DE102022204161A1

DE102022204161A1 - Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022204161A1
Application number: DE102022204161.5A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Artner; Katharina Foell; Frank Bender; Thomas Mittermayr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-11-02
Also published as: WO2023208981A1

Abstract

Ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs (200) umfasst ein Einlesen eines Gierratensignals (212), eines Geschwindigkeitssignals (222) und eines Radarsignals (232), wobei das Gierratensignal (212) eine aktuelle Gierrate, das Geschwindigkeitssignal (222) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (200) und das Radarsignal (232) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in einer Umgebung erfassten Objekt (240) repräsentiert. Ein Objektpfadsignal (252), das einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254 258) des Objekts (240) repräsentiert, wird unter Verwendung des Gierratensignals (212), des Geschwindigkeitssignals (222) und des Radarsignals (232) bestimmt. Ein Fahrzeugpfadsignal (256), das einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254, 258) des Fahrzeugs (200) repräsentiert, wird unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222) bestimmt. Ein Kollisionssignal (272), das eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) anzeigt, wird unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256) ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Mobile Arbeitsmaschinen bewegen sich häufig in einem unübersichtlichen Gelände, so dass eine erhöhte Kollisionsgefahr mit anderen Arbeitsmaschinen, Personen oder Objekten besteht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Vorteilhafterweise kann mit dem hier vorgestellten Verfahren eine Kollision des Fahrzeugs mit Objekten in der Umgebung auf besonders material- und kostensparende und sichere Weise vorhergesagt und vermieden werden. Indem zur Ausführung des Verfahrens nur wenige Komponenten im System benötigt werden, kann ein benötigter Performance Level (PLr) gut erreicht werden, weil die Verkettung der Ausfallwahrscheinlichkeiten weniger kritisch ist.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs, das mindestens einen Gierratensensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Radareinrichtung umfasst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

Einlesen eines Gierratensignals von einer Gierratenschnittstelle zu dem Gierratensensor, eines Geschwindigkeitssignals von einer Geschwindigkeitsschnittstelle zu dem Geschwindigkeitssensor und eines Radarsignals von einer Radarschnittstelle zu der Radareinrichtung, wobei das Gierratensignal eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs repräsentiert und wobei das Geschwindigkeitssignal eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs repräsentiert und wobei das Radarsignal eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und einem in einer Umgebung des Fahrzeugs erfassten Objekt repräsentiert,

Bestimmen eines Objektpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals, des Geschwindigkeitssignals und des Radarsignals, wobei das Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Objekts repräsentiert,
Bestimmen eines Fahrzeugpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals, wobei das Fahrzeugpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Fahrzeugs repräsentiert, und
Ermitteln eines Kollisionssignals unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals, wobei das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt anzeigt.
Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um eine Arbeitsmaschine handeln, deren Größe und Fahrzeugaufbau eine vollständige Einsicht in den Gefahrenbereich vor, hinter oder neben der Maschine durch den Fahrer erschwert oder unmöglich machen kann. In Verbindung mit häufigem Rangierbetrieb können dadurch leicht Gefahrensituationen für Menschen und Fahrzeuge in unmittelbarer Umgebung oder die Maschine und deren Fahrer selbst entstehen. Vom Fahrer kann zudem nur ein Bereich zu jedem Zeitpunkt überwacht werden, das heißt in anderen Bereichen können sich unbemerkt neue Gefahrensituationen ergeben. Gefahrensituationen können sich zum Beispiel durch Objekte im Nahbereich direkt an der Maschine ergeben oder auch durch etwas weiter entfernte Objekte, die sich aber mit entsprechender Relativgeschwindigkeit auf die Maschine zubewegen, so dass es zu einer Kollision kommen könnte. In jedem Fall ist eine Kollision zu vermeiden oder abzuschwächen, so dass Schaden an Mensch und Fahrzeug vermieden werden kann.
Beispielsweise lässt sich der vorgestellte Ansatz im Zusammenhang mit einer mobilen Arbeitsmaschine einsetzen, die einen hydrostatischen Fahrantrieb, zum Teil mit elektrohydraulischer Ansteuerung oder aber einem elektrifizierten Fahrantrieb ausgestattet sein kann. Die Bedienung, wie zum Beispiel eine Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise deren Reduzierung und Bremsen sowie Lenken, kann einem Fahrer obliegen, der durch den hier beschriebenen Ansatz unterstützt werden kann. Zur Überwachung des Umfeldes kann der Fahrer auf seine Sinnesorgane (Sehen, Hören) angewiesen sein, unterstützt durch Rückfahrspiegel, bisweilen Rückfahr- oder Birdview-Kameras. Vom Fahrer kann dabei typischerweise nur ein beschränkter Bereich überwacht werden, es können jedoch im Gefahrenbereich um das Fahrzeug jederzeit neue Gefahrensituationen entstehen, beispielsweise durch Fahrzeugeigenbewegung und Fremdobjekte, zum Beispiel Personen oder andere Fahrzeuge.
Der beschriebene Ansatz kann als Ergänzung zu aus dem Automotive-Bereich bekannten Systemen verwendet werden, die auf Umfeldsensorik (Radar, Lidar, Ultraschall, Kameras) zur Kollisionswarnung und Vermeidung basieren. Auch für Baumaschinen lassen sich derartige Systeme anwenden. Zentrale Herausforderung ist eine hohe Detektionsrate von echten Gefahrensituationen bei einer gleichzeitig möglichst niedrigen Falscherkennungsrate (False-Positives). Der Einfluss von False-Positives ist als kritisch zu bewerten, weil er zum einen das Vertrauen in die Assistenzfunktion negativ beeinflusst, zum anderen kann eine aktive Fahrzeugverzögerung verursacht durch eine Falscherkennung sogar eine gefährliche Situation verursachen, zum Beispiel durch Auffahren eines nachfolgenden Fahrzeugs. Zum Reduzieren solcher Falscherkennungsmomente können Lenkwinkelsensoren eingesetzt werden, die unter anderem erhöhte Kosten und eine erhöhte Belastung des Gesamtsystems verursachen können. Vorteilhafterweise kann mittels des hier vorgestellten Verfahrens auf die Verwendung eines Lenkwinkelsensors verzichtet werden. Hierfür kann stattdessen ein ohnehin zum Betrieb eines Radarsensors erforderlicher Gierratensensor verwendet werden, bei dem es sich zum Beispiel um eine Inertialmesseinheit (IMU) handeln kann. Eine Vorhersage der Fahrzeugbewegung kann dann basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der vom Gierratensensor erfassten Gierbewegung des Fahrzeuges erfolgen.
Vorteilhafterweise können Gierratensensoren auf MEMS-Basis konstruiert sein und durch niedrige Kosten, sowie eine einfache und flexible Integration am Fahrzeug bestechen. Da sie zum Betrieb des Radarsensors typischerweise ohnehin erforderlich sind, da die Radarsensoren diese Information für die interne Signalverarbeitung benötigen, entstehen vorteilhafterweise keine zusätzlichen Systemkosten. Vorteilhafterweise kann über das Radarsignal eine Relativposition (x,y) und eine Relativgeschwindigkeit (vx, vy) eines erfassten Objekts relativ zum Radarsensor und somit relativ zum Fahrzeug angezeigt werden. Unter Verwendung des Radarsignals kann eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt berechnet werden. Optional kann unter Verwendung des Radarsignals eine Existenzwahrscheinlichkeiten von erkannten Objekten bestimmt werden. Beispielsweise kann eine entsprechende Existenzwahrscheinlich für das Objekt unter Verwendung des Radarsignals bestimmt werden oder es kann eine entsprechende Existenzwahrscheinlich für das Objekt direkt von dem Radarsignal angezeigt werden.
Das sich in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche Objekt kann unter Durchführung eines Verfahrens zur Objekterkennung erkannt werden. Dabei kann die Objekterkennung auf von dem Radarsensor und zusätzlich oder alternativ auf von einer weiteren Umfelderfassungseinrichtung erfassten Daten basieren.
Insgesamt bietet das hier vorgestellt Verfahren den Vorteil, dass Kosten durch den Sensor selbst sowie durch die Integration des Sensors vermieden werden können. Zudem kann sich eine verbesserte Systemverfügbarkeit ergeben, da durch eine verringerte sensorische Auslastung im Betrieb des Systems das Risiko eines Systemausfalls gemindert werden kann. Auch Anforderungen an die Funktionale Sicherheit können vorteilhafterweise verringert werden, da der Aufwand für die Berechnung des erreichbaren Performance Levels gemindert werden kann. Durch eine geringere Anzahl von Elementen in der FuSi-Kette kann die Gefahr, das erforderliche Performance Level nicht mehr zu erreichen, verringert werden. Zudem kann ein numerischer Aufwand auf dem Steuergerät optimiert werden, um basierend auf der Lenkwinkelinformation und der Fahrzeugkinematik die Fahrzeugbewegung zu prädizieren.
Wenn das Fahrzeug als ein knickgelenktes Fahrzeug ausgeführt ist, können die genannten Sensoren beispielsweise an einem vorderen Fahrzeugteil oder an einem hinteren Fahrzeugteil angeordnet sein. Auch können weiterer Sensoren verwendet werden, sodass beide Fahrzeugteile mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet werden können.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeugpfadsignals ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt werden. Dadurch kann ein Lenkwinkelsensor am Fahrzeug eingespart werden und dennoch eine sichere Kollisionswarnung realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ein Zeitsignal ermittelt werden, wobei das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentieren kann. Beispielsweise kann unter Verwendung des Zeitsignals das Kollisionssignal ausgegeben werden, um zum Beispiel einer das Fahrzeug steuernden Person zusätzlich zu der räumlichen Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt eine mittels der aktuellen Geschwindigkeit und der Entfernung errechnete Zeitspanne, beispielsweis in Sekunden, bis zu einer möglichen Kollision anzuzeigen. Diese Zeitspanne kann auch als time-to-collision bezeichnet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch vorhergesagt werden, wie viel Zeit für eine Reaktion zur Verfügung steht, beispielsweise um das Fahrzeug umzulenken oder abzubremsen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens aufweisen, in dem die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt unter Verwendung der Radareinrichtung und zusätzlich oder alternativ dem Gierratensensor und zusätzlich oder alternativ dem Geschwindigkeitssensor erfasst wird. Dabei kann das Objekt beispielsweise mittels der Radareinrichtung erfasst und unter Verwendung weiterer Sensordaten, wie der Eigenbewegung des Fahrzeugs und der aktuellen Gierrate, die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit errechnet werden. Vorteilhafterweise kann die Kollisionsvermeidung dadurch optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens das Radarsignal die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Nahbereichs von maximal 5 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt repräsentieren. Beispielsweise kann die Radareinrichtung verwendet werden, um Hindernisse zu erkennen, die unmittelbar vor, hinter oder neben dem Fahrzeug angeordnet sein können. Dies können zum Beispiel größere Steine sein, die für den Fahrer durch das Fahrzeug selbst oder Anbauteile verdeckt sein können, oder es kann sich um Personen handeln, die aus einem uneinsichtigen Bereich kommen können. Vorteilhafterweise kann dadurch eine direkte Kollision vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens das Radarsignal die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von mindestens 5 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt repräsentieren. Beispielsweise kann die Radareinrichtung verwendet werden, um Hindernissen in einem Fernbereich auch von mehr als 5 m, zum Beispiel bis zu 10 m, bis zu 15 m oder bis zu 20 m zu erfassen. Der Fernbereich kann seitlich ebenfalls wenigstens durch die Fahrzeugbreite definiert sein oder auch durch einen zusätzlichen breiteren Sicherheitsbereich. Das hat den Vorteil, dass mögliche Kollisionsgefahren schon frühzeitig erkannt werden können und beispielsweise eine Änderung des Fahrzeugpfads zum Vermeiden der Kollision angesteuert werden kann.
Das Verfahren kann einen Schritt des Berechnens eines zu überwachenden Bereichs im Umfeld des Fahrzeugs unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals umfassen. Im Schritt des Ermittelns kann das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt innerhalb des zu überwachenden Bereichs anzeigen. Auf diese Weise können Schritte des Verfahrens effizient ausgeführt werden, da sich auf außerhalb des zu überwachenden Bereichs beziehende Sensorinformationen verworfen werden können. Vorteilhafterweise kann der überwachende Bereich ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fahrzeug als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil und einem hinteren Fahrzeugteil ausgebildet sein, wobei der Gierratensensor und die Radareinrichtung am vorderen Fahrzeugteil angeordnet sein können und wobei am hinteren Fahrzeugteil ein weiterer Gierratensensor und eine weitere Radareinrichtung angeordnet sein können. Dabei kann der Schritt des Bestimmens des Objektpfadsignals durchgeführt werden, wenn ein Fahrtrichtungssignal eine Vorwärtsfahrt anzeigt. Beispielsweise können die beiden Fahrzeugteile jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen und durch ein Gelenk miteinander beweglich gekoppelt sein. Anders formuliert kann sich bei dem Arbeitsfahrzeug um ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug, derart, dass die beiden Fahrzeugteile aufgrund des zwischen ihnen angeordneten Gelenks relativ zueinander bewegbar beziehungsweise verschwenkbar sein können. Dabei können sowohl das vordere als auch das hintere Fahrzeugteil jeweils eine Radareinrichtung zum Erfassen von Objekten und ein Gierratensensor zum Erfassen der jeweiligen Gierrate des jeweiligen Fahrzeugteils aufweisen. Dabei können beispielsweise während einer Vorwärtsfahrt nur die Signale des vorderen Radars und Gierratensensors eingelesen und ein entsprechender Objektbewegungspfad bestimmt werden. Alternativ können auch kontinuierlich Signale von sowohl den hinteren als auch den vorderen Radareinrichtungen und Gierratensensoren eingelesen werden, wobei beispielsweise während der Vorwärtsbewegung die Signale aus dem hinteren Fahrzeugteil als vernachlässigbar eingestuft werden können. Vorteilhafterweise kann das Verfahren dadurch auch bei Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, die Aufgrund ihres Aufbaus unübersichtlicher sein können, als kleiner Fahrzeuge, und zudem bei einer Kollision ein höheres Schadenspotenzial aufweisen können. Durch das hier beschriebene Verfahren kann dies vorteilhafterweise vermindert werden.
Zudem kann im Schritt des Einlesens ein weiteres Gierratensignal von einer weiteren Gierratenschnittstelle zu dem weiteren Gierratensensor und ein weiteres Radarsignal von einer weiteren Radarschnittstelle zu der weiteren Radareinrichtung eingelesen werden. Dabei kann das weitere Gierratensignal eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils repräsentieren und das weitere Radarsignal kann eine Relativposition und ein Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu einem in der Umgebung des Fahrzeugs erfassten weiteren Objekt repräsentieren. Dabei kann im Schritt des Bestimmens eines Objektpfadsignals ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des weiteren Radarsignals bestimmt werden, wenn das Fahrtrichtungssignal eine Rückwärtsfahrt anzeigt, wobei das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts repräsentieren kann. Zudem kann im Schritt des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals bestimmt werden, wobei im Schritt des Ermittelns das Kollisionssignal unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ermittelt werden kann. Dabei kann das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem weiteren Objekt anzeigen. Vorteilhafterweise kann dadurch auch bei einer Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs das beschrieben Verfahren optimal angewandt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausgebens das Kollisionssignal an eine Nutzerschnittstelle ausgegeben wird, um eine visuelle und zusätzlich oder alternativ auditive und zusätzlich oder alternativ haptische Warnmeldung zu erzeugen. Beispielsweise kann unter Verwendung des Kollisionssignals eine Anzeige auf einem für einen Fahrer des Fahrzeugs sichtbaren Display angezeigt werden, das die Kollisionsgefahr sowie beispielsweise die Position des erfassten Objekts und zusätzlich oder alternativ die Distanz zwischen Fahrzeug und Objekt oder die Zeitspanne bis zur vorhergesagten Kollision anzeigen kann. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise mittels eines Lautsprechers ein Warnton ausgegeben werden oder ein vom Fahrer berührtes Element kann eine Warnung mittels Vibrieren ausgeben. Vorteilhafterweise kann dadurch eine das Fahrzeug steuernde Person auf die Kollisionsgefahr aufmerksam gemacht werden und entsprechend reagieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren einen Schritt des Deaktivierens eines Fahrantrieb des Fahrzeugs unter Verwendung des Kollisionssignals umfassen. Beispielsweise kann der Antrieb abgeschaltet und das Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden, wenn zum Beispiel ein bestimmter Grenzwert in der Entfernung zu einem Kollisionspunkt der erkannten Kollisionsgefahr unterschritten wird. Vorteilhafterweise kann dadurch auch ohne manuelles Eingreifen eine Kollision vermieden werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Vermeiden einer Kollision;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Vermeiden einer Kollision;
6A eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6B eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 ein Liniendiagramm einer berechneten Gierbewegung eines vorderen Fahrzeugteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug steht dabei stellvertretende für jede Art von beweglicher Maschine. Dabei umfasst das Fahrzeug mindestens einen Gierratensensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Radareinrichtung. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 105 des Einlesens eines Gierratensignals von einer Gierratenschnittstelle zu dem Gierratensensor, eines Geschwindigkeitssignals von einer Geschwindigkeitsschnittstelle zu dem Geschwindigkeitssensor und eines Radarsignals von einer Radarschnittstelle zu der Radareinrichtung. Dabei repräsentiert das Gierratensignal eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs. Das Geschwindigkeitssignal repräsentiert eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs und das Radarsignal repräsentiert gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Entfernung des Fahrzeugs zu einem in einer Umgebung des Fahrzeugs erfassten Objekts und zusätzlich oder alternativ eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt.
Weiterhin umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals, des Geschwindigkeitssignals und des Radarsignals. Dabei repräsentiert das Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Objekts. Beispielsweise stellt das Objekt ein Fremdfahrzeug dar.
Zudem umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals. Dabei repräsentiert das Fahrzeugpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Fahrzeugs.
In einem Ausführungsbeispiel werden der Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals und der Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals gleichzeitig durchgeführt. Wenn sowohl der Bewegungspfad des Fahrzeugs, also eine zukünftige Trajektorie des Fahrzeugs, also auch der Bewegungspfad des Objekts, also eine zukünftige Trajektorie des Objekts, bekannt sind, kann eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt abgeschätzt werden.
Auf die Schritte 110, 115 des Bestimmens folgt daher ein Schritt 120 des Ermittelns eines Kollisionssignals unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals, wobei das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt anzeigt.
Dabei wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 105 des Einlesens das Radarsignal eingelesen, das die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem erfassten Objekt innerhalb eines Nahbereichs von beispielhaft 5 Metern repräsentiert. Mit anderen Worten wird in dem Schritt 120 ermittelt, ob, wo und wann sich der Objektpfad und der Fahrzeugpfad überschneiden, beziehungsweise ob sich das Fahrzeug und das Objekt beispielhaft innerhalb des Nahbereichs aufeinander zu bewegen. In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 120 des Ermittelns zudem unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ein Zeitsignal ermittelt. Lediglich beispielhaft repräsentiert das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt.
In einem Ausführungsbeispiel folgt auf den Schritt 120 des Ermittelns ein Schritt 125 des Deaktivierens. In diesem Schritt 125 wird lediglich beispielhaft ein Fahrantrieb des Fahrzeugs unter Verwendung des Kollisionssignals deaktiviert, um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen und so eine Kollision zu vermeiden.
Alle oder einige Schritt des Verfahrens 100 können fortlaufend wiederholt ausgeführt werden, sodass bereits bestimmte Bewegungspfade fortlaufend aktualisiert werden können.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200 mit einer Vorrichtung 205 zum Vermeiden einer Kollision, wobei die Vorrichtung 105 ausgebildet ist, um ein Verfahren, wie es in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde, zu steuern. Das Fahrzeug 200 umfasst einen Gierratensensor 210, der lediglich beispielhaft als eine Inertialmesseinheit (IMU) auf MEMS-Basis ausgebildet ist, um eine Gierrate des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein die Gierrate repräsentierendes Gierratensignal 212 an eine Gierratenschnittstelle 217 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Zudem umfasst das Fahrzeug 200 einen Geschwindigkeitssensor 220, der ausgebildet ist, um eine aktuelle Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein die Geschwindigkeit repräsentierendes Geschwindigkeitssignal 222 an eine Gierratenschnittstelle 227 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Weiterhin umfasst das Fahrzeug 200 eine Radareinrichtung 230, die ausgebildet ist, um eine Umgebung des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein Radarsignal 232 an eine Radarschnittstelle 237 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Dabei repräsentiert das Radarsignal 232 eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs 200 zu einem in einer Umgebung des Fahrzeugs 200 erfassten Objekt 240. In einem Ausführungsbeispiel ist die Radareinrichtung 230 mit einem Radar ausgebildet, mittels dem ein Nahbereich von lediglich beispielhaft 5 Metern erfassbar ist.
Die Vorrichtung 205 ist ausgebildet, um die bereitgestellten Signale 212, 222, 232 einzulesen. Mittels einer beispielhaften Bestimmungseinheit 250 ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des Gierratensignals 212, des Geschwindigkeitssignals 222 und des Radarsignals 232 ein Objektpfadsignal 252 zu bestimmen, wobei das Objektpfadsignal 252 einen voraussichtlichen Bewegungspfad 254 des Objekts 240 repräsentiert. In ähnlicher Weise ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des Gierratensignals 212 und des Geschwindigkeitssignals 222 ein Fahrzeugpfadsignal 256 zu bestimmen, wobei das Fahrzeugpfadsignal 256 einen voraussichtlichen Bewegungspfad 258 des Fahrzeugs 200 repräsentiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Objektpfadsignal 252 bereitstellbar, wenn ein lediglich beispielhaft von einer Richtungseinheit 260 zum Erfassen einer Fahrtrichtung bereitgestelltes Fahrtrichtungssignal 265 eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 200 anzeigt.
Die Vorrichtung 205 umfasst in einem Ausführungsbeispiel eine Ermittlungseinheit 270 zum Ermitteln eines Kollisionssignals 272 unter Verwendung des Objektpfadsignals 252 und des Fahrzeugpfadsignals 256, wobei das Kollisionssignal 272 eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug 200 und dem Objekt 240 anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Ermittlungseinheit zudem ausgebildet, um unter Verwendung des Objektpfadsignals 252 und des Fahrzeugpfadsignals 256 ein Zeitsignal 276 zu ermitteln, das eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentiert. Lediglich beispielhaft ist das Kollisionssignal 272 unter Verwendung des Zeitsignals 276 ermittelbar.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung der Kollisionssignals 272 einen Fahrantrieb 280 des Fahrzeugs 200 anzusteuern und zu deaktivieren. Durch ein Abschalten des Fahrantriebs 280 ist eine Eigenbewegung des Fahrzeugs 200 unterbrochen und eine Kollision zwischen dem Fahrzeug 200 und dem Objekt 240 vermeidbar.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 100 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 1 dargestellten Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche beziehungsweise alternative Schritte aufweist.
In diesem Ausführungsbeispiel geht dem Schritt 105 des Einlesens ein Schritt 300 des Erfassens voraus, in dem lediglich beispielhaft die Gierrate des Fahrzeugs mittels des Gierratensensors erfasst wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels des Geschwindigkeitssensors. Unter Verwendung der entsprechenden eingelesenen Signale wird beispielhaft die Eigenbewegung des Fahrzeugs ermittelt.
In einem Ausführungsbeispiel folgt daraufhin ein Schritt 305 des Übermittelns der Eigenbewegung an die Radareinrichtung. In einem beispielhaften Schritt 310 des weiteren Erfassens wird in diesem Ausführungsbeispiel die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit und optional die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und Objekten in der Umgebung unter Verwendung der Radareinrichtung erfasst. Das diese Entfernung repräsentierende Radarsignal beziehungsweise die Radarinformation wird lediglich beispielhaft in einem Schritt 315 des weiteren Einlesens eingelesen.
Daraufhin folgt in diesem Ausführungsbeispiel der Schritt 110 des Bestimmens des Objektpfadsignals, in dem beispielhaft eine Vorhersage der Bewegungspfade aller erkannten Objekte getroffen wird. In einem Ausführungsbeispiel folgt anschließend der Schritt 115 des Bestimmens des Fahrzeugpfadsignals, in dem eine Vorhersage des Bewegungspfads des Fahrzeugs getroffen wird. Lediglich beispielhaft wird parallel zum Schritt 115 des Bestimmens der Schritt 300 des Erfassens wiederholt durchgeführt, um das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des aktuellen Gierratensignals und Geschwindigkeitssignals zu bestimmen.
Ebenso wird der Schritt 300 des Erfassens in einem Ausführungsbeispiel wiederholt durchgeführt, um unter Verwendung des aktuellen Gierratensignals und Geschwindigkeitssignals einen Schritt 320 des Berechnens eines zu überwachenden Nah- und Fernbereichs durchzuführen. Eine Position und Ausdehnung des zu überwachenden Bereichs kann beispielsweise durch ein im Schritt 320 berechnetes Bereichssignal angezeigt werden. Dadurch können beispielsweise Sensorinformationen ausgefiltert werden, die außerhalb des zu überwachenden Bereichs liegen. Auch können die Bewegungspfade sowohl des Fahrzeugs als auch des Objekts nur dem zu überwachenden Bereich verfolgt werden. Vorteilhafterweise lässt sich der zu überwachende Bereich ohne Verwendung eines Lenkwinkelsensors bestimmen.
In diesem Ausführungsbeispiel folgt anschließend der Schritt 120 des Ermittelns des Kollisionssignals, in dem eine Kollisionsvorhersage getroffen wird. Lediglich beispielhaft umfasst der Schritt 120 in einen Teilschritt 325 des Ermittelns des Zeitsignals, in dem eine sogenannte time-to-collision berechnet und unter Verwendung des Zeitsignals bereitgestellt wird. Dabei repräsentiert das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt. Weiterhin umfasst der Schritt 120 des Ermittelns in diesem Ausführungsbeispiel einen Teilschritt 330 des Bestimmens einer Warnung und eines möglichen Verzögerungseingriffs. Der Verzögerungseingriff wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 125 des Deaktivierens des Fahrantriebs umgesetzt. Die Warnung wird in einem Ausführungsbeispiel in einem weiteren Teilschritt 335 des Übermittels umgesetzt, in dem unter Verwendung des Kollisionssignals eine Position von kritischen Objekten an eine Nutzerschnittstelle (HMI) übermittelt wird. In einem lediglich beispielhaften Schritt 340 des Erzeugens wird daraufhin eine lediglich beispielhaft visuelle und auditive und haptische Warnmeldung an der Nutzerschnittstelle erzeugt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 100 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1 und 3 dargestellten Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche beziehungsweise alternative Schritte aufweist.
So geht in diesem Ausführungsbeispiel dem Schritt 105 des Einlesens ein Schritt 300 des Erfassens voraus. In diesem Schritt 300 wird beispielhaft die Entfernung und zusätzlich oder alternativ die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt unter Verwendung der Radareinrichtung und beispielhaft dem Gierratensensor und beispielhaft dem Geschwindigkeitssensor erfasst.
Dabei repräsentiert in diesem Ausführungsbeispiel das im Schritt 105 des Einlesens eingelesene Radarsignal die Relativposition und -geschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von lediglich beispielhaft 10 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil und einem hinteren Fahrzeugteil ausgebildet, wobei der Gierratensensor und die Radareinrichtung am vorderen Fahrzeugteil angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ sind am hinteren Fahrzeugteil ein weiterer Gierratensensor und eine weitere Radareinrichtung angeordnet. Lediglich beispielhaft wird dabei im Schritt 105 des Einlesens ein weiteres Gierratensignal von einer weiteren Gierratenschnittstelle zu dem weiteren Gierratensensor und ein weiteres Radarsignal von einer weiteren Radarschnittstelle zu der weiteren Radareinrichtung eingelesen. Das weitere Gierratensignal repräsentiert in diesem Ausführungsbeispiel eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils und das weitere Radarsignal eine Relativposition und -geschwindigkeit eines Objektes in Bezug zu dem Fahrzeug. Entsprechend wird lediglich beispielhaft im Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des weiteren Radarsignals bestimmt, wenn ein Fahrtrichtungssignal eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs anzeigt. Dabei repräsentiert das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts. Im Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals wird in diesem Ausführungsbeispiel das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals bestimmt und im Schritt 120 des Ermittelns wird beispielhaft das Kollisionssignal unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ermittelt.
Dabei zeigt das Kollisionssignal beispielhaft eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem weiteren Objekt an.
Weiterhin wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 120 des Ermittelns das Kollisionssignals an eine Nutzerschnittstelle ausgegeben, um lediglich beispielhaft eine visuelle oder akustische Warnmeldung beispielhaft auf einem Display zu erzeugen. Dadurch wird eine das Fahrzeug steuernde Person auf die mögliche Kollision aufmerksam gemacht und hat die Möglichkeit, das Fahrzeug in eine andere Richtung zu lenken oder die Geschwindigkeit zu drosseln.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 200 mit einer Vorrichtung 205 zum Vermeiden einer Kollision. Das hier dargestellte Fahrzeug 200 sowie die dargestellte Vorrichtung 205 entsprechen oder ähneln dem in der vorangegangenen 2 beschriebenen Fahrzeug und der beschriebenen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um ein Verfahren, wie es in den vorangegangenen 1, 2 und 4 beschrieben wurde, zu steuern.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 200 als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug ausgebildet, bei dem es sich lediglich beispielhaft um einen Kipplaster beziehungsweise einen sogenannten Dumper handelt. Der Kipplaster umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen vorderen Fahrzeugteil 500 und einen über ein Knickgelenk M gekoppeltes hinteren Fahrzeugteil 505, wobei der Gierratensensor 210, die Radareinrichtung 230 und lediglich beispielhaft auch der Geschwindigkeitssensor 220 am vorderen Fahrzeugteil 500 angeordnet sind.
Am hinteren Fahrzeugteil 505 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein weiterer Gierratensensor 510 angeordnet. Dieser ist beispielhaft ausgebildet, um eine Gierrate des hinteren Fahrzeugteils zu erfassen und unter Verwendung eines weiteren Gierratensignals 512 an eine weitere Gierratenschnittstelle 517 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen.
Zudem ist in diesem Ausführungsbeispiel am hinteren Fahrzeugteil 505 eine weitere Radareinrichtung 530 angeordnet, die ausgebildet ist, um ein weiteres Radarsignal 532 an eine weitere Radarschnittstelle 537 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Dabei repräsentiert das weitere Radarsignal 532 eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 200 und einem in der Umgebung erfassten weiteren Objekts 540. Hierfür ist die weitere Radareinrichtung 530 lediglich beispielhaft ausgebildet, um einen hinteren Bereich 550 der Umgebung um den hinteren Fahrzeugteil 505 zu überwachen, der lediglich beispielhaft sowohl einen Nahbereich von beispielhaft 0 bis 5 Metern als auch einen Fernbereich von beispielhaft 5 bis 10 Metern umfasst. In ähnlicher Weise ist die Radareinrichtung 230 beispielhaft ausgebildet, um einen vorderen Bereich 550 der Umgebung um den vorderen Fahrzeugteil 500 zu überwachen, der lediglich beispielhaft ebenfalls einen Nahbereich sowie einen Fernbereich umfasst.
Es können prinzipiell in unterschiedliche Richtungen Überwachungsbereiche definiert werden, zum Beispiel „Vorne“ und „Hinten“. Für einen überwachten Bereich werden verschiedene Systemkomponenten benötigt, wie Radarsensoren zur Erfassung von Objekten, Gierratensensoren zur Erfassung der Gierrate des Radars beziehungsweise des jeweiligen Fahrzeugteils und Sensoren zur Erfassung der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit, zum Beispiel ein Drehzahlsensor abtriebseitig. Weiterhin ein Steuergerät, das heißt eine Vorrichtung 205, zur elektronischen Verarbeitung der Sensordaten, zur Prädiktion der Eigenbewegung, zur Vorhersage der Bewegung von erkannten Objekten und zur Berechnung der Warn- beziehungsweise Eingriffsignale.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des weiteren Gierratensignals 512 und des weiteren Radarsignals 532 ein weiteres Objektpfadsignal zu bestimmen, wenn ein Fahrtrichtungssignal, wie es in der vorangegangenen 2 beschrieben wurde, eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs 200 anzeigt. Dabei repräsentiert das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts 540. Die Vorrichtung 205 ist in diesem Ausführungsbeispiel weiterhin ausgebildet, um das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals 512 und des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen und unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals das Kollisionssignal 272 zu ermitteln. Dabei repräsentiert das Kollisionssignal 272 in diesem Ausführungsbeispiel eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug 200 und dem weiteren Objekt 540.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 weiterhin ausgebildet, um unter Verwendung des Kollisionssignals 272 eine Nutzerschnittstelle 555 anzusteuern, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein Display in einer Fahrerkabine im vorderen Fahrzeugteil 500 handelt. Über die Nutzerschnittstelle 555 ist lediglich beispielhaft eine Warnmeldung bezüglich der Kollisionsgefahr für einen Fahrer des Fahrzeugs 200 ausgebbar.
Die 6A und 6B zeigen jeweils eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei das hier beschriebene Fahrzeug 100 dem in den vorangegangenen 2 und 5 beschrieben Fahrzeug entspricht oder ähnelt. Dabei ist in 6A eine Bestimmung eines prädizierten Fahrkorridors beziehungsweise des Bewegungspfads des Fahrzeugs 100 aus der Drehrate skizziert und in 6B sind die kinematischen Zusammenhänge an einem knickgelenkten Fahrzeug 100 dargestellt, bei dem der vordere Fahrzeugteil 500 und der hintere Fahrzeugteil 505 über das Knickgelenk M drehbar gekoppelt sind.
Die Zusammenhänge zwischen Lenkwinkel, Drehrate von Vorder- und Hinterwagen und der Fahrzeuggeschwindigkeit insbesondere in 6B dargestellt. Zur Vorhersage gemäß 6A basierend auf einem Lenkwinkelsensor sind die folgend beschriebenen Gleichungen auf dem Steuergerät beziehungsweise der in den vorangegangenen 2 und 5 beschriebenen Vorrichtung zu lösen.
Betrachtet wird ein auf dem vorderen Fahrzeugteil 500 installiertes Radar. Bei bekanntem Heading-Winkel θ_F ergibt sich für die Geschwindigkeiten des vorderen Fahrzeugteils 500 im Punkt F ${\dot{x}}_{F} = v_{F} \cdot cos (θ_{F}),$
${\dot{y}}_{F} = v_{F} \cdot sin (θ_{F})$
mit vF als Longitudinalgeschwindigkeit. Der Gelenkpunkt M fällt für den vorderen und hinteren Teil des Fahrzeugs 100 zusammen, das heißt $v_{F} + {\dot{θ}}_{F} \cdot l_{v} = v_{H} + {\dot{θ}}_{H} \cdot l_{h}$
Durch die Annahme, dass vF und vH die gleiche Änderungsrate besitzen, ergibt sich unter Betrachtung der Geschwindigkeit am Punkt M $v_{F} = v_{H} \cdot cos (δ) + l_{h} {\dot{θ}}_{H} \cdot sin (δ),$
$- l_{v} {\dot{θ}}_{H} = - v_{H} \cdot sin (δ) + l_{h} {\dot{θ}}_{H} \cdot cos (δ),$
und mit der geometrischen Beziehung $θ_{H} = θ_{F} - δ$
ergibt sich für die Winkelgeschwindigkeit an Vorder- und Hinterachse $\begin{array}{l} {\dot{θ}}_{F} = \frac{v_{F} sin (δ) + l_{h} \dot{δ}}{l_{h} + l_{v} cos (δ)} \\ {\dot{θ}}_{H} = \frac{v_{F} sin (δ) - l_{v} \dot{δ} cos (δ)}{l_{h} + l_{v} cos (δ)} . \end{array}$
Mit der Annahme, dass die Änderung des Lenkwinkels ebenfalls 0 ist, folgt ${\dot{θ}}_{F} = \frac{v_{F} sin (δ)}{l_{h} + l_{v} cos (δ)} .$
Auf diese Schritte kann vollständig verzichtet werden, wenn die Drehrate direkt vom Gierratensensor übernommen wird. Es ist anzumerken, dass eine Vorhersage des Fahrkorridors ohne Lenkwinkelerfassung nur bei einer Fahrgeschwindigkeit ungleich 0 möglich ist, da nur in solchen Situationen eine Winkelgeschwindigkeit ungleich 0 am Vorder- oder Hinterwagen auftritt.
7 zeigt ein Liniendiagramm einer berechneten Gierbewegung eines vorderen Fahrzeugteils gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist auf der x-Achse die Zeit in Sekunden angegeben und auf der y-Achse die Gierrate (PsiDot) in rad/s. Die hier dargestellten Gierbewegungen basieren lediglich beispielhaft auf Messungen an einem knickgelenkten Fahrzeug und unterschiedlichen Berechnungen, wie sie in den vorangegangenen 6A und 6B beschrieben wurden. Zu sehen ist eine periodische Kurvenfahrt, dargestellt ist die Lenkwinkeländerung des Fahrzeugs. Dabei beruht die mit einer durchgehenden Linie dargestellte Gierrate 700 auf einer beispielhaften Messung durch einen Gierratensensor. Die mit einer gestrichelten Linie dargestellte zweite Gierrate 705 beruht beispielhaft auf dem gemessenen Lenkwinkel und der in der vorangegangenen 6B beschriebenen Gleichung (D1). Die mit einer gepunkteten Linie dargestellte dritte Gierrate 710 beruht beispielhaft auf dem gemessenen Lenkwinkel und der in der vorangegangenen 6B beschriebenen vereinfachten Gleichung (D2).
Mit anderen Worten lässt sich das in den vorangegangenen Figuren beschriebene Verfahren sowie die das Verfahren steuernde Vorrichtung an einem Fahrzeug wie folgt beschreiben und dabei optional auch mit anderen im Folgenden genannten Verfahren kombinieren.
So sind auf Umfeldsensorik (Radar, Lidar, Ultraschall, Kameras) basierende Systeme zur Kollisionswarnung und Vermeidung aus dem Automotive-Bereich bekannt. Auch für Baumaschinen lassen sich derartige Systeme anwenden. Zentrale Herausforderung ist eine hohe Detektionsrate von echten Gefahrensituationen bei einer gleichzeitig möglichst niedrigen Falscherkennungsrate (False-Positives). Der Einfluss von False-Positives ist als kritisch zu bewerten, weil er zum Einen das Vertrauen in die Assistenzfunktion negativ beeinflusst, zum anderen kann eine aktive Fahrzeugverzögerung verursacht durch eine Falscherkennung sogar eine gefährliche Situation verursachen (zum Beispiel durch Auffahren eines nachfolgenden Fahrzeugs).
Zur Reduzierung von False Positives können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

1. Modellannahmen (spezifisch für Anwendung und Einsatzgebiet, zum Beispiel „kein querender Verkehr auf Autobahn“)
2. Zusätzliche Umfeldsensorik (Sensorfusion mehrerer Radar-Sensoren, Hinzunahme Kamera, Lidar, Ultraschallsysteme)
3. Ausnutzen von Fahrzeugwissen, insbesondere Vorhersage der Fahrzeugeigenbewegung und Beschränkung der Überwachung auf den für eine Kollision kritischen Bereich.

Insbesondere Maßnahme 3 setzt eine Kenntnis über das Fahrzeug voraus (Abmessungen, Art der Lenkung wie zum Beispiel Knicklenkung), aber auch zusätzliche Informationen über den Zustand und die Ansteuerung des Fahrzeuges. Bei bekannten Lösungen wird häufig ein Lenkwinkelsensor zur Vorhersage der Fahrzeugbewegung genutzt, in Verbindung mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einem kinematischen Modell des Fahrzeuges.
Basierend auf diesen Informationen kann für einen bestimmten Zeitraum, zum Beispiel die nächsten 5 Sekunden, unter Annahme einer Beibehaltung der aktuellen Fahrsituation eine Aussage über den kritischen, zu überwachenden Bereich getätigt werden. Nur vom Radar erkannte Objekte in diesem prädizierten Fahrbereich werden dann als kritisch erachtet und nur diese Objekte können eine Warnung beziehungsweise einen Eingriff auslösen.
Die Lösung benötigt einen Lenkwinkelsensors, zum Beispiel in Form eines Lenksensors am Lenkrad oder eines Winkelsensors am Knickgelenk oder eines Wegmesssystems am Lenkzylinder bei knickgelenkten Fahrzeugen.
Dieser Sensor versursacht beispielsweise zusätzliche Kosten durch den Sensor selbst, zusätzliche Kosten durch die Integration des Sensors (Umlenkmechanismen oder die Integration in den hydraulischen Zylinder), reduzierte Systemverfügbarkeit, da durch einen zusätzlichen, zum Betrieb des Systems erforderlichen Sensor das Risiko eines Systemausfalls steigt, sowie erhöhte Anforderungen an die Funktionale Sicherheit, da durch einen zusätzlichen, zum Betrieb des Systems erforderlichen Sensor der Aufwand für die Berechnung des erreichbaren Performance Levels steigt. Durch ein weiteres Element in der FuSi-Kette besteht die Gefahr, den erforderlichen Performance Level nicht mehr zu erreichen. Zudem erfordert der Sensor einen erhöhten numerischen Aufwand auf dem Steuergerät, um basierend auf der Lenkwinkelinformation und der Fahrzeugkinematik die Fahrzeugbewegung zu prädizieren.
Es ist daher erstrebenswert, auf einen Lenkwinkelsensor verzichten zu können, aber dennoch eine Vorhersage über die Fahrzeugbewegung treffen zu können, um Falscherkennungen zu minimieren.
Bei dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Verfahren sowie dem Fahrzeug mit der das Verfahren steuernden Vorrichtung wird vorteilhafterweise auf den Lenkwinkelsensor und Informationen zur Fahrzeugkinematik verzichtet und stattdessen ein ohnehin zum Betrieb des Radarsensors erforderlicher Gierratensensor (zum Beispiel eine Inertialmesseinheit) genutzt. Eine Vorhersage der Fahrzeugbewegung erfolgt basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der vom Gierratensensor erfassten Gierbewegung des Fahrzeuges.
Gierratensensoren sind häufig auf MEMS-Basis konstruiert und bestechen durch niedrige Kosten, eine einfache und flexible Integration am Fahrzeug. Da sie zum Betrieb des Radarsensors ohnehin erforderlich sind (die Radarsensoren benötigen diese Information für die interne Signalverarbeitung), entstehen keine zusätzlichen Systemkosten.
Zwar kann aus der Gierrate nicht der Lenkwinkel abgeleitet werden (eine Integration ist aufgrund von gemessenen Offsets und unbekannten Anfangsbedingungen nicht möglich), dies macht sich jedoch nur im Fahrzeugstillstand bemerkbar, wobei in dieser Situation ja ein Eingriff ohnehin nicht möglich ist (Fahrzeug steht ja bereits).
Bezugszeichenliste

100: Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs
105: Schritt des Einlesens
110: Schritt des Bestimmens eines Objektpfadsignals
115: Schritt des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals
120: Schritt des Ermittelns
125: Schritt des Deaktivierens
200: Fahrzeug
205: Vorrichtung
210: Gierratensensor
212: Gierratensignal
217: Gierratenschnittstelle
220: Geschwindigkeitssensor
222: Geschwindigkeitssignal
227: Geschwindigkeitsschnittstelle
230: Radareinrichtung
232: Radarsignal
237: Radarschnittstelle
240: Objekt
250: Bestimmeinheit
252: Objektpfadsignal
254: Bewegungspfad des Objekts
256: Fahrzeugpfadsignal
258: Bewegungspfad des Fahrzeugs
260: Richtungseinheit
265: Fahrtrichtungssignal
270: Ermittlungseinheit
272: Kollisionssignal
276: Zeitsignal
280: Fahrantrieb
300: Schritt des Erfassens
305: Schritt des Übermittelns
310: Schritt des weiteren Erfassens
315: Schritt des weiteren Einlesens
320: Schritt des Berechnens
325: Teilschritt des Ermittelns
330: Teilschritt des Bestimmens
335: Teilschritt des Übermittelns
340: Schritt des Erzeugens
500: vorderer Fahrzeugteil
505: hinterer Fahrzeugteil
510: weiterer Gierratensensor
512: weiteres Gierratensignal
517: weitere Gierratenschnittstelle
530: weitere Radareinrichtung
532: weiteres Radarsignal
537: weitere Radarschnittstelle
540: weitere Objekt
545: vorderer Bereich
550: hinterer Bereich
555: Nutzerschnittstelle
700: Gierrate
705: zweite Gierrate
710: dritte Gierrate
M: Knickgelenk

Claims

Verfahren (100) zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs (200), das mindestens einen Gierratensensor (210), einen Geschwindigkeitssensor (220) und eine Radareinrichtung (230) umfasst, wobei das Verfahren (100) folgende Schritte (105, 110, 115, 120) aufweist: Einlesen (105) eines Gierratensignals (212) von einer Gierratenschnittstelle (217) zu dem Gierratensensor (210), eines Geschwindigkeitssignals (222) von einer Geschwindigkeitsschnittstelle (227) zu dem Geschwindigkeitssensor (220) und eines Radarsignals (232) von einer Radarschnittstelle (237) zu der Radareinrichtung (230), wobei das Gierratensignal (212) eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs (200) repräsentiert und wobei das Geschwindigkeitssignal (222) eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs (200) repräsentiert und wobei das Radarsignal (232) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in einer Umgebung des Fahrzeugs (200) erfassten Objekt (240) repräsentiert; Bestimmen (110) eines Objektpfadsignals (252) unter Verwendung des Gierratensignals (212), des Geschwindigkeitssignals (222) und des Radarsignals (232), wobei das Objektpfadsignal (252) einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254) des Objekts (240) repräsentiert; Bestimmen (115) eines Fahrzeugpfadsignals (256) unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222), wobei das Fahrzeugpfadsignal (256) einen voraussichtlichen Bewegungspfad (258) des Fahrzeugs (200) repräsentiert; und Ermitteln (120) eines Kollisionssignals (272) unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256), wobei das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) anzeigt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt des Bestimmens (115) des Fahrzeugpfadsignals (256), das Fahrzeugpfadsignals (256) ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (120) des Ermittelns unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256) ein Zeitsignal (276) ermittelt wird, wobei das Zeitsignal (276) eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (300) des Erfassens der Relativposition und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) unter Verwendung der Radareinrichtung (230) und/oder dem Gierratensensor (210) und/oder dem Geschwindigkeitssensor (220).
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (105) des Einlesens das Radarsignal (232) die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Nahbereichs von maximal 5 Metern zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Schritt (105) des Einlesens das Radarsignal (232) die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von mindestens 5 Metern zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (320) des Berechnens eines zu überwachenden Bereichs im Umfeld des Fahrzeugs (200) unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222), wobei im Schritt des Ermittelns (120) das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) innerhalb des zu überwachenden Bereichs anzeigt.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Fahrzeug (200) als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil (500) und einem hinteren Fahrzeugteil (505) ausgebildet ist, wobei der Gierratensensor (210) und die Radareinrichtung (230) am vorderen Fahrzeugteil (500) angeordnet sind und wobei am hinteren Fahrzeugteil (505) ein weiterer Gierratensensor (510) und eine weitere Radareinrichtung (530) angeordnet sind, wobei der Schritt (110) des Bestimmens des Objektpfadsignals (252) durchgeführt wird, wenn ein Fahrtrichtungssignal (265) eine Vorwärtsfahrt anzeigt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 8, wobei im Schritt (105) des Einlesens ein weiteres Gierratensignal (512) von einer weiteren Gierratenschnittstelle (517) zu dem weiteren Gierratensensor (510) und ein weiteres Radarsignal (532) von einer weiteren Radarschnittstelle (537) zu der weiteren Radareinrichtung (530) eingelesen wird, wobei das weitere Gierratensignal (512) eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils (505) repräsentiert und wobei das weitere Radarsignal (532) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in der Umgebung des Fahrzeugs (200) erfassten weiteren Objekt (540) repräsentiert, wobei im Schritt (110) des Bestimmens eines Objektpfadsignals (252) ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals (512) und des weiteren Radarsignals (532) bestimmt wird, wenn das Fahrtrichtungssignal (265) eine Rückwärtsfahrt anzeigt, wobei das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts (540) repräsentiert, und wobei im Schritt (115) des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals (256) das Fahrzeugpfadsignal (256) unter Verwendung des weiteren Gierratensignals (512) und des Geschwindigkeitssignals (222) bestimmt wird, und wobei im Schritt (120) des Ermittelns das Kollisionssignal (272) unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals (256) ermittelt wird, wobei das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem weiteren Objekt (540) anzeigt.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (120) des Ermittelns das Kollisionssignals (272) an eine Nutzerschnittstelle (555) ausgegeben wird, um eine visuelle und/oder auditive und/oder haptische Warnmeldung zu erzeugen.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (125) des Deaktivierens eines Fahrantriebs (280) des Fahrzeugs (200) unter Verwendung des Kollisionssignals (272).
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.