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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug Seitenwinden, insbesondere Windböen, ausgesetzt sein kann.
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Ein Fahrzeug kann ggf. automatisiert entlang einer Fahrbahn geführt werden. Dabei kann das Fahrzeug äußeren Störeinflüssen, insbesondere Windböen, ausgesetzt sein, durch die die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs beeinflusst wird.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders sichere, insbesondere automatisierte, Längs- und/oder Querführung eines Fahrzeugs bei Vorliegen von möglichen Seitenwinden zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines (Kraft-) Fahrzeugs bei Seitenwind beschrieben. Der Seitenwind, insbesondere eine Komponente des Seitenwinds, kann dabei quer zu der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn verlaufen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das Fahrzeug automatisiert längs- und/oder querzuführen, insbesondere gemäß SAE-Level 3 oder höher. Mit anderen Worten, das Fahrzeug kann ein teil-, voll- oder hoch-automatisiert fahrendes Fahrzeug sein.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, einen durch Seitenwind verursachten, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden, Gefahrenbereich zu prädizieren. Der Gefahrenbereich kann z.B. eine bestimmte Zeitdauer (etwa 2 Sekunden oder mehr) oder eine bestimmte Fahrstrecke (etwa 50 Meter oder mehr) vor Erreichen des Gefahrenbereichs erkannt werden. Der vorausliegende Gefahrenbereich kann z.B. prädiziert werden, auf Basis von: Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren (etwa einer Kamera oder einem Radarsensor) des Fahrzeugs; einer digitalen Karte in Bezug auf das von dem Fahrzeug befahrene Fahrbahnnetz (in der z.B. Gefahrenbereiche als Kartenattribute verzeichnet sind); und/oder einer Datennachricht in Bezug auf den Gefahrenbereich, die von einer Fahrzeug-externen Einheit (z.B. von einem Backend-Server) gesendet wurde.
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Der Prädiktionshorizont (d.h. die bestimmte Zeitdauer und/oder die bestimmte Fahrstrecke) kann von den Daten abhängen, die für die Prädiktion des Gefahrenbereichs verwendet werden. Beispielsweise ermöglicht die Verwendung der digitalen Karte typischerweise einen größeren Prädiktionshorizont (z.B. von mehreren Kilometern) als die alleinige Verwendung der Umfelddaten.
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Es kann somit bereits vor Erreichen eines Gefahrenbereichs erkannt werden, dass in dem vorausliegenden Gefahrenbereich (zumindest mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit, etwa von 50% oder mehr) Seitenwinde auf das Fahrzeug einwirken werden. Der Gefahrenbereich kann sich dabei über eine bestimmte Fahrstrecke erstrecken. Ferner kann ggf. auch die Richtung des Seitenwindes prädiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann Windinformation in Bezug auf die Windgeschwindigkeit des Seitenwindes in dem Gefahrenbereich ermittelt werden (z.B. auf Basis einer vom Fahrzeug empfangenen Datennachricht und/oder auf Basis der Umfelddaten).
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Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, das Fahrverhalten des Fahrzeugs vorausschauend in Bezug auf den prädizierten Gefahrenbereich anzupassen. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs kann insbesondere auf das Durchfahren des prädizierten Gefahrenbereichs vorbereitet werden, um ein besonders sicheres Durchfahren des Gefahrenbereichs zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Startpunkt des prädizierten Gefahrenbereichs zu ermitteln. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs kann dann bereits vor Erreichen des Startpunkts des prädizierten Gefahrenbereichs angepasst werden, um das Fahrzeug auf die Durchfahrt durch den prädizierten Gefahrenbereich vorzubereiten. So kann ein besonders komfortables und sicheres Fahren bei Seitenwind ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass das Fahrzeug bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs in einem Segelbetrieb betrieben wird. Dabei kann während des Segelbetriebs der Antrieb des Fahrzeugs von den ein oder mehreren (Antriebs-) Rädern des Fahrzeugs entkoppelt sein.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, zu bewirken, dass das Fahrzeug bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs in einen Modus versetzt wird und/oder in einem Modus betrieben wird, bei dem die auf ein (Antriebs-) Rad des Fahrzeugs wirkende Kraft in Längsrichtung des Fahrzeugs reduziert, insbesondere minimiert, wird (im Vergleich zu der Kraft in Längsrichtung vor Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich).
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Antrieb (insbesondere den Antriebsmotor) des Fahrzeugs derart zu betreiben, dass bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs im Wesentlichen kein in Längsrichtung (des Fahrzeugs) wirkendes Moment an den ein oder mehreren Rädern, insbesondere an den ein oder mehreren Antriebsrädern, des Fahrzeugs anliegt. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Antrieb (insbesondere den Antriebsmotor) des Fahrzeugs derart zu betreiben, dass bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs das von dem Antrieb des Fahrzeugs bewirkte Antriebsmoment das durch den Fahrwiderstand bewirkte Bremsmoment um höchstens 10%, insbesondere um höchstens 5%, übersteigt. Mit anderen Worten, es kann bewirkt werden, dass das Antriebsmoment im Wesentlichen dem durch den Fahrwiderstand bewirkten Bremsmoment entspricht.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, den Antrieb (insbesondere den Antriebsmotor) des Fahrzeugs derart zu betreiben, dass bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs keine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs bewirkt wird, und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs im Wesentlichen konstant bleibt (z.B.um höchstens 5% schwankt). Es kann insbesondere ein Momentengleichgewicht an den ein oder mehreren (angetriebenen) Rädern des Fahrzeugs bewirkt werden, um eine konstante Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu bewirken und/oder um zu bewirken, dass keine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs bewirkt wird.
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Es kann somit bewirkt werden, dass die in Längsrichtung wirkenden Momente an den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs reduziert (insbesondere auf Null reduziert) werden. Als Folge daraus können während der Fahrt im Gefahrenbereich mehr Querkräfte von den Rädern des Fahrzeugs aufgenommen werden (ohne „Gegenlenken“ zu müssen). Mit anderen Worten, die Querkräfte können während der Fahrt in dem Gefahrenbereich auf den maximal zur Verfügung stehenden Wert erhöht werden (der z.B. von dem Reibwert zwischen den Rädern und der Fahrbahn abhängt). Es kann somit eine besonders komfortable und sichere Fahrt durch den Gefahrenbereich ermöglicht werden.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, zu bewirken, dass das Fahrzeug vorbereitend für den Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder vorbereitend für die (gesamte) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs seine relative Lage in Querrichtung innerhalb der aktuell befahrenen Fahrspur verändert. Die Lage in Querrichtung des Fahrzeugs kann dabei in Abhängigkeit von Information in Bezug auf die Windrichtung des Seitenwinds innerhalb des Gefahrenbereichs angepasst werden. Insbesondere kann die Lage des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur entgegengesetzt zu der Windrichtung des Seitenwinds verändert und/oder angepasst werden. Mit anderen Worten, das Fahrzeug kann innerhalb der aktuell befahrenen Fahrspur seitlich in die Richtung verlagert werden, aus der der Seitenwind kommt. So kann der Sicherheitsbereich in Querrichtung des Fahrzeugs für die Durchfahrt des Gefahrenbereichs vergrößert werden. Es kann somit eine besonders sichere Fahrt durch den Gefahrenbereich ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung kann somit eingerichtet sein, Windinformation in Bezug auf die Windrichtung des Seitenwindes innerhalb des prädizierten Gefahrenbereichs zu ermitteln (z.B. auf Basis der Umfelddaten und/oder auf Basis der digitalen Karte und/oder auf Basis einer empfangenen Nachricht).
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Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, zu bewirken, dass die Lage des Fahrzeugs in Querrichtung innerhalb der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrspur vorbereitend für den Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder vorbereitend für die (gesamte) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs in Abhängigkeit von der Windinformation angepasst wird. Die Anpassung der Lage des Fahrzeuges in Querrichtung kann automatisiert durch das Fahrzeug erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann der Fahrer des Fahrzeugs durch Ausgabe eines Hinweises aufgefordert werden, die Lage des Fahrzeugs in Querrichtung anzupassen. So kann eine besonders sichere Fahrt durch den Gefahrenbereich ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu erkennen, dass ein anderes Fahrzeug auf einer Nachbar-Fahrspur, die neben der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrspur angeordnet ist, auf den prädizierten Gefahrenbereich zuführt. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs kann dann vorausschauend angepasst werden (z.B. durch Anpassen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs), um zu bewirken, dass das Fahrzeug bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs außerhalb des durch das andere Fahrzeug bewirkten Windschattens des Seitenwinds angeordnet ist.
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Es kann somit bewirkt werden, dass das Fahrzeug innerhalb des (gesamten) Gefahrenbereichs nicht neben dem anderen Fahrzeug angeordnet ist, sodass zuverlässig vermieden werden kann, dass das andere Fahrzeug (welches durch den Seitenwind auf die Fahrbahn des Fahrzeugs geschoben werden könnte) mit dem Fahrzeug kollidiert. So kann die Sicherheit des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, den Fahrzeugtyp (z.B. LKW, PKW, Bus oder Motorrad) des anderen Fahrzeugs auf der Nachbar-Fahrspur zu ermitteln (z.B. auf Basis der Umfelddaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren des Fahrzeugs). Alternativ oder ergänzend kann die dem Seitenwind ausgesetzte Fläche des anderen Fahrzeugs ermittelt werden. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs kann dann in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrzeugtyp und/oder in Abhängigkeit von der ermittelten Fläche des anderen Fahrzeugs angepasst werden. Insbesondere kann auf Basis des Fahrzeugtyps und/oder auf Basis der ermittelten Fläche der Gefahrengrad dafür ermittelt werden, dass das andere Fahrzeug durch den Seitenwind von der Nachbar-Fahrspur auf die Fahrspur des Fahrzeugs gedrückt wird. Dabei kann auch Windinformation in Bezug auf die Windstärke des Seitenwindes berücksichtigt werden. Das Fahrverhalten kann in Bezug auf das andere Fahrzeug angepasst werden, wenn der Gefahrengrad relativ hoch ist (z.B. 50% oder mehr). Andererseits kann das Fahrverhalten ggf. nicht angepasst werden, wenn der Gefahrengrad relativ klein ist (z.B. weniger als 50%). So können die Sicherheit und der Komfort des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Windinformation in Bezug auf die Windgeschwindigkeit des Seitenwinds in dem Gefahrenbereich zu ermitteln (z.B. auf Basis der Umfelddaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren und/oder auf Basis einer von dem Fahrzeug empfangenden Datennachricht). Das Fahrverhalten kann dann in besonders sicherer und komfortabler Weise in Abhängigkeit von der Windinformation angepasst werden.
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Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, auf Basis der Windinformation eine Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs (für das Durchfahren des Gefahrenbereichs) zu ermitteln. Es kann dann bewirkt werden, dass das Fahrzeug bei Eintritt in den prädizierten Gefahrenbereich und/oder bei der (gesamten) Durchfahrt des prädizierten Gefahrenbereichs die Soll-Geschwindigkeit aufweist oder zumindest nicht übersteigt. So kann ein besonders sicheres Durchfahren des Gefahrenbereichs bewirkt werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der Windinformation zu bestimmen, ob die Windgeschwindigkeit des Seitenwinds in dem Gefahrenbereich größer als ein bestimmter Windgeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Dabei kann der Windgeschwindigkeits-Schwellenwert von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängen. Die Vorrichtung kann ferner eingerichtet sein, das Fahrverhalten anzupassen, insbesondere nur dann anzupassen, wenn bestimmt wird, dass die Windgeschwindigkeit des Seitenwinds in dem Gefahrenbereich größer als der Windgeschwindigkeits-Schwellenwert ist. So kann der Komfort des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Wie bereits weiter oben dargelegt, kann das Fahrzeug für eine automatisierte Längs- und/oder Querführung ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann in diesem Zusammenhang eingerichtet sein, eine Fahrtrajektorie für eine Fahrt des Fahrzeugs in und/oder durch den (gesamten) prädizierten Gefahrenbereich zu planen. Ferner kann die Vorrichtung eingerichtet sein, anhand eines Trajektorienfolgereglers zu bewirken, dass das Fahrzeug automatisiert entlang der geplanten Fahrtrajektorie längs- und/oder quergeführt wird. Dabei kann zumindest ein Parameter für die Planung der Fahrtrajektorie und/oder zumindest ein Parameter des Trajektorienfolgereglers vorausschauend für die Fahrt in und/oder durch den (gesamten) prädizierten Gefahrenbereich angepasst werden (z.B. in Abhängigkeit von der Windinformation). So kann der Gefahrenbereich in besonders sicherer und komfortabler Weise durchfahren werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, einen Überholvorgang des Fahrzeugs, der darauf ausgerichtet ist, ein anderes Fahrzeug innerhalb des prädizierten Gefahrenbereichs zu überholen, zu unterbinden oder abzubrechen. So können der Komfort und die Sicherheit des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, bei der Durchfahrt durch den prädizierten Gefahrenbereich Messdaten in Bezug auf den Seitenwind und/oder in Bezug auf den Gefahrenbereich zu ermitteln. Die Messdaten können dabei in effizienter und präziser Weise anhand des Fehlers des Trajektorienfolgereglers des Fahrzeugs bei der Durchfahrt durch den prädizierten Gefahrenbereich ermittelt werden. Die Vorrichtung kann ferner eingerichtet sein, die Messdaten einer Fahrzeug-externen Einheit bereitzustellen (beispielsweise die Windrichtung und/oder die absolute Position des Windangriffspunktes in Geo-Koordinaten), insbesondere um die Fahrzeug-externe Einheit zu befähigen, ein Kartenattribut einer digitalen Karte für den Gefahrenbereich zu erstellen oder zu aktualisieren. So kann die Zuverlässigkeit der in diesem Dokument beschriebenen Fahrfunktion zum Betrieb eines Fahrzeugs bei Seitenwind weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines (Kraft-) Fahrzeugs bei Seitenwind beschrieben. Das Verfahren umfasst das Prädizieren eines durch Seitenwind verursachten, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden, Gefahrenbereichs. Des Weiteren umfasst das Verfahren das vorausschauende Anpassen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs in Bezug auf den prädizierten Gefahrenbereich. Im Rahmen des Fahrverhaltens kann z.B. die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst werden. Alternativ oder ergänzend kann das Fahrzeug z.B. für einen Segelbetrieb vorbereitetet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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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.
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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. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte beziehen sich insbesondere auf ein Fahrzeug bzw. auf eine Fahrfunktion, die gemäß SAE-Level 2 (ggf. 2+) oder höher, oder gemäß SAE-Level 3 oder höher ausgebildet sind.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
- 2 eine beispielhafte Fahrsituation eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Fahrzeugs bei Seitenwind.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung des Komforts und der Sicherheit eines Fahrzeugs bei einer Fahrt auf einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug Seitenwinden ausgesetzt sein kann. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit ein oder mehrere Umfeldsensoren 102 (z.B. ein oder mehreren Radarsensoren, ein oder mehreren Lidarsensoren, ein oder mehreren Kameras, ein oder mehreren Ultraschallsensoren, etc.), die jeweils eingerichtet sind, Sensordaten (die in diesem Dokument auch als Umfelddaten bezeichnet werden) in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs 100 zu erfassen.
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Das Fahrzeug 100 kann ferner ein oder mehrere Längs- und/oder Querführungsaktoren 103 (z.B. einen Antriebsmotor, eine Bremsvorrichtung, eine Lenkvorrichtung, etc.) umfassen, die jeweils eingerichtet sind, in die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs 100 einzugreifen.
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Eine (Steuer-) Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, auf Basis der Umfelddaten ein oder mehrere Objekte im Umfeld des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Ferner kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Aktoren 103 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren detektierten Objekten zu betreiben, um das Fahrzeug 100 zumindest teilweise oder vollständig automatisiert längs- und/oder querzuführen. Dabei kann z.B. eine Fahrfunktion gemäß SAE-Level 2 oder höher, insbesondere SAE-Level 3 oder höher, bereitgestellt werden.
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Das Fahrzeug 100 kann ferner einen Positionssensor 105 (z.B. einen GNSS (globales Satellitennavigationssystem) Empfänger) umfassen, der eingerichtet ist, Positionsdaten in Bezug auf die aktuelle Position des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Die Positionsdaten können in Zusammenhang mit einer digitalen Karte für das von dem Fahrzeug 100 befahrene Fahrbahnnetz ausgewertet werden, um die aktuelle Position des Fahrzeugs 100 innerhalb des Fahrbahnnetzes zu ermitteln.
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In der digitalen Karte können unterschiedliche Stellen innerhalb des Fahrbahnnetzes verzeichnet sein (z.B. Brücken, Hochplateaus, etc.), an denen verstärkt Seitenwinde auftreten können. Diese Stellen können als Points of Interest (POIs) und/oder als Kartenattribute in der digitalen Karte verzeichnet sein.
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Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 eine Kommunikationseinheit 104 umfassen, die es dem Fahrzeug 100 ermöglicht, über eine (drahtlose) Kommunikationsverbindung (z.B. 3G, 4G oder 5G) mit einer Fahrzeug-externen Einheit (z.B. mit einem Backend-Server) zu kommunizieren. Das Fahrzeug 100 kann z.B. über die Kommunikationseinheit 104 aktuelle Wetterdaten (etwa in Bezug auf die Windstärke eines Seitenwinds) empfangen.
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2 zeigt eine beispielhafte Verkehrssituation, bei der das Fahrzeug 100 auf einer (mehrspurigen) Fahrbahn 201 fährt. Auf einer Nachbar-Fahrspur neben der Fahrspur des Fahrzeugs 100 ist ein weiteres Fahrzeug 200 (z.B. ein Bus oder ein Lastkraftwagen) angeordnet. Das Fahrzeug 100 fährt auf einen vorausliegenden Gefahrenbereich 210 zu, in dem relativ starke Seitenwinde 211 auftreten können. Derartige Seitenwinde 211 können zu einer kritischen Fahrsituation führen, z.B. weil das Fahrzeug 100 durch den Seitenwind 211 von der Fahrbahn gedrängt wird und/oder weil das andere Fahrzeug 200 durch den Seitenwind 211 von der Nachbar-Fahrspur auf die Fahrspur des Fahrzeug 100 gedrängt wird, was zu einer Kollision zwischen dem anderen Fahrzeug 200 und dem Fahrzeug 100 führen könnte.
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Die Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, einen in Fahrtrichtung vorausliegenden Gefahrenbereich 210 mit Seitenwinden 211 zu prädizieren. Der Gefahrenbereich 210 kann prädiziert werden, auf Basis
- • der Umfelddaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren 102 des Fahrzeugs 100;
- • der Positionsdaten und der digitalen Karte, in der z.B. mögliche Gefahrenbereiche 210 verzeichnet sind; und/oder
- • einer über die Kommunikationseinheit 104 empfangenen Nachricht, in der auf den vorausliegenden Gefahrenbereich 210 hingewiesen wird.
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Die Vorrichtung 101 kann ferner eingerichtet sein, in vorausschauender Weise das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100 an den prädizierten Gefahrenbereich 210 anzupassen, insbesondere derart, dass die von dem Gefahrenbereich 210 ausgehende Gefahr für das Fahrzeug 100 reduziert wird (im Vergleich zu einem nicht angepassten Fahrverhalten). Mit anderen Worten, es können in vorausschauender Weise ein oder mehrere Maßnahmen bewirkt werden, um es dem Fahrzeug 100 zu ermöglichen, den vorausliegenden Gefahrenbereich 210 in besonders sicherer Weise zu durchfahren.
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Beispielsweise kann bewirkt werden, dass das Fahrzeug 100 den Gefahrenbereich 210 zumindest teilweise oder vollständig in einem Segelbetrieb durchfährt, z.B. sodass von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 100 kein Antriebsmoment auf die Räder des Fahrzeugs 100 übertragen wird. Der Segelbetrieb kann dabei derart vorausschauend eingeleitet werden, dass der Segelbetrieb genau oder spätestens bei Einfahrt in den Gefahrenbereich 210 begonnen wird. Ferner kann der Segelbetrieb derart gesteuert werden, dass der Segelbetrieb genau oder frühestens bei Ausfahrt aus dem Gefahrenbereich 210 beendet wird.
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Die Unterbrechung (oder zumindest das Reduzieren) des Antriebsmoments für das Durchfahren des Gefahrenbereichs 210 führt dazu, dass von den Rädern des Fahrzeugs 100 vermehrt Seitenkräfte aufgenommen werden können, die von den Seitenwinden 211 verursacht werden. Als Folge daraus kann das Fahrzeug 100 mit erhöhter Stabilität innerhalb der aktuell befahrenen Fahrspur gehalten werden.
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Alternativ oder ergänzend kann vorausschauend bewirkt werden, dass das Fahrzeug 100 innerhalb des Gefahrenbereichs 210 nicht neben einem anderen Fahrzeug 200 angeordnet ist, das durch die Seitenwinde 211 von der Nachbar-Fahrspur auf die Fahrspur des Fahrzeugs 100 gedrängt werden könnte. Es kann insbesondere vermieden werden, dass das Fahrzeug 100 innerhalb des Gefahrenbereichs 210 neben einem Lastkraftwagen oder einem Bus, d.h. neben einem anderen Fahrzeug 200 mit einer relativ großen Angriffsfläche für die Seitenwinde 211, angeordnet ist. So kann in zuverlässiger Weise eine Gefährdung durch ein anderes Fahrzeug 200 vermieden werden.
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Ein (ggf. autonomes) Fahrzeug 100 kann somit (sensorbasiert und/oder aus einer Karte) eine Gefahrenstelle 210 identifizieren, und sein Fahrverhalten prädiktiv anpassen, insbesondere dann, wenn die Wettervorschau Winde 211 oberhalb einer bestimmten Schwelle voraussagt. Dabei kann das Fahrverhalten derart angepasst werden, dass die Beherrschbarkeit der Situation erhöht wird und/oder dass eine Gefahrenreduktion bewirkt wird.
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Es kann insbesondere bewirkt werden, dass das (ggf. automatisierte) Fahrzeug 100 in die Gefahrenstelle 210 hineinsegelt. Dabei kann im Rahmen des „Segeln“ ein Fahrzustand bewirkt werden, bei dem keine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 100 aufgebracht wird. Dies ermöglicht es dem Fahrzeug 100, höhere Seitenführungskräfte aufzubringen. Das Fahrzeug 100 kann z.B. an der Gefahrenstelle 210 derart betrieben werden, dass das Fahrzeug 100 genau so viel Antriebskraft an den ein oder mehreren Rädern aufbringt, dass die aus den Fahrwiderständen resultierenden Bremskräfte (genau) aufgehoben werden. Als Folge daraus ist die resultierende Kraft an den ein oder mehreren Rädern in Längsrichtung jeweils Null. Das Fahrzeug 100 kann somit an der Gefahrenstelle 210 seine Geschwindigkeit halten (kein Bremsen und kein Beschleunigen).
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Alternativ oder ergänzend können ggf. ein oder mehrere Komforteinschränkungen bei der Fahrzeugführung bewirkt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Parameter und/oder ein oder mehrere Gains bei der Trajektorienplanung und/oder bei dem Trajektorienfolgeregler angepasst werden, insbesondere um an der Gefahrenstelle 210 höhere Querbeschleunigungen zu ermöglichen. Es kann dabei der potenziell angreifende Wind 211 im Störgrößenschätzer berücksichtigt werden.
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Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere andere Fahrzeuge 200 auf einer unmittelbaren Nachbar-Fahrspur vermieden werden. Ggf. kann ein Überholmanöver zum Überholen eines anderen Fahrzeugs 200 abgebrochen und/oder unterbunden werden. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 kann ggf. reduziert werden, falls ein anderes Fahrzeug 200 unmittelbar neben dem Fahrzeug 100 fährt, um zu bewirken, dass die beiden Fahrzeug 100, 200 an der Gefahrenstelle 210 hintereinander und nicht nebeneinander angeordnet sind. Dies kann in Abhängigkeit von dem Typ des anderen Fahrzeug 200 erfolgen (beispielhafte Fahrzeugtypen sind: LKW, PKW, Anhänger, Motorrad, etc.).
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Die Anpassung des Fahrverhaltens kann in einem Bereich kurz vor der Gefahrenstelle 210 bis kurz hinter der Gefahrenstelle 210 vorgenommen werden. Ferner kann die Anpassung des Fahrverhaltens vorgenommen werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 in einem von der Windgeschwindigkeit abhängigen Geschwindigkeitsbereich liegt. Dabei kann von dem Fahrzeug 100 die maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit bei einer gegebenen Windgeschwindigkeit ermittelt werden.
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Von der Vorrichtung 101 können z.B. folgende Eingangssignale berücksichtigt werden,
- • Wetter;
- • Karte (Tunnel, Brücken, Hügelkuppen, etc.);
- • andere Fahrzeuge 200 (relative Position, Geschwindigkeit, etc.); und/oder
- • Verkehrsschilder (Tunnel, Kuppen, Brücken, etc.).
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Als Ausgangssignale können ermittelt werden,
- • ein ManeuverRequest zur Durchführung eines Fahrmanövers; und/oder
- • ein Parameter der Fahrzeugführung (Trajektorienplaner, Traj ektorienfolgeregl er).
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In einem jeweiligen Zeitschritt (aus einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitschritten) können folgende Schritte ausgeführt werden,
- a. Identifikation der Windgeschwindigkeit, z.B. über einen Backend-Server (Radio / RTTI (Real Time Traffic Information));
- b. Bewerten einer möglichen Gefahrensituation in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und/oder in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit;
- c. Identifizieren einer Gefahrenstelle 210 entlang der Route; dies kann z.B. sensorbasiert anhand eines Verkehrsschildes (starker Wind) erfolgen; dabei kann eine Szenarienklassifikation durchgeführt werden; alternativ oder ergänzend kann eine Gefahrenstelle 210 kartenbasiert identifiziert werden (z.B. auf Basis eines Kartenattributs, etwa Brücke oder Attribut=„Gefahrenstelle Seitenwind“);
- d. Identifikation des Beginns und des Endes der Gefahrenstelle 210;
- e. Festsetzen eines Korridors, in dem das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100 angepasst wird;
- f. Wenn ein anderes Fahrzeug 200 auf der Nachbar-Fahrspur unmittelbar neben dem Fahrzeug 100 fährt, kann zunächst die Kritikalität anhand der Fahrzeugklasse (LKW kritischer als PKW) bewertet werden; ferner kann die notwendige Verzögerung des Fahrzeugs 100 ermittelt werden, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 100 bei Beginn der Gefahrenstelle 210 hinter dem als kritisch erkannten Fahrzeug 200 fährt; es kann dann die notwendige Geschwindigkeitsreduktion bei der Fahrzeugführung des Fahrzeugs 100 angefordert werden (ManeuverRequest);
- g. Ggf. kann ein bereits initiierter Überholvorgang gestoppt werden;
- h. Ggf. kann bewirkt werden, dass das Fahrzeug 100 in die Gefahrenstelle 210 segelt; dabei kann die notwendige Geschwindigkeitsreduktion in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ermittelt werden; es kann der „Segel“-Anfangspunkt ermittelt werden, sodass die ermittelte Soll-Geschwindigkeit am Gefahrenstellen-Beginn erreicht wird und keine Längskräfte an den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs 100 anliegen; beim Motionplaning des Fahrzeugs 100 kann ein „Segeln“ am „Segel“-Anfangspunkt angefordert werden (ManeuverRequest); ferner kann die Soll-Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ab dem Gefahrenstellen-Anfangspunkt bis zum Ende der Gefahrenstelle 210 gehalten werden;
- i. es kann ggf. die GPS-Position ermittelt werden, bei der Seitenwind 211 beim Durchfahren der Gefahrenstelle 210 angreift; dies kann z.B. durch Analyse des Trajektorienfolgeregler-Fehlers erkannt werden; die GPS-Position kann an eine Fahrzeug-externe Einheit gesendet werden, z.B. um als Kartenattribut in eine digitale Karte aufgenommen zu werden; dies ermöglicht es, den tatsächlichen Bereich der Gefahrenstelle 210 einzugrenzen und/oder automatisiert zu lernen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines (Kraft-) Fahrzeugs 100 bei Seitenwind 211. Das Verfahren 300 kann an einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wiederholt werden, um einen dauerhaft komfortablen und sicheren Betrieb des Fahrzeugs 100 zu bewirken. An jedem einzelnen Zeitpunkt können ein oder mehrere der in diesem Dokument beschriebenen Schritte ausgeführt werden.
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Das Verfahren 300 umfasst das Prädizieren 301 eines durch Seitenwind 211 verursachten, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 vorausliegenden, Gefahrenbereichs 210 (z.B. auf Basis der Umfelddaten von ein oder mehreren Umfeldsensoren 102, auf Basis einer digitalen Karte und/oder auf Basis einer an dem Fahrzeug 100 empfangenen Datennachricht). Es kann z.B. prädiziert werden, dass das Fahrzeug 100 nach einer bestimmten Fahrstrecke (z.B. von 100 Metern oder mehr) einen Gefahrenbereich 210 erreichen wird, in dem (möglicherweise oder mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit) relative starke Seitenwinde 211 vorliegen werden.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das vorausschauende Anpassen 302 des Fahrverhaltens des Fahrzeugs 100 in Bezug auf den prädizierten Gefahrenbereich 210. Das Fahrverhalten kann insbesondere angepasst werden, um das Fahrzeug 100 auf die Durchfahrt des Gefahrenbereichs 210 vorzubereiten.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können der Komfort und die Sicherheit eines Fahrzeugs 100 beim Durchfahren eines durch Seitenwinde 211 verursachten Gefahrenbereichs 210 in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
