DE102019128910A1

DE102019128910A1 - Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem, Verfahren zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs und Speichermedium zum Ausführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102019128910A1
Application number: DE102019128910.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Liebau; Christoph Mersmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug. Das Fahrassistenzsystem umfasst eine Erkennungseinheit, die eingerichtet ist, um ein bevorstehendes Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn mit einer Kurvenfahrt zu erkennen; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter einen Zeitpunkt und/oder eine Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs zu bestimmen, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich einem ersten Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich einem zweiten Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.

Description

Die Offenbarung betrifft ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem, ein Verfahren zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs und ein Speichermedium zum Ausführen des Verfahrens. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere ein optimales und automatisches Abfahren an Autobahnausfahrten oder sonstigen Straßen mit Abfahrtsmöglichkeit, um einen Energieverbrauch und Schadstoffausstoß des Fahrzeugs zu minimieren.
Stand der Technik
Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren gewinnen stetig an Bedeutung. Beim automatisierten Fahren kann es sich um ein zeitlich längeres Fahren beispielsweise auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Ein solches Fahrassistenzsystem verwendet Kartendaten und Daten von Sensorsystemen des Fahrzeugs, um das Fahrzeug zu steuern.
Zudem ist es ein stetiges Bestreben, einen Energieverbrauch und Schadstoffausstoß von Fahrzeugen zu reduzieren. Durch ineffiziente Fahrmanöver kann sowohl der Energieverbrauch als auch der Schadstoffausstoß jedoch ansteigen. Zudem können ineffiziente Fahrmanöver ein Sicherheitsrisiko für das Fahrzeug und/oder andere Verkehrsteilnehmer darstellen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrassistenzsystem, ein Verfahren zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs und ein Speichermedium zum Ausführen des Verfahrens anzugeben, die einen Energieverbrauch des Fahrzeugs reduzieren können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, angegeben. Das Fahrassistenzsystem umfasst eine Erkennungseinheit, die eingerichtet ist, um ein bevorstehendes Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn mit einer Kurvenfahrt zu erkennen; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter einen Zeitpunkt und/oder eine Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs zu bestimmen, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Erfindungsgemäß wird beim Abfahren von einer Fahrbahn automatisch ein optimales Fahrverhalten auf Basis der Fahrzeugeigenschaften sowie der gegebenen Topologie unter Einbeziehung der Witterungsverhältnisse vorausberechnet und ausgeführt. Hierdurch kann ein ineffizientes Abbremsverhalten seitens eines Fahrers, der mit dem Fahrzeug zum Beispiel auf eine Kurve einer Autobahnabfahrt zufährt, vermieden werden. Insbesondere kann ein unnötig starkes Beschleunigungsverhalten seitens des Fahrers bzw. der Fahrerin beim Befahren einer Steigung oder beim Überholen auf der Autobahn vor dem Anfahren einer Autobahnabfahrt verhindert werden.
Hierdurch können ein Energieverbrauch des Fahrzeugs reduziert und ein Passagierkomfort maximiert werden. Zudem kann ein Sicherheitsrisiko durch ineffiziente manuelle Fahrmanöver minimiert werden. Des Weiteren wird durch das automatisierte Abfahren ein Fahren im Schwarm bzw. im Echtzeitverkehr im direkten Umfeld ermöglicht. Zudem kann eine Steigerung des automatisierten Fahrens und/oder eine Sicherheitsverbesserung in der Kurvenfahrt ermöglicht werden. In einer Ausführungsform lässt sich neben dem autonomen Fahren bestehend aus dem Lenk-, Beschleunigungs- und Bremsmanöver das System auch teilautonom realisieren, indem das System die Längsbeschleunigung reguliert und ein Fahrer die Lenkbewegung ausführt.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erfolgt ein automatisches Rückberechnen des frühestmöglichen Zeitpunkts des Ausrollens. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass eine maximale Kurvengeschwindigkeit (z.B. obere Begrenzung und/oder Haftungsgrenze, maximale Querbeschleunigung) und/oder eine minimale Kurvengeschwindigkeit (um beispielsweise eine Ausfahrt mit Steigung zu erklimmen, um eine maximale Beschleunigung bei Gefälle nicht zu überschreien oder beim Transport von empfindlichen Gütern) noch gewährleistet wird. Hierzu können Randbedingungen für einen Startzeitpunkt und/oder eine Start-GPS-Koordinate (Weg) des Ausrollens/Segelns zurückberechnet werden, um im Ergebnis eine gewünschte Kurvenendgeschwindigkeit zu erreichen bzw. und/oder maximale Kurvenquerbeschleunigung nicht zu überschreiten. Anhand von Fahrzeugeigenschaften, Topologie und Witterung lässt sich ein Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil entlang der drei Fahrzeugachsen längs, quer, und vertikal vorausberechnen.
Der Ausdruck „Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn“, wie er im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, bezieht sich auf ein Verlassen der Fahrbahn, wie zum Beispiel einer Autobahn. Insbesondere kann das Ausfahrtmanöver ein Abfahren von einer Autobahn sein, insbesondere über einen Verzögerungsstreifen. Die Ausfahrt umfasst dabei mindestens eine Kurve, die das Fahrzeug nehmen muss. Die Kurve weist dabei einen Kurvenverlauf mit einer zumindest abschnittsweisen konstanten und/oder variablen Krümmung auf. In Grenzfällen kann die Kurve als Verkörperung der Ausfahrt auch zu einer geraden Strecke entarten, ohne den Ausdruck „Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn“ oder die vorliegenden Ansprüche die sich auf den Begriff „Kurve“ beziehen zu beschränken.
Die Erkennungseinheit und die Prozessoreinheit können in einem gemeinsamen Software- und/oder Hardware-Modul realisiert sein. Alternativ dazu können die Erkennungseinheit und die Prozessoreinheit jeweils in getrennten Software- und/oder Hardware-Modulen realisiert sein.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Prozessoreinheit weiter eingerichtet, um vor dem Ausrollen des Fahrzeugs zum Abfahren von der Fahrbahn einen Beschleunigungsvorgang und/oder wenigstens einen Überholvorgang auszuführen. Beispielsweise erfolgt der Beschleunigungsvorgang vor dem Überholvorgang oder vor einem Befahren einer Steigung, die an der Abfahrt vorhanden sein kann.
Der Überholvorgang kann dabei wenigstens einen Spurwechsel umfassen. Insbesondere kann die Fahrbahn zwei oder mehr Spuren aufweisen, wobei das (Ego-)Fahrzeug einen Spurwechsel von einer ersten Spur auf eine zweite Spur ausführen kann, um wenigstens ein Fremdfahrzeug zu überholen. Anschließend kann mittels eines weiteren Spurwechsels von der zweiten Spur zurück auf die erste Spur gewechselt und dann das Ausfahrtmanöver begonnen werden. Insbesondere kann die erste Spur an die Abfahrt von der Fahrbahn angrenzen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, um für das Überholmanöver einen Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs auszuführen, an den sich das Ausrollen des Fahrzeugs anschließt. Der Begriff „Beschleunigungsvorgang“ bezieht sich hierbei auf eine positive Beschleunigung, also auf ein schneller werden des Fahrzeugs entweder durch eigene Beschleunigung über den Antrieb oder durch schneller werden aufgrund eines Gefälles. Die Beschleunigung kann dabei so gewählt sein, dass ein optimales Abfahren von der Fahrbahn ermöglicht wird. Insbesondere kann die Beschleunigung stark genug sein, um den Überholvorgang vor dem Erreichen der Abfahrt beenden zu können. Zudem kann die Beschleunigung gering genug sein, um den Überholvorgang auf das Abfahren von der Fahrbahn abzustimmen. Hierdurch kann eine zu starke Beschleunigung vermieden werden, wodurch Energie und Emissionen gespart und ein Passagierkomfort maximiert werden kann.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, um das Überholmanöver derart auszuführen, dass beim anschließenden Ausrollen des Fahrzeugs die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich dem ersten Schwellwert und am Ende der Kurvenfahrt gleich dem zweiten Schwellwert ist. Anders gesagt kann das Überholmanöver auf das Abfahren von der Fahrbahn abgestimmt sein, so dass ein minimaler Energieverbrauch und ein maximaler Passagierkomfort ermöglicht werden können.
Vorzugsweise ist die Erkennungseinheit weiter eingerichtet, um einen nachfolgenden und/oder vorausfahrenden Verkehr zu erkennen. Insbesondere ist die Erkennungseinheit eingerichtet, um Fahrzeuge in Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug zu erkennen. Hierzu kann das Fahrzeug eine Umgebungssensorik umfassen, die eingerichtet ist, um Umfelddaten des Fahrzeugs zu erfassen.
Vorzugsweise umfasst die Umgebungssensorik wenigstens ein LiDAR-System und/oder wenigstens ein Radar-System und/oder wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Ultraschall-System und/oder ein anders geartetes Car-to-Car-Kommunikationssystem (z.B. WLAN). Die Umgebungssensorik kann die Umfelddaten (auch als „Umgebungsdaten“ bezeichnet) bereitstellen, die einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs abbilden.
Vorzugsweise ist die Erkennungseinheit eingerichtet, um eine Überholabsicht des nachfolgenden Verkehrs zu erkennen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit weiter eingerichtet, um das Ausrollen und/oder das Überholmanöver und/oder den Beschleunigungsvorgang unter Berücksichtigung des nachfolgenden Verkehrs durchzuführen. Wenn beispielsweise ein (spontan) ausscherendes Fahrzeug erkannt wird, kann ein aktives Abbremsen oder Beschleunigen erfolgen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Fremdfahrzeuge bei der Bestimmung der optimalen Fahrstrategie für die Abfahrt von der Fahrbahn berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Streckenparameter aus der Gruppe ausgewählt, die wenigstens einen Verkehrsparameter, wenigstens einen Kartenparameter, wenigstens einen Umgebungsparameter und wenigstens einen Umweltparameter umfasst, oder die daraus besteht.
Der wenigstens eine Verkehrsparameter kann zum Beispiel andere Verkehrsteilnehmer betreffen, wie eine Verkehrsdichte. Der wenigstens eine Kartenparameter kann zum Beispiel einen Streckenverlauf, und insbesondere den Kurvenverlauf der Abfahrt, eine maximal erlaubte Geschwindigkeit auf der Abfahrt, eine Fahrbahngeometrie, eine Topografie (z.B. Steigung), etc. angeben. Der wenigstens eine Umgebungsparameter kann auf Umgebungsdaten einer Umgebungssensorik des Fahrzeugs basieren, wie zum Beispiel einer Position anderer Verkehrsteilnehmer, ein Spurverlauf der Fahrbahn, etc. Der wenigstens eine Umweltparameter kann eine Witterungsbedingung, ein Klima, ein Fahrbahnzustand (z.B. nass, trocken, vereist), etc. sein.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Fahrzeugparameter aus der Gruppe ausgewählt, die wenigstens einen Fahrzeugkomponenten-Zustandsparameter, eine Bremsleistung, einen Beladungszustand (z.B. Gewicht, Art der Beladung, Gemüt, etc.), maximale G-Kräfte in Längsrichtung und/oder Querrichtung umfasst, oder die daraus besteht. Der wenigstens eine Fahrzeugkomponenten-Zustandsparameter kann zum Beispiel ein Luftdruck (über ein Reifendruckkontrollsystem), eine Abnutzung eines Reifens, ein aktueller Reibwert eines Reifens, eine Motorkraft, ein Drehmoment an den Achsen, etc. sein.
Ergänzend oder alternativ zum wenigstens einen Streckenparameter und wenigstens einen Fahrzeugparameter können für das Bestimmen des Zeitpunkts und/oder der Position für den Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs wenigstens ein Fahrerparameter (z.B. ein Gemütszustand, ein Empfindlichkeitsparameter für Reisekrankheit / Motion Sickness bezüglich Beschleunigungen, vor allem bezüglich sich überlagernder Beschleunigungsrichtungen), GPS-Daten (z.B. einen Verkehr betreffend), Car-to-Car (V2V) und Car-to-X (V2X) zum Abfragen einer Fahrzeugkolonnen voraus, die nicht durch eine Stereokamera ersichtlich sind (z.B. bei Kolonnenfahrten), etc. verwendet werden.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Fahrzeug umfasst das Fahrassistenzsystem gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
Vorzugsweise ist das Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren eingerichtet. Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln.
Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012).
Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich.
Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuer eines Fahrzeugs angegeben. Das Verfahren umfasst ein Erkennen eines bevorstehenden Ausfahrtmanövers von einer Fahrbahn mit einer Kurvenfahrt; und ein Bestimmen, basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter, eines Zeitpunkts und/oder einer Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Das Verfahren kann die Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Fahrassistenzsystems implementieren.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt ist ein Speichermedium angegeben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
2 ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs von einer Fahrbahn gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
3 ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs von einer Fahrbahn gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
4 ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs von einer Fahrbahn gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
5 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt schematisch ein Fahrassistenzsystem 100 für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Fahrzeug umfasst das Fahrassistenzsystem 100, das zum automatisierten Fahren eingerichtet sein kann. Beim automatisierten Fahren erfolgt die Längs- und Querführung des Fahrzeugs automatisch. Das Fahrassistenzsystem 100 übernimmt also die Fahrzeugführung. Hierzu steuert das Fahrassistenzsystem 100 den Antrieb 20, das Getriebe 22, die hydraulische oder elektrische Betriebsbremse 24 und die Lenkung 26 über nicht dargestellte Zwischeneinheiten.
Zur Planung und Durchführung des automatisierten Fahrens werden Umfeldinformationen einer Umfeldsensorik, die das Fahrzeugumfeld beobachtet, vom Fahrerassistenzsystem 100 entgegengenommen. Insbesondere kann das Fahrzeug wenigstens einen Umgebungssensor 12 umfassen, der zur Aufnahme von Umgebungsdaten, die das Fahrzeugumfeld angeben, eingerichtet ist. Der wenigstens eine Umgebungssensor 12 kann beispielsweise ein LiDAR-System, ein oder mehrere Radar-Systeme und/oder eine oder mehrere Kameras umfassen.
Das Fahrassistenzsystem 100 umfasst eine Erkennungseinheit 110, die eingerichtet ist, um ein bevorstehendes Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn mit einer Kurvenfahrt zu erkennen; und eine Steuereinheit 120, die eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter einen Zeitpunkt und/oder eine Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs zu bestimmen, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich einem ersten Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich einem zweiten Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Insbesondere kann ein automatisches Rückberechnen des frühestmöglichen Zeitpunkts des Ausrollens bzw. Segelns erfolgen. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass eine maximale Kurvengeschwindigkeit (z.B. obere Begrenzung und/oder Haftungsgrenze) und/oder eine minimale Kurvengeschwindigkeit (um beispielsweise eine Ausfahrt mit Steigung zu erklimmen oder beim Transport von empfindlichen Gütern) oder eine maximale Kurvengeschwindigkeit (um beispielsweise eine abschüssige Ausfahrt unter Wahrung der Haftungsgrenze) noch gewährleistet wird. Hierzu können Randbedingungen für einen Startzeitpunkt und/oder eine Start-GPS-Koordinate (Weg) des Ausrollens/Segelns zurückberechnet werden, um im Ergebnis eine gewünschte Kurvenendgeschwindigkeit und/oder Kurvenquerbeschleunigung zu erreichen.
Die Erkennungseinheit 110 kann das bevorstehende Ausfahrtmanöver zum Beispiel basierend auf Navigationsdaten und/oder Kartendaten und/oder Umgebungsdaten der Umgebungssensorik 12 ableiten.
In einigen Ausführungsformen ist der wenigstens eine Streckenparameter aus der Gruppe ausgewählt, die wenigstens einen Verkehrsparameter, wenigstens einen Kartenparameter, wenigstens einen Umgebungsparameter und wenigstens einen Umweltparameter umfasst, oder die daraus besteht.
Der wenigstens eine Verkehrsparameter kann zum Beispiel andere Verkehrsteilnehmer betreffen, wie eine Verkehrsdichte. Der wenigstens eine Kartenparameter kann zum Beispiel einen Streckenverlauf, und insbesondere den Kurvenverlauf der Abfahrt, eine maximal erlaubte Geschwindigkeit auf der Abfahrt, eine Fahrbahngeometrie, eine Topografie (z.B. Steigung), etc. angeben. Der wenigstens eine Umgebungsparameter kann auf Umgebungsdaten einer Umgebungssensorik des Fahrzeugs basieren, wie zum Beispiel einer Position anderer Verkehrsteilnehmer, ein Spurverlauf der Fahrbahn, etc. Der wenigstens eine Umweltparameter kann eine Witterungsbedingung, ein Klima, ein Fahrbahnzustand (z.B. nass, trocken, vereist), etc. sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der wenigstens eine Fahrzeugparameter aus der Gruppe ausgewählt, die wenigstens einen Fahrzeugkomponenten-Zustandsparameter, eine Bremsleistung, einen Beladungszustand (z.B. Gewicht, Art der Beladung, Gemüt, etc.), maximale G-Kräfte in Längsrichtung und/oder Querrichtung umfasst, oder die daraus besteht. Der wenigstens eine Fahrzeugkomponenten-Zustandsparameter kann zum Beispiel ein Luftdruck (über ein Reifendruckkontrollsystem), eine Abnutzung eines Reifens, ein aktueller Reibwert eines Reifens, eine Motorkraft, ein Drehmoment an den Achsen, etc. sein.
Ergänzend oder alternativ zum wenigstens einen Streckenparameter und wenigstens einen Fahrzeugparameter können für das Bestimmen des Zeitpunkts und/oder der Position für das Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs wenigstens ein Fahrerparameter (z.B. ein Gemütszustand, Empfindlichkeit für Reisekrankheit / Motion Sickness, etc.), GPS-Daten (z.B. einen Verkehr betreffend), Car-to-Car (V2V) und Car-to-X (V2X) zum Abfragen einer Fahrzeugkolonnen voraus, die nicht durch eine Stereokamera ersichtlich sind (z.B. bei Kolonnenfahrten), etc. verwendet werden.
2 zeigt ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs 1 von einer Fahrbahn 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf die 2 ist ein Abfahren des Fahrzeugs 1 von der Fahrbahn 200 dargestellt. Die Fahrbahn 200 kann eine Autobahn oder eine Landstraße sein und weist im Beispiel der 2 zwei Spuren auf. Das Fahrzeug 1 fährt auf eine Abfahrt 210 auf und bewegt sich dabei entlang einer Trajektorie 2.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird ein Zeitpunkt und/oder eine Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs 1 bestimmt. Der Zeitpunkt bzw. die Position ist in der 2 mit dem Pfeil C angedeutet. Auf der rechten Seite der Fahrbahn ist ein beispielhafter Punkt C dargestellt, und auf der linken Seite der Fahrbahn ist eine Vielzahl von alternativen Punkten C angedeutet. Der Punkt C kann an jeder geeigneten Position auf der Trajektorie des Fahrzeugs 1 vor dem Punkt B, d.h. dem Beginn der Kurve, liegen. Im Grenzfall kann der Punkt C mit dem Punkt B zusammenfallen.
Der Zeitpunkt bzw. die Position für den Beginn des Ausrollens des Fahrzeugs 1 wird dabei derart bestimmt, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu Beginn der Kurvenfahrt (mit dem Pfeil B angedeutet) gleich einem ersten Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt (mit dem Pfeil A angedeutet) gleich einem zweiten Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist. Anders gesagt erfolgt eine Rückrechnung entlang der Trajektorie, also entlang A → B → C, um den optimalen Zeitpunkt bzw. die optimale Position für den Beginn des Ausrollens zu bestimmen.
Der zweite Schwellwert kann in einem bestimmten Bereich flexibel festgelegt werden, um in Abhängigkeit insbesondere des wenigstens einen Streckenparameters und des wenigstens einen Fahrzeugparameters am Ende der Kurvenfahrt eine Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend dem zweiten Schwellwert zu erreichen. Beispielsweise kann der zweite Schwellwert fest vorgegeben sein. Der bestimmte Bereich für den ersten Schwellwert kann dabei derart festgelegt sein, um eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt in einem sicheren Bereich zu halten.
Der Begriff „Ausrollen“ bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf einen Zustand, in dem kein Gas gegeben wird und auch kein aktives Bremsen zum Beispiel mit einer hydraulischen oder andersartig betriebenen Bremse erfolgt. Lediglich die Motorbremse kann während des Ausrollens wirken. Das Ausrollen wird auch als „Segeln“ bezeichnet.
Der Beginn der Kurvenfahrt kann an einer Position definiert sein, an der die Ausfahrt 210 beginnt (siehe Pfeil B in der 2). Alternativ kann der Beginn der Kurvenfahrt an einer Position definiert sein, an der das Fahrzeug eine initiale Lenkbewegung ausführt, um der Kurve zu folgen. Eine solche Position kann dabei vor oder nach dem Beginn der Ausfahrt 210 sein.
Am Beginn der Kurvenfahrt kann eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Querbeschleunigungsschwellwert sein. Der vorbestimmte Querbeschleunigungsschwellwert kann derart festgelegt sein, dass ein sicheres Durchfahren der Kurve mit dem Ausrollen möglich ist. Insbesondere kann der vorbestimmte Querbeschleunigungsschwellwert von einer Fahrbahngeometrie, Krümmung der Kurve, Steigung der Ausfahrt, Fahrzeugparameter (z.B. Ausrollverhalten), etc. abhängen.
Das Ende der Kurvenfahrt kann an einer Position definiert sein, an der die Ausfahrt 210 endet (siehe Pfeil A in der 2). Alternativ kann das Ende der Kurvenfahrt an einer Position definiert sein, an der das Fahrzeug auf einen geraden Streckenabschnitt ausführt. Eine solche Position kann dabei vor oder nach dem Ende der Ausfahrt 210 sein. Am Ende der Kurvenfahrt entspricht eine Restgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen dem zweiten Schwellwert. Das Ende der Kurvenfahrt kann zum Beispiel am Beginn einer Geschwindigkeitsbegrenzung nach der Ausfahrt sein, wie zum Beispiel an einem Ortsschild. Beispielsweise kann der zweite Schwellwert 50 km/h sein.
Die Kurve der Ausfahrt 210 kann dabei eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Krümmung aufweisen. Zudem kann die Kurve der Ausfahrt 210 im Wesentlichen gerade Teilabschnitte aufweisen, beispielswiese bei einem Krümmungswechsel und/oder am Anfang der Kurvenfahrt und/oder am Ende der Kurvenfahrt. Anders gesagt ist der Begriff „Kurvenfahrt“ nicht streng auf einen Abschnitt mit einer Krümmung beschränkt.
Der Beginn der Kurvenfahrt, das Ende der Kurvenfahrt, der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert können auf jede Weise geeignet festgelegt werden, um ein sicheres Durchfahren der Kurve ohne aktives Bremsen während der Kurvenfahrt sowie ohne aktives Beschleunigen während der Kurvenfahrt zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Beginn des Ausrollens derart festgelegt werden, dass zum einen die Querbeschleunigung während der Kurvenfahrt in einem sicheren Bereich liegt und die Restgeschwindigkeit am Ende der Kurvenfahrt 50km/h beträgt, ohne dass ein aktives Bremsen oder Beschleunigen erfolgt. Hierdurch kann insbesondere ein Energieverbrauch des Fahrzeugs minimiert werden.
3 zeigt ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs 1 von einer Fahrbahn 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen ist die wenigstens eine Prozessoreinheit weiter eingerichtet, um vor dem Ausrollen des Fahrzeugs 1 zum Ausfahren von der Fahrbahn 200 einen Beschleunigungsvorgang und/oder wenigstens einen Überholvorgang auszuführen. Beispielsweise erfolgt der Beschleunigungsvorgang vor dem Überholvorgang und/oder vor einem Befahren einer Steigung. Die Steigung kann an oder auf der Abfahrt 210 vorhanden sein. Insbesondere kann vor dem Ausrollen aktiv beschleunigt werden, um am Beginn der Ausfahrt 210 den ersten Schwellwert zu erreichen, der aufgrund der Steigung höher sein kann als in einem Fall ohne Steigung.
Wie in 3 beispielhaft dargestellt, kann der Überholvorgang wenigstens einen Spurwechsel umfassen. Insbesondere kann die Fahrbahn 200 zwei oder mehr Spuren aufweisen, wobei das (Ego-)Fahrzeug 1 einen Spurwechsel von einer ersten (z.B. rechten) Spur auf eine zweite (z.B. linke) Spur ausführen kann, um wenigstens ein Fremdfahrzeug 3 zu überholen. Anschließend kann mittels eines weiteren Spurwechsels von der zweiten Spur zurück auf die erste Spur gewechselt und dann das Ausfahrtmanöver begonnen werden. Insbesondere kann die erste Spur an die Abfahrt 210 von der Fahrbahn 200 angrenzen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit eingerichtet, um für das Überholmanöver einen Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs 1 auszuführen, an den sich das Ausrollen des Fahrzeugs 1 anschließt. Die Beschleunigung kann dabei so gewählt sein, dass ein optimales Abfahren von der Fahrbahn 200 ermöglicht wird. Insbesondere kann die Beschleunigung stark genug sein, um den Überholvorgang vor dem Erreichen der Abfahrt 210 beenden zu können. Zudem kann die Beschleunigung gering genug sein, um den Überholvorgang auf das Abfahren von der Fahrbahn 200, und insbesondere den ersten Schwellwert und den zweiten Schwellwert abzustimmen. Hierdurch kann eine zu starke Beschleunigung vermieden werden, wodurch Energie gespart und ein Passagierkomfort maximiert werden kann.
Insbesondere ist die Steuereinheit eingerichtet, um das Überholmanöver derart auszuführen, dass beim anschließenden Ausrollen des Fahrzeugs 1 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu Beginn der Kurvenfahrt gleich dem ersten Schwellwert und am Ende der Kurvenfahrt gleich dem zweiten Schwellwert ist. Der erste Schwellwert und/oder der zweite Schwellwert können in einem vorbestimmten Rahmen flexibel sein, um ein Erfüllen aller Randbedingungen (z.B. erster Schwellwert, zweiter Schwellwert, etc.) in der vorliegenden Situation (Steigung, Querbeschleunigung, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Fahrzeugverhalten etc.) zu ermöglichen.
Auf der rechten Seite der Fahrbahn ist ein beispielhafter Punkt C für den Beginn des Segelns dargestellt, und auf der linken Seite der Fahrbahn ist eine Vielzahl von alternativen Punkten C angedeutet. Der Punkt C kann an jeder geeigneten Position auf der Trajektorie des Fahrzeugs 1 vor dem Punkt B, d.h. dem Beginn der Kurve, liegen. Im Grenzfall kann der Punkt C mit dem Punkt B zusammenfallen, wonach der Ausrollstartpunkt mit dem Kurvenanfang zusammenfällt. Dieser kann aber auch zu jedem anderen Zeitpunkt entlang der Trajektorie des Überholmanövers liegen, frühestens jedoch vor dem Beginn des Überholmanövers.
4 zeigt ein automatisiertes Abfahren eines Fahrzeugs 1 von einer Fahrbahn 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen ist die Erkennungseinheit weiter eingerichtet, um einen nachfolgenden Verkehr zu erkennen. Insbesondere ist die Erkennungseinheit eingerichtet, um Fahrzeuge 4 in Fahrtrichtung hinter dem Fahrzeug 1 zu erkennen. Optional ist die Erkennungseinheit eingerichtet, um eine Überholabsicht des nachfolgenden Verkehrs zu erkennen.
Hierzu kann das Fahrzeug 1 eine Umgebungssensorik umfassen, die eingerichtet ist, um Umfelddaten des Fahrzeugs zu erfassen. Vorzugsweise umfasst die Umgebungssensorik wenigstens ein LiDAR-System und/oder wenigstens ein Radar-System und/oder wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Ultraschall-System. Die Umgebungssensorik kann die Umfelddaten (auch als „Umgebungsdaten“ bezeichnet) bereitstellen, die einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs abbilden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um das Ausrollen und/oder das Überholmanöver und/oder den Beschleunigungsvorgang unter Berücksichtigung des nachfolgenden Verkehrs durchzuführen. Wenn beispielsweise ein (spontan) ausscherendes Fahrzeug erkannt wird, kann ein aktives Abbremsen oder Beschleunigen erfolgen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Fremdfahrzeuge 4 bei der Bestimmung der optimalen Fahrstrategie für die Abfahrt 210 von der Fahrbahn 200 berücksichtigt werden.
Auf der rechten Seite der Fahrbahn ist ein beispielhafter Punkt C für den Beginn des Segelns dargestellt, und auf der linken Seite der Fahrbahn ist eine Vielzahl von alternativen Punkten C angedeutet. Der Punkt C kann an jeder geeigneten Position auf der Trajektorie des Fahrzeugs 1 vor dem Punkt B, d.h. dem Beginn der Kurve, liegen. Im Grenzfall kann der Punkt C mit dem Punkt B zusammenfallen, wonach der Ausrollstartpunkt mit dem Kurvenanfang zusammenfällt. Dieser kann aber auch zu jedem anderen Zeitpunkt entlang der Trajektorie des Überholmanövers liegen, frühestens jedoch vor dem Beginn des Überholmanövers.
In einigen Ausführungsformen ist es möglich, dass aufgrund der geringeren Differenzgeschwindigkeit eines sich von hinten annähernden Fahrzeugs 4 zum (Ego)Fahrzeug 1 sowie ausreichendem Abstand keine zusätzliche Beschleunigung des (Ego)Fahrzeugs notwendig wird, so dass ein Segeln mit restlicher Differenzgeschwindigkeit zum Überholen des Fahrzeugs 3 ausreicht. In diesem Fall kann der Punkt C hinter dem zu überholenden Fahrzeug 3 liegen.
5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 500 zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Verfahren 500 umfasst im Block 510 ein Erkennen eines bevorstehenden Ausfahrtmanövers von einer Fahrbahn mit mindestens einer Kurvenfahrt; und im Block 520 ein Bestimmen, basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter, eines Zeitpunkts und/oder einer Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Erfindungsgemäß wird beim Abfahren von einer Fahrbahn automatisch ein optimales Fahrverhalten berechnet und ausgeführt. Hierdurch kann ein ineffizientes Abbremsverhalten (wenn zu spät ausgerollt wird) oder ein ineffizientes Beschleunigungsverhalten (wenn zu früh ausgerollt wird) seitens eines Fahrers, der mit dem Fahrzeug zum Beispiel auf eine Kurve einer Autobahnabfahrt zufährt, vermieden werden. Insbesondere kann ein unnötig starkes Beschleunigungsverhalten seitens des Fahrers bzw. der Fahrerin beim Befahren einer Steigung oder beim Überholen auf der Autobahn vor dem Anfahren einer Autobahnabfahrt verhindert werden. Hierdurch können ein Energieverbrauch des Fahrzeugs reduziert und ein Passagierkomfort maximiert werden. Zudem kann ein Sicherheitsrisiko durch ineffiziente manuelle Fahrmanöver minimiert werden. Des Weiteren wird durch das automatisierte Abfahren ein Fahren im Schwarm bzw. im Echtzeitverkehr im direkten Umfeld ermöglicht. Zudem kann eine Steigerung des automatisierten Fahrens und/oder eine Sicherheitsverbesserung in der Kurvenfahrt ermöglicht werden.

Claims

Fahrassistenzsystem (100) für ein Fahrzeug (1), umfassend: eine Erkennungseinheit (110), die eingerichtet ist, um ein bevorstehendes Ausfahrtmanöver von einer Fahrbahn (200) mit einer Kurvenfahrt zu erkennen; und eine Steuereinheit (120), die eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter einen Zeitpunkt und/oder eine Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs (1) zu bestimmen, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) zu Beginn der Kurvenfahrt gleich einem ersten Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich einem zweiten Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Steuereinheit (120) weiter eingerichtet ist, um vor dem Ausrollen des Fahrzeugs (1) zum Abfahren von der Fahrbahn (200) einen Beschleunigungsvorgang und/oder einen Überholvorgang auszuführen.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (120) eingerichtet ist, um für das Überholmanöver einen Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs (1) auszuführen, an den sich das Ausrollen des Fahrzeugs (1) anschließt.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinheit (120) eingerichtet ist, um das Überholmanöver derart auszuführen, dass beim anschließenden Ausrollen des Fahrzeugs (1) die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) zu Beginn der Kurvenfahrt gleich dem ersten Schwellwert und am Ende der Kurvenfahrt gleich dem zweiten Schwellwert ist.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erkennungseinheit (110) weiter eingerichtet ist, um einen nachfolgenden Verkehr und/oder vorausfahrenden Verkehr zu erkennen, insbesondere wobei die Erkennungseinheit (110) eingerichtet ist, um eine Überholabsicht des nachfolgenden Verkehrs zu erkennen.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (120) weiter eingerichtet ist, um das Ausrollen und/oder das Überholmanöver und/oder den Beschleunigungsvorgang unter Berücksichtigung des nachfolgenden Verkehrs durchzuführen.
Das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Streckenparameter aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wenigstens einem Verkehrsparameter, wenigstens einem Kartenparameter, wenigstens einem Umgebungsparameter und wenigstens einem Umweltparameter besteht, und/oder wobei der wenigstens eine Fahrzeugparameter aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wenigstens einem Fahrzeugkomponenten-Zustandsparameter, einer Bremsleistung, einem Beladungszustand und maximalen G-Kräfte in Längsrichtung und/oder Querrichtung besteht.
Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend das Fahrassistenzsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren (500) zum automatisierten Steuern eines Fahrzeugs, umfassend Erkennen eines bevorstehenden Ausfahrtmanövers von einer Fahrbahn mit einer Kurvenfahrt; und Bestimmen, basierend auf wenigstens einem Streckenparameter und wenigstens einem Fahrzeugparameter, eines Zeitpunkts und/oder einer Position für einen Beginn eines Ausrollens des Fahrzeugs, so dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn der Kurvenfahrt gleich einem ersten Schwellwert ist und am Ende der Kurvenfahrt gleich einem zweitem Schwellwert ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Speichermedium, umfassend ein Software-Programm, das eingerichtet ist, um auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden, und um dadurch das Verfahren gemäß Anspruch 9 auszuführen.