DE102018115931B4

DE102018115931B4 - Abstandsbestimmung mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren

Info

Publication number: DE102018115931B4
Application number: DE102018115931.5A
Authority: DE
Inventors: Gururaj Virabadrannavar; Raghavendra Gulagundi
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: DE102018115931A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (18) zu einem an einer Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), das Ultraschallsignale (42) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abstrahlt, wobei eine Mehrzahl Ultraschallsensoren (22) entlang der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) in einem bekannten Sensorabstand (x) angeordnet sind, umfassend die SchritteEmpfangen der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (34) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12),Bestimmen derjenigen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben,Ermitteln einer maximalen Entfernung zwischen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, undBestimmen des Abstands (16) zu dem Drittfahrzeug (12) basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) und der maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, wobei eine Mehrzahl Ultraschallsensoren entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in einem bekannten Sensorabstand angeordnet sind, umfassend ein Empfangen der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, umfassend das obige Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zu einem an der Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrunterstützungssystem zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrunterstützungssystem zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren, die entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in einem bekannten Sensorabstand angeordnet sind, und einer Steuerungseinheit, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft zusätzlich eine Fahrzeugkolonne mit einer Mehrzahl Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne ausgeführt sind, das obige Verfahren durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des obigen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Steuerungseinheit eines obigen Fahrunterstützungssystems ausgeführt wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Abstandsbestimmung und zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands unter Verwendung von Ultraschallsensoren bekannt. Eine Anwendung davon betrifft ein Fahren in einer Fahrzeugkolonne, wobei Abstände zwischen vorausfahrenden und nachfolgenden Fahrzeugen überwacht und sichergestellt werden müssen, also Abstände zwischen einer Rückseite eines vorausfahrenden Fahrzeugs und einer Vorderseite eines nachfolgenden Fahrzeugs. Prinzipiell sind solche Verfahren auch zur Überwachung und zur Einhaltung von Abständen bezogen auf Längsseiten des Fahrzeugs geeignet.
Die Fahrzeugkolonne kann eine prinzipiell beliebige Anzahl Fahrzeuge umfassen, die unterschiedlich ausgeführt sein können. Die Fahrzeuge sind vorzugsweise Lastkraftwagen, wobei das Bilden einer Fahrzeugkolonne prinzipiell auch für Personenfahrzeuge anwendbar ist.
Die Fahrzeuge fahren in der Fahrzeugkolonne zur Reduktion von Luftwiderstand und damit Energieverbrauch in einem Abstand von beispielsweise sieben bis zwölf Metern hintereinander. Im Falle von Lastkraftwagen kann die Fahrzeugkolonne mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 km/h als typischer Geschwindigkeit für Lastkraftwagen fahren. Daraus ergibt sich, dass sonst übliche Sicherheitsabstände beim Fahren in einer Kolonne teilweise deutlich unterschritten werden können. Das Fahren in einer Fahrzeugkolonne kann prinzipiell auf beliebigen Straßen durchgeführt werden. Vorzugsweise fahren Fahrzeugkolonnen jedoch auf Autobahnen oder ähnlichen Straßen, die beispielsweise getrennte Fahrspuren für jede Fahrtrichtung aufweisen und daher eine geringe Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern erfordern.
Ein erstes Fahrzeug der Fahrzeugkolonne übernimmt die Führung der Fahrzeugkolonne, und die nachfolgenden Fahrzeuge fahren in einer an das führende Fahrzeug angepassten Weise. Vorzugsweise sind die nachfolgenden Fahrzeuge ausgeführt, dem jeweils vorausfahrenden Fahrzeug automatisch zu folgen. Somit muss lediglich der Führer eines die Fahrzeugkolonne anführenden Fahrzeugs sein Fahrzeug aktiv führen oder die Führung durch ein autonomes Steuerungssystem überwachen. Fahrzeugführer der nachfolgenden Fahrzeuge können während des Fahrens in der Fahrzeugkolonne Aktivitäten durchführen, die von dem Führen des Fahrzeugs unabhängig sind, beispielsweise Verwaltungstätigkeiten. Das Fahren in der Fahrzeugkolonne wird also zumindest in den nachfolgenden Fahrzeugen von einem Fahrunterstützungssystem autonom durchgeführt, wobei eine Kommunikation mit anderen Fahrzeugen der Kolonne erfolgen kann.
Beim Fahren in der Fahrzeugkolonne ist es erforderlich, dass die Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne beispielsweise Sicherheitsabstände zwischen den einzelnen Fahrzeugen einhalten. Entsprechend ist eine Erfassung von Objekten vor dem jeweiligen Fahrzeug durchzuführen. Bestehende Fahrzeugunterstützungssysteme verwenden üblicherweise LiDAR-basierte Sensoren, insbesondere Laserscanner, Radarsensoren und/oder optische Kameras, um eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen und Objekte in der Umgebung zu erkennen und nachzuverfolgen. Dies ist sehr aufwändig und mit hohen Kosten verbunden. Aufgrund der Abstände zwischen den Fahrzeugen von sieben bis zwölf Metern können übliche, kostengünstige Ultraschallsensoren, die einen Ultraschallpuls abstrahlen und Echos davon empfangen, und die im Automobilbau weit verbreitet sind, nicht verwendet werden. Ihre Reichweite ist typischerweise geringer als die üblichen Abstände zwischen den Fahrzeugen in der Fahrzeugkolonne.
Bei einem neuen Verfahren zur Abstandskontrolle zwischen zwei Fahrzeugen, das insbesondere beim Fahren in einer Fahrzeugkolonne verwendet werden kann, werden kontinuierlich Ultraschallsignale von einem ersten Fahrzeug mit einem konstanten Sendezeitintervall zwischen zwei ausgesendeten Ultraschallsignalen mit einem ersten Ultraschallsensor ausgesendet. Der erste Ultraschallsensor wird in einem Transmissionsmodus betrieben, in dem der erste Ultraschallsensor nur Ultraschallsignale aussendet. Diese von dem ersten Fahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale werden mit einem zweiten Fahrzeug mit einem zweiten Ultraschallsensor im Empfangsmodus kontinuierlich empfangen, wobei der zweite Ultraschallsensor im Empfangsmodus nur Ultraschallsignale empfängt. Außerdem wird ein Empfangszeitintervall zwischen jeweils zwei empfangenen Ultraschallsignalen durch das zweite Fahrzeug bestimmt. Basierend auf einer Änderung des Empfangszeitintervalls zwischen zwei durch das zweite Fahrzeug empfangenen Ultraschallsignalen kann eine Abstandsänderung zwischen dem ersten und zweiten Fahrzeug bestimmt werden. Durch die Verwendung des ersten Ultraschallsensors im Transmissionsmodus und des zweiten Ultraschallsensors im Empfangsmodus kann eine Reichweite von typischerweise zehn bis zwölf Metern oder mehr erzielt werden, in der die Abstandsänderung zwischen den Fahrzeugen ermittelt werden kann. Außerdem kann durch die Verwendung des ersten Ultraschallsensors im Transmissionsmodus und des zweiten Ultraschallsensors im Empfangsmodus ein kurzes Zeitintervall zwischen den Ultraschallpulsen verwendet werden, da die Ultraschallsensoren keine weiteren Aufgaben erledigen müssen, wodurch Abstandsänderungen schnell erfasst werden können. Eine Gefahr einer falschen Zuordnung von Ultraschallsignalen ist gering. Auch kann das Verfahren mit an sich bekannten Ultraschallsensoren, die beispielsweise bei Parkhilfesystemen verbreitet und daher kostengünstig verfügbar sind, durchgeführt werden. Eine geänderte Hardware ist für die Ultraschallsensoren prinzipiell nicht erforderlich. Es ist lediglich eine Ansteuerung im Transmissionsmodus bzw. Empfangsmodus durchzuführen. Bei Fahrzeugen, die bereits mit entsprechenden Ultraschallsensoren ausgestattet sind, kann das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden, indem beim Fahren in der Fahrzeugkolonne die Ansteuerung der Ultraschallsensoren verändert wird.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 103 61 315 A1 ein Verfahren zum Bestimmen der Position von mindestens einem Reflexionspunkt auf einem Hindernis bekannt. Es erfolgt eine Berechnung einer ersten Entfernung zwischen dem Reflexionspunkt und einer ersten Position einer Entfernungsmessvorrichtung durch Auswerten einer Zeitdauer zwischen dem Aussenden eines Sendesignals und dem Empfang eines Reflexionssignals. Um die Position des Reflexionspunktes weiter zu präzisieren, wird zusätzlich zu der ersten Entfernung eine zweite Entfernung des Reflexionspunktes in Bezug auf eine zweite Position der Entfernungsmessvorrichtung analog zu der Berechnung der ersten Entfernung vorgenommen. Aus dem so ermittelten Paar von Wertepaaren wird mithilfe der Triangulation eine präzisierte Position berechnet.
Aus der DE 10 2010 051 486 A1 ist ein Verfahren zur ultraschallbasierten Vermessung zumindest eines Teils des Umfelds eines Kraftfahrzeugs bekannt, insbesondere eines vor und/oder eines hinter und/oder wenigstens eines seitlich neben dem Kraftfahrzeug liegenden Bereichs. Dazu wird eine Ultraschallmessvorrichtung mit wenigstens einer, insbesondere wenigstens drei, zum Senden und Empfangen ausgebildeten, beabstandet positionierten Wandlervorrichtungen verwendet. Es wird wenigstens eine Laufzeit wenigstens eines Ultraschallsignals betrachtet, wobei ein kraftfahrzeugspezifisches und/oder wandlerspezifisches Ultraschallsignal verwendet wird.
Aus der DE 10 2013 223 707 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Abstrahlcharakteristik eines Sende-Empfangssystems bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte Erfassen eines Sendesignals, insbesondere eines Ultraschallsignals, eines weiteren Sende-Empfangssystems, Ermitteln einer Senderichtung des weiteren Sende-Empfangssystems in Abhängigkeit des erfassten Sendesignals. Die Abstrahlcharakteristik des Sende-Empfangssystems wird in Abhängigkeit einer ermittelten Senderichtung des weiteren Sende-Empfangssystems eingestellt.
Außerdem betrifft die DE 10 2015 213 888 B4 eine Steuereinrichtung eines Fahrzeugs, umfassend eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, mit einem Ultraschall-Sendeempfänger des Fahrzeugs zu kommunizieren, mindestens einen Prozessor, der eingerichtet ist, um über die Schnittstelle ein von dem Ultraschall-Sendeempfänger detektiertes Signal zu empfangen, wobei der mindestens eine Prozessor weiterhin eingerichtet ist, um das Signal zum Erhalten von paketierten Daten zu demodulieren. Die paketierten Daten beinhalten einen Fahrtparameter eines benachbarten Fahrzeugs, und der mindestens eine Prozessor ist eingerichtet, um basierend auf dem Fahrtparameter eine Fahrerassistenz-Funktion auszulösen.
Aus der US 3 687 556 A ist eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bekannt, die eine kontinuierlich rotierende Sendevorrichtung zum Erzeugen eines fächerförmigen Strahlsignals von einem einzigen Referenzpunkt aufweist und einen Detektor zum Überwachen des Strahlsignals an einer vom Referenzpunkt beabstandeten Position aufweist.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, ein Verfahren zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, ein Fahrunterstützungssystem zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, ein Fahrunterstützungssystem zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, eine Fahrzeugkolonne mit einer Mehrzahl Fahrzeuge, die das obige Verfahren durchführen sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des obigen Verfahrens der oben genannten Art anzugeben, die eine einfache Abstandsbestimmung von einem Fahrzeug zu einem Drittfahrzeug ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, wobei eine Mehrzahl Ultraschallsensoren entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in einem bekannten Sensorabstand angeordnet sind, angegeben, umfassend die Schritte Empfangen der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs, Bestimmen derjenigen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, Ermitteln einer maximalen Entfernung zwischen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, und Bestimmen des Abstands zu dem Drittfahrzeug basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel und der maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug angegeben, umfassend das obige Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zu einem an der Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, und einen Schritt zum Anpassen des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ausgehend von dem bestimmten Abstand und dem vorgegebenen Abstand, insbesondere Durchführen einer Längssteuerung.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Fahrunterstützungssystem zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, angegeben mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren, die entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in einem bekannten Sensorabstand angeordnet sind, und einer Steuerungseinheit, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren durchzuführen.
Ebenfalls ist erfindungsgemäß ein Fahrunterstützungssystem zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug, das Ultraschallsignale mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abstrahlt, angegeben mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren, die entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in einem bekannten Sensorabstand angeordnet sind, und einer Steuerungseinheit, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren durchzuführen.
Zusätzlich ist erfindungsgemäß eine Fahrzeugkolonne mit einer Mehrzahl Fahrzeuge angegeben, wobei die Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne ausgeführt sind, das obige Verfahren durchzuführen, und jedes der Fahrzeuge einen zusätzlichen Ultraschall-Signalgeber aufweist, der gegenüber der Sensorseite angeordnet ist, und ausgeführt ist, als Drittfahrzeug Ultraschallsignale mit dem Ultraschall-Signalgeber mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel abzustrahlen.
Außerdem ist erfindungsgemäß ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des obigen Verfahrens angegeben, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Steuerungseinheit eines obigen Fahrunterstützungssystems ausgeführt wird.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Mehrzahl Ultraschallsensoren an einer Fahrzeugseite gemeinsam zu überwachen, und den Empfang von einem Ultraschallsignal in der Form eines Ultraschallpulses mit einer Mehrzahl benachbarter Ultraschallsensoren gemeinsam auszuwerten. Dadurch kann eine Abdeckung der Ultraschallsensoren an dem Fahrzeug durch das Ultraschallsignal von dem Drittfahrzeug ermittelt werden. Aus dieser Abdeckung ergibt sich die maximale Entfernung zwischen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben. Die maximale Entfernung hängt dabei von dem Öffnungswinkel ab, mit dem das Ultraschallsignal von dem Drittfahrzeug abgestrahlt wird. Davon ausgehend kann beispielsweise in Stufen, die sich aus möglichen maximalen Entfernungen zwischen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, ergeben, ein absoluter Abstand zwischen der Sensorseite des Fahrzeugs und dem Drittfahrzeug, genauer dem Ultraschall-Signalgeber des Drittfahrzeugs, bestimmt werden. Dies ist möglich, weil der Öffnungswinkel des Ultraschallsensors vorgegeben und damit bekannt ist. Hierzu werden an sich bekannte trigonometrische Berechnungen durchgeführt.
Das Verfahren kann sowohl im Stand als auch beim Fahren durchgeführt werden. Das Fahrzeug ist ein prinzipiell beliebiges Fahrzeug. Entsprechendes gilt für das Drittfahrzeug. Das Abstrahlen der Ultraschallsignale durch das Drittfahrzeug erfolgt vorzugsweise in einem Modus, in dem das Drittfahrzeug lediglich Ultraschallsignale abstrahlt.
Es können typische Reichweiten im Bereich von bis zu 10 oder 12 Metern erreicht werden. Diese Reichweite ist gegenüber einer üblichen Abstandserkennung, bei der das Fahrzeug mit einem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal abstrahlt und das Ultraschallsignal selber wieder empfängt, verdoppelt. Eine Hauptanwendung ist eine Abstandsbestimmung und -Korrektur beim Fahren des Fahrzeugs, insbesondere beim Fahren in einer Fahrzeugkolonne.
Der Ultraschall-Signalgeber kann ein typischer Ultraschallsensor sein, wie er im Stand der Technik beispielsweise zur Abstandsmessung beim Parken verwendet wird. Derartige Ultraschallsensoren sind weit verbreitet und kostengünstig verfügbar. Darüber hinaus können Ultraschallsensoren, die bereits an dem Drittfahrzeug verbaut sind, beispielsweise als Teil eines Parkassistenzsystems zur Abstandsmessung beim Parken, verwendet werden, um bei entsprechender Ansteuerung als Ultraschall-Signalgeber verwendet zu werden, beispielsweise beim Fahren in einer Kolonne.
Die obigen Verfahren können mit an sich bekannten Ultraschallsensoren, die beispielsweise bei Parkhilfesystemen verbreitet und daher kostengünstig verfügbar sind, durchgeführt werden. Eine geänderte Hardware ist für die Ultraschallsensoren prinzipiell nicht erforderlich. Bei Fahrzeugen, die bereits mit entsprechenden Ultraschallsensoren ausgestattet sind, kann das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden, indem die Ansteuerung der Ultraschallsensoren und die Auswertung der von den Ultraschallsensoren empfangenen Ultraschallsignale verändert wird. Die Anzahl der Ultraschallsensoren an der Sensorseite definiert eine mögliche Genauigkeit bei der Bestimmung des Abstands. Mit zunehmender Anzahl der Ultraschallsensoren steigt die Genauigkeit bei der Bestimmung des Abstands. Der ermittelte Abstand ist eine Sprungfunktion mit wenigstens zwei Stufen.
Als Öffnungswinkel wird üblicherweise ein Winkel von einer Mittelachse des Ultraschallsensors bis zu einem maximalen Abstrahlbereich des Ultraschallsensors angesehen. Der Abstrahlbereich ist dabei meist rotationssymmetrisch um die Mittelachse ausgeführt.
Die Mehrzahl Ultraschallsensoren ist entlang der Sensorseite des Fahrzeugs vorzugsweise derart in einer möglichst geraden Linie angeordnet, so dass der Empfang der Ultraschallsignale möglichst wenig durch die Anordnung der Ultraschallsensoren beeinflusst ist. Der bekannte Sensorabstand kann für benachbarte Paare von Ultraschallsensoren jeweils unterschiedlich sein. Typischerweise sind die Ultraschallsensoren spiegelsymmetrisch bezogen auf eine Mitte der Sensorseite angeordnet. Ein zusätzlicher Ultraschallsensor kann dabei mittig an der Sensorseite angeordnet sein, d.h. im Bereich der Symmetrieachse.
Das Bestimmen derjenigen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, kann umfassen, dass Positionen der Ultraschallsensoren an dem Fahrzeug bestimmt werden, um daraus die maximale Entfernung zu ermitteln. Entsprechend ist eine genaue Kenntnis der Positionen der Ultraschallsensoren an der Sensorseite erforderlich, um diese über den Empfang der Ultraschallsignale zur Bestimmung der maximalen Entfernung auswerten zu können.
Das Bestimmen des Abstands zu dem Drittfahrzeug basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel und der maximalen Entfernung kann basierend auf einem rechtwinkligen Dreieck berechnet werden. Dabei sind die beiden Katheten durch den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug und die halbe maximale Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, angegeben. Der Öffnungswinkel entspricht dem Winkel zwischen der Hypotenuse und dem Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug. Der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ergibt sich somit als (halbe maximale Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren/tan(Öffnungswinkel)). Alternativ sind andere, gleichwertige Arten der Bestimmung des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug möglich.
Der Schritt zum Anpassen des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ausgehend von dem bestimmten Abstand und dem vorgegebenen Abstand umfasst insbesondere ein Durchführen einer Längssteuerung. Die Anpassung kann prinzipiell durch ein Verzögern oder Beschleunigen des Fahrzeugs erfolgen. In der Fahrzeugkolonne kann die Anpassung von dem Fahrzeug zusammen mit dem Drittfahrzeug durchgeführt werden. Ggf. ist eine Signalisierung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug erforderlich, um die Anpassung des Abstands gemeinsam durchzuführen. Die Anpassung kann durch eine Änderung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs, d.h. verzögern oder beschleunigen, oder eine Änderung der Geschwindigkeit des nachfolgenden Fahrzeugs, d.h. verzögern oder beschleunigen, erfolgen. Dazu kann gehören, dass das nachfolgende Fahrzeug eine Notbremsung durchführt, beispielsweise wenn die Abstandsänderung zwischen den beiden Fahrzeugen sehr groß ist. Als Notfallmaßnahme kann dies ein Ausweichmanöver umfassen, um einen Gefahrensituation zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug abzuwenden.
Die Steuerungseinheit ist eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug, die auch als ECU bezeichnet wird. Die Steuerungseinheit ist über eine Datenschnittstelle mit den Ultraschallsensoren verbunden.
Die obigen Verfahren sind jeweils individuell für einzelne Fahrzeuge angegeben. Die Verfahren werden zur Bildung der Fahrzeugkolonne und zum gemeinsamen Fahren jeweils mit einer Mehrzahl Fahrzeuge gleichzeitig durchgeführt. Dabei ist jedes Fahrzeug außer dem führenden und dem letzten Fahrzeug gleichzeitig Fahrzeug bzw. Drittfahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung. Lediglich das führende Fahrzeuge und das letzte Fahrzeug der Fahrzeugkolonne nehmen nur eine Rolle als Fahrzeug bzw. Drittfahrzeug ein.
Die Fahrzeugkolonne kann prinzipiell eine beliebige Anzahl unterschiedlich ausgeführter Fahrzeuge umfassen. Die Fahrzeuge sind vorzugsweise Lastkraftwagen, die zur Reduktion von Luftwiderstand und damit Verbrauch in einem Abstand von beispielsweise sieben bis zwölf Metern hintereinanderfahren, um die Fahrzeugkolonne zu bilden. Zumindest alle einem die Fahrzeugkolonne anführenden Fahrzeug folgenden Fahrzeuge umfassen ein Fahrunterstützungssystem, welches das Fahren in der Fahrzeugkolonne steuert. Das Fahrunterstützungssystem ist entsprechend ausgeführt, die Abstände zwischen dem jeweiligen Fahrzeug und Drittfahrzeug zu überwachen. Das Fahrunterstützungssystem kann darüber hinaus ausgeführt sein, einen vorgegebenen Abstand zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug einzuhalten.
Zusätzlich kann der Abstand von dem Fahrzeug zu dem Drittfahrzeug übertragen werden, damit der Abstand ausgehend von sowohl dem Fahrzeug wie auch dem Drittfahrzeug angepasst werden kann, d.h. ein Fahrzeug bremst, und ein Fahrzeug beschleunigt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind Mehrzahl Ultraschallsensoren entlang der Sensorseite des Fahrzeugs in gleichmäßigen Abständen angeordnet, der Schritt des Ermittelns einer maximalen Entfernung zwischen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, umfasst ein Ermitteln der Anzahl von Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, und die maximale Entfernung wird basierend auf der Anzahl von Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, ermittelt. Das Ermitteln der maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, kann somit sehr einfach durchgeführt werden durch Multiplikation des bekannten Sensorabstands mit der Anzahl der ermittelten Ultraschallsensoren weniger eins. Dabei kann beispielsweise eine Mittelposition der Sensorseite keinen Ultraschallsensor aufweisen, aber derart berücksichtigt werden, als ob dort ein Ultraschallsensor positioniert wäre. Es wird dabei davon ausgegangen, dass zumindest ein Ultraschallsensor auf jeder Seite der Mittelposition das Ultraschallsignal empfängt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Bestimmen einer Position derjenigen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, und ein Ermitteln eines seitlichen Versatzes des Drittfahrzeugs bezogen auf die Sensorseite des Fahrzeugs. Wenn also nicht die Ultraschallsensoren bezogen auf eine Mittellinie des Fahrzeugs gleichermaßen das Ultraschallsignal empfangen, wird daraus der seitliche Versatz ermittelt. Der seitliche Versatz kann verwendet werden, um eine relative Position des Fahrzeugs zu dem Drittfahrzeug zu überwachen. Der seitliche Versatz ergibt sich abhängig von den Abständen zwischen den Ultraschallsensoren. So ist es beim Fahren mit einem reduzierten Sicherheitsabstand von beispielsweise sieben bis zwölf Metern, wie es beim Fahren in einer Kolonne durchgeführt werden kann, wünschenswert, den Windschatten eines vorausfahrenden Fahrzeugs optimal ausnutzen zu können, um den Fahrwiderstand zu reduzieren. Dafür ist ein seitlicher Versatz zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug zu minimieren. Auch kann als Notfallmaßnahme ein Ausweichmanöver durchgeführt werden, um einen Gefahrensituation zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug abzuwenden, d.h. ein seitliches Ausweichen. Das seitliche Ausweichen kann effizient durchgeführt werden, wenn ein seitlicher Versatz vorhanden ist, und das Ausweichmanöver in der Richtung des seitlichen Versatzes durchgeführt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Empfangen der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs ein Erzeugen eines Zeitstempels für jeden Ultraschallsensor, und das Verfahren umfasst einen zusätzlichen Schritt zum Vergleichen der Zeitstempel für eine Mehrzahl Ultraschallsensoren und ein Bestimmen einer maximalen Laufzeitdifferenz zwischen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben. Basierend auf dem Zeitstempel kann ein Laufzeitunterschied zwischen dem Empfang des Ultraschallsignals mit den verschiedenen Ultraschallsensoren bestimmt werden, wodurch sich ein Winkel zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ermitteln lässt. Dieser Winkel liefert zusätzliche Informationen über das Fahrzeug und das Drittfahrzeug, die insbesondere beim Fahren in der Fahrzeugkolonne eine Steuerung der Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne verbessern können. Der Winkel gibt insbesondere bei einer Kurvenfahrt einen Anhaltspunkt für die Form der Kurve und wie das Fahrzeug und das Drittfahrzeug einander folgen. Für die Bestimmung von vergleichbaren Zeitstempel ist eine genaue Kenntnis der Positionen der Ultraschallsensoren relativ zueinander erforderlich, und zwar sowohl in Längsrichtung wie auch seitlich. Bei angenommener Geradeausfahrt, d.h. wenn der Winkel zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug Null ist, kann ausgehend von der Laufzeitdifferenz ein seitlicher Versatz zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug bestimmt werden. Eine Geradeausfahrt kann beispielsweise angenommen werden, wenn sich das Fahrzeug auf einer geraden Straße befindet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs ein Empfangen von kodierten Ultraschallsignalen, und der Schritt des Bestimmens derjenigen Ultraschallsensoren, die das Ultraschallsignal empfangen haben, umfasst ein Vergleichen der Kodierung der mit dem jeweiligen Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignale. Die empfangenen Ultraschallsignale weisen also eine digitale oder analoge Kodierung auf, die eine Identifizierung von Ultraschallsignalen ermöglicht. Somit kann sichergestellt werden, dass die Ultraschallsensoren jeweils die gleichen Ultraschallsignale empfangen. Störungen durch Ultraschallsignale weiterer Fahrzeuge können vermieden werden. Beispielsweise kann überprüft werden, ob die Kodierung der von den Ultraschalsensoren empfangenen Ultraschallsignale übereinstimmt. Wenn diese Überprüfung fehlschlägt, kann ein Fehler erzeugt werden, beispielsweise in der Form einer Warnung. Die Kodierung kann beispielsweise sequentiell unterschiedlich sein, um Ultraschallsignale einer Sequenz zu unterscheiden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs ein Empfangen von kodierten Ultraschallsignalen mit einer vorgegebenen Kodierung. Die vorgegebene Kodierung kann eine individuelle Kodierung des Drittfahrzeugs sein. So kann sichergestellt werden, dass ausschließlich die Ultraschallsignale mit der vorgegebenen Kodierung berücksichtigt werden, um den Abstand zu dem Drittfahrzeug zu bestimmen. Beim Empfang von Ultraschallsignalen mit unterschiedlichen Kodierungen können diejenigen Ultraschallsignale des Drittfahrzeugs über die vorgegebene Kodierung zuverlässig bestimmt werden. Verwechslungen beim Empfang der Ultraschallsignale können vermieden werden, wodurch der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Empfangen der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs ein Empfangen von Ultraschallsignalen mit einem modulierten Informationssignal. Entsprechend können Informationen von dem Drittfahrzeug zu dem Fahrzeug übertragen werden, beispielsweise betreffend eine gemeinsame Steuerung von Fahrzeugen der Fahrzeugkolonne oder eine Initialisierung beispielsweise zum Einstellen von Parametern zum Bestimmen des Abstands zu dem Drittfahrzeug. Dies kann beispielsweise eine Übertragung des Öffnungswinkels oder eine Übermittlung in Bezug auf eine Kodierung des Ultraschallsignals des Drittfahrzeugs betreffen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Einstellen des vorgegebenen Öffnungswinkels und/oder der Kodierung in dem Fahrzeug. Entsprechend kann das Verfahren in dem Fahrzeug mit einer großen Flexibilität durchgeführt werden. Das Einstellen kann beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle des Fahrzeugs erfolgen. Prinzipiell kann auch der Öffnungswinkel an dem Drittfahrzeug eingestellt werden, wenn der Ultraschall-Signalgeber eine Anpassung des Öffnungswinkels unterstützt. Dadurch kann das Verfahren für unterschiedliche mögliche Abstandsbereiche optimiert werden.
Alternativ kann insbesondere der Öffnungswinkel für alle Fahrzeuge fest voreingestellt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Empfangen des vorgegebenen Öffnungswinkels und/oder der Kodierung von dem Drittfahrzeug. Indem entsprechende Parameter unmittelbar zwischen dem Fahrzeug und dem jeweiligen Drittfahrzeugs ausgetauscht werden, können diese Parameter automatisch eingestellt werden. Eine Einstellung beispielsweise durch einen Fahrer des Fahrzeugs kann entfallen, so dass das Verfahren einfach durchgeführt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs ein kontinuierliches Empfangen der Ultraschallsignale in einem Empfangsmodus, wobei aufeinanderfolgende empfangene Ultraschallsignale als mit einem konstanten Sendezeitintervall ausgesendet angenommen werden, und das Verfahren umfasst folgende zusätzlichen Schritte: Bestimmen eines Empfangszeitintervalls zwischen zwei empfangenen Ultraschallsignalen, und Bestimmen einer Abstandsänderung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug basierend auf einer Änderung des Empfangszeitintervalls zwischen zwei empfangenen Ultraschallsignalen. Somit kann zusätzlich zu dem Abstand eine Abstandsänderung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug bestimmt werden, um darauf basierend eine verbesserte Anpassung des Abstands durchführen zu können. Das Ermitteln der Abstandsänderung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug kann bereits basierend auf zwei aufeinanderfolgenden Ultraschallsignalen des Drittfahrzeugs erfolgen, und kann damit bei einer Annäherung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug schnell eine Warnung bewirken, so dass der Abstand angepasst werden kann. Es können dieselben Ultraschalsignale verwendet werden, um einerseits den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug zu bestimmen, und zusätzlich die Abstandsänderung zu bestimmen. Das Bestimmen der Abstandsänderung zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug wird basierend auf einer Änderung des Empfangszeitintervalls zwischen zwei empfangenen Ultraschallsignalen durchgeführt. Die Signallaufzeit zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ist bei gleichbleibendem Abstand konstant. Eine Vergrößerung des Abstands führt zu einer längeren Signallaufzeit eines nachfolgenden Ultraschallsignals, so dass Empfangszeitintervall länger wird. Entsprechendes gilt umgekehrt bei einer Verkleinerung des Abstands.
Um das Verfahren universell mit verschiedenen Fahrzeugen durchführen zu können ist es erforderlich, dass das Sendezeitintervall jeweils bekannt ist. Das Sendezeitintervall kann entsprechend für alle Fahrzeuge global vorgegeben sein oder beim Bilden der Fahrzeugkolonne jeweils individuell festgelegt werden, entweder durch eine Einstellung durch einen Fahrzeugführer oder durch eine Einstellung durch Kommunikation zwischen den einzelnen Fahrzeugen der Fahrzeugkolonne. Das Sendezeitintervall kann beispielsweise abhängig von einer Signaldauer der jeweils ausgesendeten Ultraschallsignale gewählt sein, um nach dem Aussenden eines Ultraschallsignals eine ausreichende Zeit zum Unterscheiden einzelner Ultraschallsignale zu belassen.
Um Vermischungen verschiedener empfangener Ultraschallsignale zu vermeiden, ist bevorzugt, dass genau ein Ultraschall-Signalgeber im Transmissionsmodus die Ultraschallsignale aussendet.
Bei einem Abstand von zehn Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug ergibt sich eine Signallaufzeit von etwa 0,029 Sekunden. Entsprechend ist auf Seite des Drittfahrzeugs eine hohe Genauigkeit beim Aussenden der Ultraschallpulse erforderlich, wie auch auf Seite des Fahrzeugs beim Empfangen. Eine Abstandsänderung von einem Meter bedingt eine Änderung des Empfangszeitintervalls von lediglich etwa 0,0029 Sekunden. Um das Verfahren effektiv betreiben zu können, ist es bevorzugt, dass bereits geringere Unterschiede in der Signallaufzeit bestimmt werden können, beispielsweise in der Größenordnung von weniger als einem halben Meter, bevorzugt weniger als zwanzig Zentimeter, besonders bevorzugt weniger als zehn Zentimeter. Letzteres bedingt eine Änderung des Empfangszeitintervalls von lediglich etwa 0,00029 Sekunden.
Beim Empfangen der von dem Drittfahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale ist beispielsweise ein Anfang des empfangenen Ultraschallsignals zu berücksichtigen, um davon abhängig das Empfangszeitintervall zwischen dem Anfang zweier aufeinanderfolgender Ultraschallsignale zu bestimmen. Insbesondere bei einem Ultraschallsignal mit einer digitalen Modulation kann auch die Modulation zur Synchronisierung und Bestimmung des Empfangszeitintervalls verwendet werden. Dabei kann beispielsweise durch eine digitale Modulation mit typischerweise steilen Flanken eine exakte Zeitbestimmung durchgeführt werden. Analoge Signale haben demgegenüber meist weniger steile Flanken und erlauben daher nur eine geringere Genauigkeit bei der Bestimmung des Empfangszeitintervalls.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Mehrzahl Ultraschallsensoren an einer Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Dies stellt einen häufigen Anwendungsfall dar, für den Abstände zwischen Fahrzeugen bestimmt werden müssen, insbesondere beim Fahren in einer Fahrzeugkolonne. Entsprechend wird von dem Fahrzeug der Abstand zu dem Drittfahrzeug als vorausfahrendem Fahrzeug bestimmt. Dadurch kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass das Fahrzeug selber unmittelbar durch eine Längssteuerung, insbesondere durch ein Bremsen, eine Anpassung des Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Drittfahrzeug durchführen kann. Insbesondere ein Bremsen des Fahrzeugs stellt ein schnell wirkendes Mittel dar, um den Abstand anzupassen, wohingegen eine Abstandsänderung durch Beschleunigen üblicherweise nur langsam erfolgt. Eine vorherige Signalisierung des Abstands zu dem Drittfahrzeug ist nicht erforderlich, um ein Bremsen in einem der Fahrzeuge auszulösen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
Es zeigt

1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugkolonne mit einer Mehrzahl Fahrzeuge beim Fahren auf einer Fahrbahn gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform,
2 eine detaillierte Ansicht von zwei Fahrzeugen der Fahrzeugkolonne aus 1 mit Ultraschallsensoren und einer Kommunikationsverbindung zur Durchführung eines Verfahrens zur Abstandskontrolle in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
3 eine schematische Detailansicht eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit der Fahrzeugkolonne aus 1 mit einem Fahrunterstützungssystem zur Durchführung eines Verfahrens zur Abstandskontrolle in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Abstands zu einem an einer Sensorseite des Fahrzeugs befindlichen Drittfahrzeug für die Fahrzeuge der Fahrzeugkolonne aus 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
5 eine erste, beispielhafte Darstellung eines Empfangs eines von einem Drittfahrzeug mit vorgegebenen Öffnungswinkel abgestrahlten Ultraschallsignals mit fünf Ultraschallsensoren der Fahrunterstützungssysteme der Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, wobei
6 eine zweite, beispielhafte Darstellung eines Empfangs eines von einem Drittfahrzeug mit vorgegebenen Öffnungswinkel abgestrahlten Ultraschallsignals mit drei Ultraschallsensoren der Fahrunterstützungssysteme der Fahrzeuge der ersten Ausführungsform,
7 eine dritte, beispielhafte Darstellung eines Empfangs eines von einem Drittfahrzeug mit vorgegebenen Öffnungswinkel abgestrahlten Ultraschallsignals mit drei Ultraschallsensoren der Fahrunterstützungssysteme der Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, wobei das Ultraschallsignal mit einem Winkel β bezogen auf eine Längsachse des Fahrzeugs abgestrahlt wird,
8 eine vierte, beispielhafte Darstellung eines Empfangs eines von einem Drittfahrzeug mit vorgegebenen Öffnungswinkel abgestrahlten Ultraschallsignals mit drei Ultraschallsensoren der Fahrunterstützungssysteme der Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, wobei das Ultraschallsignal mit und ohne seitlichen Versatz abgestrahlt wird, und
9 eine fünfte, beispielhafte Darstellung eines Empfangs eines von einem Drittfahrzeug mit vorgegebenen Öffnungswinkel abgestrahlten Ultraschallsignals mit drei Ultraschallsensoren der Fahrunterstützungssysteme der Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, wobei das Ultraschallsignal mit einem geringen seitlichen Versatz abgestrahlt wird.

Die 1 zeigt eine Fahrzeugkolonne 10 mit einer Mehrzahl Fahrzeuge 12 beim Fahren auf einer Fahrbahn 14 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein einzelnes Fahrzeug 12 ist beispielhaft in 3 dargestellt, während 2 einen Teil der Fahrzeugkolonne 10 mit lediglich zwei Fahrzeugen 12 zeigt.
Die Fahrzeugkolonne 10 ist in 1 beispielhaft mit vier Fahrzeugen 12 dargestellt, kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen eine prinzipiell beliebige Anzahl prinzipiell unterschiedlich ausgeführter Fahrzeuge 12 umfassen. Die Fahrzeuge 12 sind in 1 beispielhaft als Lastkraftwagen ausgeführt, die in einem Abstand 16 von beispielsweise sieben bis zwölf Metern hintereinanderfahren, wie in 2 für zwei Fahrzeuge 12 der Fahrzeugkolonne 10 dargestellt ist. Alle einem die Fahrzeugkolonne 10 anführenden Fahrzeug 12 folgenden Fahrzeuge 12 umfassen ein Fahrunterstützungssystem 18 welches das Fahren jedes Fahrzeugs 12 in der Fahrzeugkolonne 10 steuert.
Ein Fahrzeug 12 mit einem Fahrunterstützungssystem 18 ist beispielhaft in 3 dargestellt. Auch wenn das Fahrzeug 12 in 3 als PKW dargestellt ist, sind die Prinzipien des Fahrunterstützungssystems 18 und seiner Ausgestaltung ohne weiteres auf andere Fahrzeugtypen übertragbar. Die Ausführungen in Bezug auf das Fahrzeug 12 der 3 gelten ebenfalls für die in den 1 und 2 als Lastkraftwagen dargestellten Fahrzeuge 12 und umgekehrt.
Das Fahrunterstützungssystem 18 jedes Fahrzeugs 12 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Steuerungseinheit 20 und fünf Ultraschallsensoren 22, die in Bezug auf eine Fahrtrichtung 24 an einer Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 angebracht sind, wie sich aus 3 ergibt. Die Vorderseite 26 entspricht dabei einer Sensorseite des Fahrzeugs 12. Die fünf Ultraschallsensoren 22 sind entlang der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 in einer geraden Linie in einem bekannten, gleichmäßigen Sensorabstand x angeordnet.
Zusätzlich umfasst das Fahrunterstützungssystem 18 einen Ultraschall-Signalgeber 28, der in Bezug auf die Fahrtrichtung 24 an einem rückwärtigen Ende 30 des Fahrzeugs 12 angebracht ist.
Die Ultraschallsensoren 22 und der Ultraschall-Signalgeber 28 sind als typische Ultraschallsensoren ausgeführt, wie sie im Stand der Technik beispielsweise zur Abstandsmessung beim Parken verwendet werden. Der Ultraschall-Signalgeber 28 weist einen vorgegebenen Öffnungswinkel α auf, der von einer Mittelachse 32 des Ultraschall-Signalgebers 28 bis zu einem Rand 34 eines maximalen Abstrahlbereichs des Ultraschall-Signalgebers 28 definiert ist.
Das Fahrunterstützungssystem 18 umfasst weiterhin einen Kommunikationsbus 36, der die Steuerungseinheit 20 mit der Mehrzahl Ultraschallsensoren 22 und dem Ultraschall-Signalgeber 28 verbindet. Die Ultraschallsensoren 22 und der Ultraschall-Signalgeber 28 sind hier beispielhaft in einer Höhe von etwa 1,25 Meter über Bodenniveau an dem jeweiligen Fahrzeug 12 angebracht.
Darüber hinaus führt das führende Fahrzeug 12 der Fahrzeugkolonne 10 mit seinen Umgebungssensoren in einem in 1 dargestellten Erfassungsbereich 38 eine Erfassung von potentiellen Gefahren für die Fahrzeugkolonne 10 durch. Bei einer Erfassung einer Gefahr startet das anführende Fahrzeug 12 beispielsweise eine Verzögerung der gesamten Fahrzeugkolonne 10, indem das anführende Fahrzeug 12 einen Bremsvorgang startet und zusätzlich über eine Kommunikationsverbindung 40 ein entsprechendes Signal an alle nachfolgenden Fahrzeuge 12 sendet, so dass diese ebenfalls verzögern. Dabei erfolgt das Verzögern für alle Fahrzeuge 12 mit jeweils gleicher Intensität, um den Abstand 16 zwischen den Fahrzeugen 12 der Fahrzeugkolonne 10 konstant zu halten.
Das Fahrunterstützungssystem 18 ist ausgeführt, den Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem jeweils vorausfahrenden Fahrzeug 12 als Drittfahrzeug zu bestimmen und einen vorgegebenen Abstand zwischen dem Fahrzeug 12 und dem jeweils vorausfahrenden Fahrzeug 12 einzuhalten. Dadurch können die Fahrzeuge 12 gemeinsam in der Fahrzeugkolonne 10 fahren, wie nachstehend im Detail beschrieben ist.
Nachfolgend wird unter Bezug auf 4 ein Verfahren zur Bestimmung und Einhaltung des Abstands 16 zu dem an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 befindlichen Drittfahrzeugs 12, das mit dem Ultraschall-Signalgeber 28 Ultraschallsignale 42 mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel α abstrahlt, beschrieben. Das Verfahren wird unter zusätzlichem Bezug auf die beispielhaften Darstellungen der 5 bis 9 beschrieben.
Das Verfahren beginnt mit Schritt S110, in dem ein Empfangen des vorgegebenen Öffnungswinkels α und einer vorgegebenen Kodierung der Ultraschallsignale 42 von dem Drittfahrzeug 12 über die Kommunikationsverbindung 40 erfolgt. Die vorgegebene Kodierung ist eine individuelle Kodierung der Ultraschallsignale 42 des Drittfahrzeugs 12.
In Schritt S120 werden von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignale 42 mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren 22 des Fahrzeugs 12 empfangen. Dies ist beispielhaft in den 5 bis 9 dargestellt. Der
Dabei wird das von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignal 42 in einem ersten Beispiel, das in 5 dargestellt ist, mit allen fünf Ultraschallsensoren 22 an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 empfangen.
In einem zweiten Beispiel, das in 6 dargestellt ist, wird das von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignal 42 mit lediglich drei Ultraschallsensoren 22 an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 empfangen. Zur einfacheren Darstellung sind in 6 lediglich drei der fünf Ultraschallsensoren 22 des Fahrzeugs 12 gezeigt.
In einem dritten Beispiel, das in 7 dargestellt ist, wird das von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignal 42 ebenfalls mit lediglich drei Ultraschallsensoren 22 an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 empfangen. Zur einfacheren Darstellung sind in 7 lediglich drei der fünf Ultraschallsensoren 22 des Fahrzeugs 12 gezeigt.
In einem vierten Beispiel, das in 8 dargestellt ist, wird das von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignal 42 jeweils mit drei unterschiedlichen Ultraschallsensoren 22 an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 empfangen.
In einem fünften Beispiel, das in 9 dargestellt ist, wird das von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendete Ultraschallsignal 42 mit lediglich zwei Ultraschallsensoren 22 an der Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 empfangen. Zur einfacheren Darstellung sind in 7 lediglich drei der fünf Ultraschallsensoren 22 des Fahrzeugs 12 gezeigt.
Beim Empfang der ausgesendeten Ultraschallsignale 42 wird für jeden Ultraschallsensor 22 ein Zeitstempel in Bezug auf den Empfang der Ultraschallsignale 42 erzeugt.
Das Empfangen der von dem Drittfahrzeug 12 ausgesendeten Ultraschallsignale 42 umfasst ein Empfangen der Ultraschallsignale 42 mit der vorgegebenen Kodierung. Zusätzlich kann das ausgesendete Ultraschallsignal 42 ein moduliertes Informationssignal aufweisen mit Informationen, die von dem Drittfahrzeug 12 zu dem Fahrzeug 12 übertragen werden.
Schritt S130 betrifft ein Bestimmen derjenigen Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben. Dazu wird die Kodierung der mit dem jeweiligen Ultraschallsensor 22 empfangenen Ultraschallsignale 42 mit der vorgegebenen Kodierung verglichen.
In Schritt S140 wird eine maximale Entfernung zwischen Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben, ermittelt. Die maximale Entfernung ergibt sich ausgehend von dem jeweils gleichen Sensorabstand x zwischen zwei Ultraschallsensoren 22 unmittelbar aus der Anzahl der Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben. Im Detail wird der bekannte Sensorabstand x mit der Anzahl der ermittelten Ultraschallsensoren 22 weniger eins multipliziert. Entsprechend ergibt sich die maximale Entfernung in dem ersten Beispiel in 5 zu dem vierfachen Sensorabstand x, während sich die maximale Entfernung in dem zweiten, dritten und vierten Beispiel in den 6, 7 und 8 zu dem zweifachen Sensorabstand x ergibt. In dem fünften Beispiel in 9 ergibt sich die maximale Entfernung zu dem einfachen Sensorabstand x
In Schritt S150 wird der Abstand 16 zu dem Drittfahrzeug 12 basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel α und der maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben, ermittelt. Dazu wird eine trigonometrische Berechnung für ein rechtwinkliges Dreieck basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel α und der maximalen Entfernung durchgeführt. Die beiden Katheten ergeben sich durch den Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 sowie der halben maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben. Der Öffnungswinkel α entspricht dem Winkel zwischen der Hypotenuse und der Kathete mit dem Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12. Der Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ergibt sich somit als halbe maximale Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren 22 geteilt durch tan(α).
Bei gleichem Öffnungswinkel α ist der Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ausgehend von der jeweiligen maximalen Entfernung in dem ersten Beispiel in 5 doppelt so groß wie in dem zweiten, dritten und vierten Beispiel in den 6, 7 und 8. Bei gleichem Öffnungswinkel α ist der Abstand 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ausgehend von der jeweiligen maximalen Entfernung in dem zweiten, dritten und vierten Beispiel in den 6, 7 und 8 doppelt so groß wie in dem fünften Beispiel in 9.
In Schritt S160 werden zusätzlich die Zeitstempel der Ultraschallsensoren 22 verglichen. Basierend auf einer maximalen Laufzeitdifferenz zwischen Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben, wird ein Winkel β zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ermittelt.
Dies ist im Detail in 7 dargestellt. Ausgehend von dem Winkel β zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ist die Entfernung zwischen dem Ultraschall-Signalgeber 28 und den Ultraschallsensoren 22 um einen maximalen Differenzabstand ΔL unterschiedlich.
In Schritt S170 wird eine Position derjenigen Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben, bestimmt. Ausgehend davon wird ein seitlicher Versatz des Drittfahrzeugs 12 bezogen auf die Vorderseite 26 des Fahrzeugs 12 bestimmt.
Dies ist im Detail in 8 dargestellt. Dort wird das Ultraschallsignal 42 einmal von drei mittleren Ultraschallsensoren 22 empfangen, wobei kein seitlicher Versatz vorliegt, und einmal von den drei oberen Ultraschallsensoren 22. Es liegt ein seitlicher Versatz vor, der dem Sensorabstand x entspricht.
In einer alternativen Ausführungsform wird der seitliche Versatz zusätzlich basierend auf den Zeitstempeln der Ultraschallsensoren 22, die das Ultraschallsignal 42 empfangen haben, ermittelt, wie sich im Detail aus 9 ergibt. Es wird im Gegensatz zu Schritt S160 angenommen, dass das Fahrzeug 12 und das Drittfahrzeug 12 einen Winkel β gleich Null aufweisen. Die Position des Ultraschall-Signalgebers 28 ist geringfügig gegenüber einer Position eines der Ultraschallsensoren 22 versetzt, wodurch sich beim Empfang des Ultraschallsignals 42 ein Differenzabstand ΔL ergibt. Wenn der Differenzabstand ΔL gleich Null ist, befindet sich der Ultraschall-Signalgeber 28 genau zwischen zwei Ultraschallsensoren 22 und weist darauf bezogen einen seitlichen Versatz von einem halben Sensorabstand x auf.
Schritt S180 betrifft ein Anpassen des Abstands 16 zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12 ausgehend von dem bestimmten Abstand 16 und dem vorgegebenen Abstand. Es wird eine Längssteuerung durchgeführt, wobei das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird. Zusätzlich erfolgt eine Signalisierung zwischen dem Fahrzeug 12 und dem Drittfahrzeug 12, um die Anpassung des Abstands 16 gemeinsam durchzuführen. Wenn das Fahrzeug 12 verzögert, beschleunigt das Drittfahrzeug 12 und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugkolonne
12: Fahrzeug
14: Fahrbahn
16: Abstand
18: Fahrunterstützungssystem
20: Steuerungseinheit
22: Ultraschallsensor
24: Fahrtrichtung
26: Vorderseite, Sensorseite
28: Ultraschall-Signalgeber
30: rückwärtiges Ende
32: Mittelachse
34: Rand
36: Kommunikationsbus
38: Erfassungsbereich
40: Kommunikationsverbindung
42: Ultraschallsignal
α: Öffnungswinkel
β: Winkel
x: Sensorabstand
ΔL: Differenzabstand

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (18) zu einem an einer Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), das Ultraschallsignale (42) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abstrahlt, wobei eine Mehrzahl Ultraschallsensoren (22) entlang der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) in einem bekannten Sensorabstand (x) angeordnet sind, umfassend die Schritte Empfangen der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (34) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12), Bestimmen derjenigen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, Ermitteln einer maximalen Entfernung zwischen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, und Bestimmen des Abstands (16) zu dem Drittfahrzeug (12) basierend auf dem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) und der maximalen Entfernung zwischen den Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl Ultraschallsensoren (22) entlang der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, der Schritt des Ermittelns einer maximalen Entfernung zwischen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, ein Ermitteln der Anzahl von Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, umfasst, und die maximale Entfernung basierend auf der Anzahl von Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Bestimmen einer Position derjenigen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, und ein Ermitteln eines seitlichen Versatzes des Drittfahrzeugs (12) bezogen auf die Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangen der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (42) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12) ein Erzeugen eines Zeitstempels für jeden Ultraschallsensor (22) umfasst, und das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Vergleichen der Zeitstempel für eine Mehrzahl Ultraschallsensoren (22) und ein Bestimmen einer maximalen Laufzeitdifferenz zwischen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (42) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12) ein Empfangen von kodierten Ultraschallsignalen (42) umfasst, und der Schritt des Bestimmens derjenigen Ultraschallsensoren (22), die das Ultraschallsignal (42) empfangen haben, ein Vergleichen der Kodierung der mit dem jeweiligen Ultraschallsensor (22) empfangenen Ultraschallsignale (42) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (42) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12) ein Empfangen von kodierten Ultraschallsignalen (42) mit einer vorgegebenen Kodierung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Einstellen des vorgegebenen Öffnungswinkels (α) und/oder der Kodierung in dem Fahrzeug (12) umfasst.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Empfangen des vorgegebenen Öffnungswinkels (α) und/oder der Kodierung von dem Drittfahrzeug (12) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Empfangens der von dem Drittfahrzeug (12) ausgesendeten Ultraschallsignale (42) mit wenigstens einem der Ultraschallsensoren (22) des Fahrzeugs (12) ein kontinuierliches Empfangen der Ultraschallsignale (42) in einem Empfangsmodus, wobei aufeinanderfolgende empfangene Ultraschallsignale (42) als mit einem konstanten Sendezeitintervall ausgesendet angenommen werden, umfasst, und das Verfahren folgende zusätzlichen Schritte umfasst: Bestimmen eines Empfangszeitintervalls zwischen zwei empfangenen Ultraschallsignalen (42), und Bestimmen einer Abstandsänderung zwischen dem Fahrzeug (12) und dem Drittfahrzeug (12) basierend auf einer Änderung des Empfangszeitintervalls zwischen zwei empfangenen Ultraschallsignalen (42).
Verfahren zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), umfassend das Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (16) zu einem an der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), das Ultraschallsignale (42) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abstrahlt, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 und einen Schritt zum Anpassen des Abstands (16) zwischen dem Fahrzeug (12) und dem Drittfahrzeug (12) ausgehend von dem bestimmten Abstand (16) und dem vorgegebenen Abstand, insbesondere Durchführen einer Längssteuerung.
Fahrunterstützungssystem (18) zur Bestimmung eines Abstands (16) zu einem an einer Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), das Ultraschallsignale (42) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abstrahlt, mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren (22), die entlang der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) in einem bekannten Sensorabstand (x) angeordnet sind, und einer Steuerungseinheit (20), wobei das Fahrunterstützungssystem (18) ausgeführt ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Fahrunterstützungssystem (10) zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zu einem an einer Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) befindlichen Drittfahrzeug (12), das Ultraschallsignale (42) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abstrahlt, mit einer Mehrzahl Ultraschallsensoren (22), die entlang der Sensorseite (26) des Fahrzeugs (12) in einem bekannten Sensorabstand (x) angeordnet sind, und einer Steuerungseinheit (20), wobei das Fahrunterstützungssystem (18) ausgeführt ist, das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 10 durchzuführen.
Fahrunterstützungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl Ultraschallsensoren (22) an einer Vorderseite (26) des Fahrzeugs (12) angeordnet sind.
Fahrzeugkolonne (10) mit einer Mehrzahl Fahrzeuge (12), wobei die Fahrzeuge (12) der Fahrzeugkolonne (10) ausgeführt sind, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, und jedes der Fahrzeuge (12) einen zusätzlichen Ultraschall-Signalgeber (28) aufweist, der gegenüber der Sensorseite (26) angeordnet ist, und ausgeführt ist, als Drittfahrzeug (12) Ultraschallsignale (42) mit dem Ultraschall-Signalgeber (28) mit einem vorgegebenen Öffnungswinkel (α) abzustrahlen.
Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Steuerungseinheit (20) eines Fahrunterstützungssystems (18) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 ausgeführt wird.