez; Christian Rathgeber; Franz Winkler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Optimierung einer Funktion in einem eigenen Fahrzeug, wobei in einem vorgegebenen Zeitraum erfasste relative Messdaten in ein vorgegebenes Koordinatensystem umgerechnet und in eine Simulationsumgebung integriert werden, so dass die Funktion auf Basis dieser aufbereiteten Messdaten simuliert wird. Ferner wird ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer Funktion in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Fahrerassistenzsysteme dienen dazu, das Fahren sowohl sicherer als auch für den Fahrer angenehmer zu gestalten. Einfache und schon lange bekannte Fahrerassistenzsysteme sind beispielsweise Geschwindigkeitsregelanlagen oder Antischlupfkontrollen.
In den letzten Jahren wurden die Systeme weiter entwickelt und verbessert und es besteht eine Tendenz immer weiter bis hin zu vollautomatisiertem Fahren zu gelangen. Dazu müssen die einzelnen Assistenzsysteme ständig weiterentwickelt, verbessert und auf Sicherheit geprüft werden. Beispielsweise wurde in den letzten Jahren ein sogenanntes ACC-System (Adaptive Cruise Control) entwickelt, das ein automatisiertes Halten des Abstands zu einem Vorderfahrzeug, also eine kontrollierte Längsregelung des Fahrzeugs, ermöglicht. Dazu werden Sensordaten, z. B. von Radarsensoren oder anderen geeigneten Sensoren, oder Kamerasystemen an eine zentrale Steuerung geliefert und verarbeitet.
Um die Regelung von Assistenzsystemen zu verbessern, werden Fahrzeugsituationen in Simulationsumgebungen nachgestellt. Dies spart zwar Kosten, aber die Erstellung einer geeigneten Simulation ist zeitaufwändig und erspart keine Feldversuche im realen Fahrzeug. Bisher werden Simulationen mit Daten zur Steuerung ausgeführt, es besteht aber keine Möglichkeit der Kontrolle, ob der simulierte Regler eine optimale Regelung betreibt.
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Optimierung eines Reglers in einem Fahrzeug ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein zur Optimierung einer Funktion in einem eigenen Fahrzeug, wobei in einem vorgegebenen Zeitraum erfasste relative Messdaten in ein vorgegebenes Koordinatensystem umgerechnet und in eine Simulationsumgebung integriert werden, so dass die Funktion auf Basis dieser aufbereiteten Messdaten simuliert wird.
In einer Ausgestaltung umfassen die erfassten relativen Messdaten Daten einer Fahrsituation zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem Fahrzeugumfeld.
In einer Ausführung umfasst die Fahrsituation Längs- und/oder Querführungssituationen.
In einer Ausführung werden zur Optimierung der Funktion in der Simulationsumgebung zu definierten Startzeitpunkten die aufbereiteten Messdaten als erste Eingangsdaten für die Simulation verwendet.
In einer Ausführung werden neue relative Daten zur Durchführung der Simulation auf Basis der Messdaten und der simulierten Eigenbewegung des Fahrzeugs erhalten.
In einer Ausführung werden die erfassten relativen Messdaten derart aufbereitet, dass eine Position eines Zielobjekts zur Längs- oder Querführung, z. B. eines Fremdfahrzeugs oder einer Fahrumgebung wie einer Spurmarkierung bezogen auf das eigene Fahrzeug bereitgestellt wird.
In einer Ausführung sind in dem vorgegebenen Zeitraum erfasste relative Messdaten Daten für eine Fahrsituation zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem Zielobjekt zur Längs- oder Querführung, z. B. einem Vorderfahrzeug als Fremdfahrzeug oder einer Spurmarkierung, wobei die Messdaten derart aufbereitet werden, dass eine Position des Zielobjekts bezogen auf das eigene Fahrzeug in ein vorgegebenes Koordinatensystem umgerechnet und bereitgestellt wird und in der Simulationsumgebung zu einem Startzeitpunkt die Position des Zielobjekts als erste Eingangsdaten für die Simulation verwendet werden, und die Simulation der Fahrsituation durchgeführt wird, wobei die für einen nächsten Zeitschritt berechnete simulierte Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs über die Zeit vom Startzeitpunkt zu dem den nächsten Zeitschritt integriert wird, um eine simulierte Position des eigenen Fahrzeugs zu erhalten, wobei eine Differenz zwischen der simulierten Position des eigenen Fahrzeugs und der Position des Zielobjekts gebildet wird, um einen Differenzabstand als neue Eingangsdaten zur erneuten Durchführung der Simulation für die nachfolgenden Zeitpunkte zu erhalten.
In einer Ausführung erfolgt eine Aufbereitung der Messdaten derart, dass die Position des Zielobjekts zur Längs- oder Querführung aus der Summe der Position des eigenen Fahrzeugs und dem Abstand zum Zielobjekt zur Längs- oder Querführung zum jeweiligen Zeitpunkt der Messung resultiert.
Durch die Einbeziehung von gemessenen Daten und den Vergleich dieser Daten mit den durch die Simulation zurückgegebenen Daten kann eine Kontrolle und Anpassung bzw. Optimierung der Funktion erfolgen. Als Funktion kann beispielsweise ein Regler verwendet werden, der zur Optimierung von Fahrsituationen wie Folgefahrt oder Spurwechsel bzw. Spurhalten optimiert werden soll. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können sowohl Längs- als auch Querführungssituationen abgedeckt werden. Durch das Verfahren kann nicht nur ein Regler optimiert werden, sondern auch andere Funktionen, wie beispielsweise anzeigende Funktionen, z. B. Auffahrwarnungen.
Vorgesehen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das vorher beschriebene Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf einer Recheneinheit ausgeführt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Zur Veranschaulichung wird eine Folgefahrtsituation als Beispiel verwendet, so dass konkret auf die einzelnen Schritte eingegangen werden kann. Die Erfindung ist allerdings nicht auf Folgefahrtsituationen und die Optimierung eines Reglers beschränkt. Vielmehr können andere Funktionen anstelle eines Reglers durch das vorgeschlagene Verfahren optimiert werden. Auch können andere Längsführungssituationen und auch Querführungssituationen durch das Verfahren optimiert werden. Die Anpassung des Verfahrens auf die für die jeweilige Optimierung zu verwendenden Parameter werden vom Fachmann bestimmt und das Verfahren entsprechend angepasst.
In einem ersten Schritt S1 des vorliegenden Beispiels werden zur Optimierung des als Funktion verwendeten Reglers, welcher hier eine Folgefahrtsituation regeln soll, Daten eines Fahrzeugbusses des eigenen Fahrzeugs in einem vorgegebenen Zeitintervall erfasst. Die Daten sind Daten des Zielobjekts, die bei einer Längsführungssituation beispielsweise Positionsdaten des eigenen Fahrzeugs, Abstandsdaten zum Vorderfahrzeug bzw. vorausfahrenden Fahrzeug, Geschwindigkeit und Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs etc. umfassen. Es können auch andere bzw. weitere für die jeweilige zu optimierende Fahrtsituation benötigte Daten verwendet werden. Zusätzlich werden in diesem Beispiel die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Vorderfahrzeugs bzw. vorausfahrenden Fahrzeugs in dem vorgegebenen Zeitintervall erfasst, um die Position des Vorderfahrzeugs bzw. den Abstand zwischen den beiden Fahrzeugen zu bestimmen.
Die Erfassung erfolgt bevorzugt mit Sensoren oder Kamerasystemen. Da diese Systeme in der Regel relative Daten liefern, wird eine Transformation der gemessenen relativen Daten in absolute Daten, bevorzugt in Weltkoordinaten bzw. globale Koordinaten oder Fahrzeugkoordinaten in einem zweiten Schritt S2 durchgeführt. Als Bezugsgröße dient in dieser Berechnung die Startposition des eigenen Fahrzeugs. Eine Umrechnung in ein anderes geeignetes Koordinatensystem ist ebenfalls denkbar.
Diese erfassten Daten werden als Eingangsdaten für die Simulation in einem dritten Schritt S3 verwendet. Zur Simulation einer Folgefahrtsituation werden beispielsweise als Startwert die gemessene Position des Vorderfahrzeugs x_obj,messung aus Summe der Position des eigenen Fahrzeugs x_ego,messung und des Abstands zum Vorderfahrzeug Δx_obj,messung zum Zeitpunkt t₀ verwendet. Danach wird mittels eines modifizierten Reglers zu festgelegten Zeitpunkten in einem vierten Schritt S4 die Folgefahrt simuliert, um neue geregelte Daten zu erhalten, die dann mit den an den jeweiligen Zeitpunkten gemessenen Daten verglichen werden. Der Vergleich erfolgt bevorzugt über Bilden der Differenz zwischen den erfassten Daten und den simulierten Daten. Um einen neuen Abstand Δx, welcher auch als Differenzabstand bezeichnet werden kann, als Eingang für die Simulation zum nächsten Zeitschritt zu erhalten, wird eine Differenz zwischen der simulierten Position des eigenen Fahrzeugs und der Position des Vorderfahrzeugs (x_obj,messung) gebildet, wobei die simulierte Position des eigenen Fahrzeugs aus über den ersten Zeitpunkt t₀ zum nächsten Zeitpunkt t₁ integrierten simulierten Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs v_{ego,simuliert} gebildet wird. Der neue Abstand Δx wird als neuer Eingangswert für den Regler für die nächste Simulationsschleife, beginnend mit Schritt S3, verwendet.
Für eine Simulation einer Querführung werden zusätzliche Daten zur Positionsbestimmung des Zielobjekts, das ein Fremdfahrzeug oder eine Fahrumgebung zur Querführung wie eine Spurmarkierung sein kann, benötigt. Diese werden beispielsweise aus Winkeldaten eines Radarsensors oder aus Daten aus Kamerasystemen erhalten und entsprechend für die Berechnung der Position des Zielobjekts, welches nicht nur ein Vorderfahrzeug sein kann, sondern auch ein Fahrzeug auf einer anderen Spur, verwendet.
Die für eine oben beschriebene Folgefahrt genannten Berechnungen werden durch die Formeln (1) bis (3) verdeutlicht, wobei Formeln (1) und (2) eine Aufbereitung der Messdaten und Formel (3) die Berechnungen innerhalb der Simulation darstellen.
In Formel (1) wird die Position des Fahrzeugs x_ego,messung zu einem Zeitpunkt t über die Integration der Geschwindigkeit v_ego,messung über den Messzeitraum t₀ bis t_e bestimmt.
In Formel (2) wird die Position des vorausfahrenden Fahrzeugs x_obj,messung zu dem Zeitpunkt t durch Addition des relativen Abstands Δx_obj,messung zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug zu der in Formel (1) bestimmten Position des eigenen Fahrzeugs x_ego,messung bestimmt. x_obj,messung(t) = x_ego,messung(t) + Δx_obj,messung (2).
Innerhalb der Simulation wird der Abstand Δx zum vorausfahrenden Fahrzeug, bevorzugt nach Transformation der Koordinaten in ein globales oder Fahrzeug-Koordinatensystem, wie folgt bestimmt:
wobei x_{obj,aufbereitet} die in globale oder Fahrzeugkoordinaten transformierte Position des eigenen Fahrzeugs x_obj,messung nach einem Simulationsdurchlauf und v_{ego,simuliert} die simulierte Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs über den Messzeitraum darstellen.

Claims

Verfahren zur Optimierung einer Funktion in einem eigenen Fahrzeug, wobei in einem vorgegebenen Zeitraum erfasste relative Messdaten (S1) in ein vorgegebenes Koordinatensystem umgerechnet (S2) und in eine Simulationsumgebung integriert werden (S3), so dass die Funktion auf Basis dieser aufbereiteten Messdaten simuliert wird (S4).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erfassten relativen Messdaten Daten einer Fahrsituation zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem Fahrzeugumfeld umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Fahrsituation Längs- und/oder Querführungssituationen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktion eine anzeigende und/oder eine regelnde Funktion umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Optimierung der Funktion in der Simulationsumgebung zu definierten Startzeitpunkten (t₀) die aufbereiteten Messdaten als erste Eingangsdaten für die Simulation (S3) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei neue relative Daten zur Durchführung der Simulation auf Basis der Messdaten und der simulierten Eigenbewegung des Fahrzeugs erhalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erfassten relativen Messdaten derart aufbereitet werden, dass eine Position eines Zielobjekts bezogen auf das eigene Fahrzeug bereitgestellt wird (S2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – in dem vorgegebenen Zeitraum erfasste relative Messdaten Daten für eine Fahrsituation zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem Zielobjekt sind (S1), – die Messdaten derart aufbereitet werden, dass eine Position des Zielobjekts bezogen auf das eigene Fahrzeug in ein vorgegebenes Koordinatensystem umgerechnet und bereitgestellt wird (S2); – in der Simulationsumgebung zu einem Startzeitpunkt (t₀) die Position des Zielobjekts als erste Eingangsdaten für die Simulation verwendet werden (S3), und – die Simulation der Fahrsituation durchgeführt wird (S4), wobei die für einen nächsten Zeitschritt (t₁) berechnete simulierte Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs über die Zeit vom Startzeitpunkt (t₀) zu dem den nächsten Zeitschritt (t₁) integriert wird, um eine simulierte Position des eigenen Fahrzeugs zu erhalten, wobei eine Differenz zwischen der simulierten Position des eigenen Fahrzeugs und der Position des Zielobjekts gebildet wird, um einen Differenzabstand (Δx) als neue Eingangsdaten zur erneuten Durchführung der Simulation für die nachfolgenden Zeitpunkte zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Aufbereitung der Messdaten derart erfolgt, dass die Position des Zielobjekts aus der Summe der Position des eigenen Fahrzeugs und dem Abstand zum Zielobjekt zum jeweiligen Zeitpunkt der Messung (t) resultiert.
Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.