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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Trajektorie zum Befahren einer Fahrbahn, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Hintergrund der Erfindung
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Unter Aquaplaning wird das Aufschwimmen eines Rades eines Kraftfahrzeugs auf einem Wasserfilm einer nassen Fahrbahn verstanden. Dabei entsteht, wenn das vom heranrollenden Rad verdrängte Wasser auf der Fahrbahn nicht mehr schnell genug abfließen kann (verdrängte Wassermenge pro Zeiteinheit), ein Wasserkeil, der sich unter das Rad schiebt und dieses vollständig von der Fahrbahn trennt. Mit Eintritt des Aquaplaning wird die Reibung zwischen Rad und Straße auf einen niedrigen Wert verringert, wodurch Lenk- oder Bremskräfte kaum noch auf die Fahrbahn übertragen werden können und der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug verlieren kann. Da Aquaplaning den Fahrer meist unvorbereitet trifft und bei hohen Geschwindigkeiten auftritt, ist es zur Verhinderung von Unfällen im Straßenverkehr notwendig, die Gefahr von Aquaplaning schnellstmöglich zu erkennen.
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Dazu können Verfahren eingesetzt werden, die stehendes Wasser in Spurrinnen erkennen und bei starkem Regen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anpassen und/oder versetzt zu den Spurrinnen, aber in der Spur der Fahrbahn fahren. Weiterhin ist es möglich, das Spritzwasser eines oder mehrerer der Räder des Fahrzeugs, welches beispielsweise durch eine Kamera in der Nähe des Rades aufgenommen wurde, zu analysieren, um daraus auf den Fahrbahnzustand und die Aquaplaninggefahr zu schließen. Andere Möglichkeiten zur Bestimmung des Fahrbahnzustandes bestehen in der Analyse des Reflexionsverhaltens der Fahrbahn oder mittels Akustik.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Trajektorie zum Befahren einer nassen Fahrbahn, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung stellt eine einfache Möglichkeit bereit, um eine Trajektorie auf einer nassen Fahrbahn zu ermitteln, durch die, wenn dieser gefolgt wird, eine dem Fahrzeug vorausliegende Strecke auf einer nassen Fahrbahn in einer möglichst kurzen Zeit abgefahren werden kann. Dabei wird für ein oder mehrere Räder eines Fahrzeugs eine maximale Geschwindigkeit auf der dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke ermittelt, bis zu der kein Aquaplaning droht. Bei der dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke kann es sich um einen unmittelbar dem Fahrzeug dem Fahrzeug vorausliegenden Streckenabschnitt oder um eine zuvor in einem Navigationssystem geplante Route handeln.
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Dazu bedient sich die Erfindung insbesondere der Erstellung einer Karte mit Geschwindigkeitspunktwerten, die die maximale Geschwindigkeit, bis zu der kein Aquaplaning droht, an einem bestimmten Punkt bzw. einer bestimmten Stelle auf der dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke angibt. Unter einer Karte kann hierbei insbesondere ein Datensatz verstanden werden, welcher eine Zuordnung bevorzugt je eines Geschwindigkeitspunktwerts zu je einem räumlichen Punkt auf der Fahrbahn, insbesondere auf der dem Fahrzeug dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke, umfasst. Anhand dieser Geschwindigkeitspunktwerte in der Karte wird eine Trajektorie so bestimmt, dass eine für die Trajektorie bestimmte Kostengröße optimiert wird. Die Kostengröße kann z.B. die zum Durchfahren benötigte Zeit sein, die minimiert wird, oder die Durchschnitts- oder Maximalgeschwindigkeit, die maximiert wird. Auch die Optimierung anderer Kostengrößen ist denkbar. Damit kann vorteilhaft Aquaplaning vermieden werden und es wird nicht erst eingegriffen, wenn bereits Aquaplaning auftritt.
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Die Geschwindigkeitspunktwerte werden dabei bspw. durch eine Modellierung bzw. Simulation bestimmt. Diese Modellierung bzw. Simulation kann von einer Recheneinheit direkt im Fahrzeug oder einer fahrzeugfremden Recheneinheit (z.B. in der sog. Cloud) durchgeführt werden.
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Dadurch, dass eine Möglichkeit bestimmt wird, wie ein Streckenabschnitt ohne Aquaplaninggefahr durchfahren werden kann, kann die Anzahl, Häufigkeit bzw. die Gefahr von Unfällen im Straßenverkehr reduziert werden, und durch die Ausnutzung der fahrdynamischen Grenzen kann ein flüssiger Straßenverkehr gewährleistet werden.
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Durch die Bestimmung einer solchen Karte mit Geschwindigkeitspunktwerten können weiterhin auch Spurrinnen durchfahren werden, wenn keine Ausweichmöglichkeiten oder versetztes Fahren bei Spurrinnen möglich ist oder keine Aquaplaninggefahr bei den zugelassenen Geschwindigkeiten besteht. Dadurch lassen sich unnötigen Fahrmanöver wie versetztes Fahren zu Spurrinnen vermeiden und somit sowohl die Unfallgefahr reduzieren als auch ein flüssiger Straßenverkehr gewährleisten.
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Weiterhin kann der Fahrer vor dem Eintreten von Aquaplaning über die Gefahr informiert werden und der Fahrer selbst oder die Assistenzsysteme können rechtzeitig eingreifen. Beispielsweise können die Geschwindigkeit und/oder Führungskräfte (Quer- und Längsbeschleunigung) durch Begrenzung des Lenkwinkels, der Brems- und/oder Vortriebskräften begrenzt werden, so dass es erst gar nicht zu einem Traktionsverlust oder beginnendem Aquaplaning kommt.
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Zusätzlich kann auf kostspielige Systeme, wie ein Sprühstoßsystem vor den Rädern, verzichtet werden oder diese können ergänzend zur Erhöhung der fahrdynamischen Grenzen verwendet werden.
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In einer Ausführungsform ist die Kostengröße ein Maximalwert oder Minimalwert oder Durchschnittswert einer Geschwindigkeit, einer Längsbeschleunigung, einer Seitenbeschleunigung und/oder eine benötigte Zeit zum Abfahren der dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke. In die Seitenbeschleunigung, die insbesondere beim Umfahren von Kurven relevant ist, fließen unter anderem die derzeitige Geschwindigkeit sowie ein Lenkwinkel ein. Bei der Optimierung der Kostengröße kann diese je nach Anwendungsfall maximiert oder minimiert werden. Die Kostengröße kann weiterhin für ein Zusammenspiel mehrerer der genannten Größen optimiert werden. Dadurch kann die optimale Trajektorie bestimmt werden und dadurch die Anzahl, Häufigkeit bzw. die Gefahr von Unfällen im Straßenverkehr reduziert und durch die Ausnutzung der fahrdynamischen Grenzen ein flüssiger Straßenverkehr gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Geschwindigkeitspunktwerte anhand einer geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängung des einen oder der mehreren Räder und einer zu verdrängenden Wassermenge auf einer dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke bestimmt. Dabei können die Geschwindigkeitspunktwerte für jedes der Räder, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Straßenbedingungen auf der linken und rechten Seite einer Fahrbahn, voneinander abweichen. Daher kann zum Beispiel bei einer bestimmten Geschwindigkeit die Gefahr von Aquaplaning für die linken Räder bestehen, während bei dieser Geschwindigkeit für die rechten Räder keine Gefahr des Aquaplanings vorliegt. Werden Geschwindigkeitspunktwerte für mehrere Räder bestimmt, kann die kleinste maximale Geschwindigkeit für den Geschwindigkeitspunktwert in die Karte aufgenommen werden, die der kleinsten maximalen Geschwindigkeit aller Räder entspricht. Alternative können auch Geschwindigkeitspunktwerte für jedes der Räder in die Karte aufgenommen werden. Wird der Geschwindigkeitspunktwert nur für ein Rad bestimmt, kann die maximale Geschwindigkeit unter Einbeziehung eines Sicherheitsabschlags angepasst werden. Dadurch kann die Trajektorie einfacher bestimmt werden, wodurch dennoch die Anzahl, Häufigkeit bzw. die Gefahr von Unfällen im Straßenverkehr reduziert wird, und durch die Ausnutzung der fahrdynamischen Grenzen ein flüssiger Straßenverkehr gewährleistet werden kann.
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In einer Ausführungsform wird die zu verdrängende Wassermenge anhand einer Wasserhöhe auf einer dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke bestimmt wird. Eine Möglichkeit, die Wasserhöhe auf der vorausliegenden Strecke zu bestimmen, besteht in der Auswertung eines durch einen Sensor von der vorausliegenden Strecke aufgenommen Bildes. Dabei kann beispielsweise im Frontbereich des Fahrzeugs eine Kamera platziert sein oder eine Kamera, die bereits für andere Zwecke am Fahrzeug angebracht ist, als Sensor verwendet werden. Das aufgenommene Bild kann anschließend zum Beispiel mit einem in einem Speicher vorhanden Bild der Strecke in einem trockenen Zustand verglichen werden, um daraus die Wasserhöhe auf der Fahrbahn zu bestimmen. Dadurch kann die zu verdrängenden Wassermenge in einfacher und zuverlässiger Weise bestimmt werden und die Erfindung zuverlässig und kostengünstig implementiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Wasserhöhe empfangen, insbesondere von einem vorausfahrenden Fahrzeug, einem Navigationssystem und/oder einem Verkehrsleitsystem. Durch den Empfang der Wasserhöhe aus externen Quellen können auch Fahrzeuge ohne Sensoren zur Bestimmung der Wasserhöhe die Erfindung mit den zuvor beschriebenen Vorteilen verwenden. Auch ist es Fahrzeugen, die einen Sensor zur Bestimmung der Wasserhöhe aufweisen, möglich, die Erfindung trotz eines verschmutzten oder defekten Sensors anzuwenden und dadurch die zuvor genannten Vorteile zu erzielen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung für das eine oder die mehreren Räder durch an dem Rad auftretendes Spritzwasser bestimmt. Bei einer trockenen Fahrbahn ist in der Regel kein Spritzwasser vorhanden, so dass aus der Abwesenheit von Spritzwasser auf eine trockene Fahrbahn geschlossen werden kann. Tritt dagegen Spritzwasser auf, so ist dies ein Indiz dafür, dass es sich um eine nasse Fahrbahn handelt, also um eine Fahrbahn, auf der sich ein Wasserfilm befindet. Solange das Rad des Fahrzeugs noch in direktem Kontakt mit der Fahrbahn steht, wird es sich bei dem Spritzwasser zumindest größtenteils um Spritzwasser handeln, welches aufgrund der Radialbewegung des Rades in das Radhaus geschleudert wird. Mit zunehmender Aquaplaningwahrscheinlichkeit wird darüber hinaus auch vermehrt Spritzwasser zur Seite oder gegebenenfalls sogar nach vorne verdrängt. Dadurch kann die Bestimmung der Geschwindigkeitspunktwerte verbessert werden, da die maximale Geschwindigkeit, bis zu der kein Aquaplaning droht, genauer festgestellt werden kann. Dadurch kann die Bestimmung der Trajektorie verbessert werden und somit die Anzahl, Häufigkeit bzw. die Gefahr von Unfällen im Straßenverkehr reduziert werden, und durch die Ausnutzung der fahrdynamischen Grenzen ein flüssiger Straßenverkehr gewährleistet werden.
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In einer Ausführungsform kann anhand eines Winkels und/oder der Richtung und/oder der Wurfweite des Spritzwassers, welches an dem Rad auftritt, auf die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung rückgeschlossen werden. Dadurch kann die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung zuverlässig und in Echtzeit bestimmt werden und somit die Bestimmung der Geschwindigkeitspunktwerte verbessert werden, wodurch die zuvor genannten Vorteile der Erfindung zuverlässig erzielt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform werden der Winkel und/oder die Richtung und/oder die Wurfweite des Spritzwassers durch Auswertung eines Bildes, dass in einem Bereich um das eine oder die mehreren Räder des Fahrzeugs durch einen Sensor aufgenommen wird, bestimmt. Dazu kann beispielsweise im Radhaus des betreffenden Rads des Fahrzeugs eine Kamera platziert sein, die den Raum um das Rad aufnimmt. Es können Kameras in jedem Radhaus des Fahrzeugs oder nur in ausgewählten Radhäusern verbaut werden. Durch die Verwendung eines Sensors zur Aufnahme eines Bildes kann die Bestimmung der geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängung in einfacher und kostengünstiger Weise implementiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung anhand eines Reifentyps des Rads oder einer herstellerspezifischen Reifenprofilgestaltung des Rads und einem Reifenverschleiß des Rads bestimmt werden. Diese Daten können beispielsweise in einem Speicher des Fahrzeugs gespeichert sein und mit geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängungen bei unterschiedlichen Wasserhöhen verknüpft sein. Einerseits kann durch das Hinzuziehen weiterer Parameter zur Bestimmung der geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängung diese präziser und zuverlässiger bestimmt werden, was zu einer weiteren Optimierung der Trajektorie führt. Andererseits kann auf den Einbau von Sensoren oder anderen Bauteilen zur Bestimmung der geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängung verzichtet werden und dadurch die Erfindung in kostengünstiger Weise und in Fahrzeugen, die die Sensoren nicht aufweisen implementiert werden.
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Weiterhin können die Wasserhöhen auf der Fahrbahn durch die Menge des verdrängten Wassers plausibilisiert bzw. korrigiert werden. Beim Durchfahren von Wasseransammlungen stellt das zu verdrängende Wasser auf der Fahrbahn einen zusätzlichen Fahrwiderstand dar, welcher anhand der Rückwirkungen auf das Fahrzeugsystem gemessen werden kann, da die Menge an verdrängtem Wasser an den Beschleunigungswerten des Fahrzeugs (Verzögerungen) messbar ist. Damit können die mittels der bildgebenden Sensoren lokalisierten 3D-Wassertiefen bzw. Wasserhöhen auf diesen Trajektorien plausibilisiert bzw. korrigiert bzw. fusioniert und somit die Bestimmung der Trajektorie optimiert werden, wodurch sich die zuvor genannten Vorteile der Erfindung erzielen lassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zur Bestimmung der Geschwindigkeitspunktwerte weiterhin einer oder mehrere der folgenden Parameter verwendet werden: Fahrbahntopologie der vorausliegenden Strecke, Fahrbahnbelag der vorausliegenden Strecke, Reifendruck eines oder mehrere der Räder des Fahrzeugs. Umso mehr Parameter zur Bestimmung der Geschwindigkeitspunktwerte verwendet werden, desto genauer kann die maximal mögliche Geschwindigkeit, bei der noch kein Aquaplaning auftritt, bestimmt werden und umso genauer kann eine Trajektorie bestimmt werden, die für eine ausgewählte Kostengröße optimal ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann durch einen Sensor eine Spur verdrängten Wassers eines vorausfahrenden Fahrzeugs erkannt und die Geschwindigkeitspunktwerte der Karte entlang dieser Spur angepasst werden. Durch die Verdrängung des Wassers durch das vorausfahrende Fahrzeug wird die Menge an Wasser auf der dem Fahrzeug vorausliegenden Strecke reduziert, da das Wasser aus der Spur zur Seite verdrängt wird und eine gewisse Zeit benötigt, um wieder in die Spur zurückzufließen. Dadurch verringert sich auch die zu verdrängende Wassermenge auf der vorausliegenden Strecke, wodurch sich die Geschwindigkeitspunktwerte verändern und angepasst werden müssen. Je nach Kostengröße kann dies dann dazu führen, dass die Trajektorie in diese Spur gelegt wird, weil dort eine Trajektorie mit höheren Geschwindigkeiten ermöglicht wird. Insbesondere kann dabei die Zeit bis zum Erreichen der jeweiligen vorausliegenden Punkte berücksichtigt werden und dass sich in dieser Zeit die durch das vorausfahrende Fahrzeug freigefahrene Spur wieder mit Wasser füllt bzw. füllen kann. Die Vorhersage kann aus dem, für die Kamera sichtbaren, verdrängten und sich wieder mit Wasser füllenden Spurverlauf abgeleitet werden. Der dazu verwendete Sensor kann beispielsweise der gleiche Sensor sein, der zur Bestimmung der Wasserhöhe verwendet wurde. Alternativ kann auch ein zusätzlicher Sensor, beispielsweise eine zusätzliche Kamera, am Fahrzeug verbaut werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Karte weiterhin mit Reibungskoeffizienten versehen, die den Geschwindigkeitspunktwerten in der Karte zugeordnet sind, und die Trajektorie kann anhand der Geschwindigkeitspunktwerte und den Reibungskoeffizienten bestimmt werden. Die Reibungskoeffizienten können dabei in einem Speicher des Fahrzeugs gespeichert sein und beispielsweise aus im Voraus durchgeführten Testreihen bei verschiedenen Wassertiefen, Fahrbahnbelägen und Geschwindigkeiten stammen. Alternativ können die Reibungskoeffizienten durch Fahrzeug-Sensordaten auf dem jeweiligen Streckenabschnitt bestimmt werden oder von vorausfahrenden Fahrzeugen oder Infrastruktur empfangen werden, beispielsweise über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (Car-to-Car, C2C bzw. Vehicle-to-Vehicle, V2V) oder über andere Kommunikationssysteme (Car-to-X (everything), C2X bzw. Vehicle-to-X, V2X) statt. Dadurch kann die Karte mit aktuellen Reibungskoeffizienten auf der vorausliegenden Strecke versehen werden, wodurch sich die Reibungskoeffizienten für jedes der Räder bestimmen lässt. Die Bestimmung der Reibungskoeffizienten kann dabei mittels bekannter Verfahren, beispielsweise basierend auf der Drehzahldifferenz verschiedener Räder, bestimmt werden, wobei auf
DE 10 2019 212 566 A1 oder
DE 10 2013 226 997 A1 verwiesen sei.
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Dadurch, dass nicht nur die maximalen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeitspunktwerte) auf der Karte vorhanden sind, sondern auch die durch die nasse Fahrbahn verringerten Reibungskoeffizienten, können auch maximal mögliche Längs- und Quer- bzw. Seitenbeschleunigungen in die Bestimmung der Trajektorie mit einbezogen werden. Durch eine nasse Fahrbahn wird der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und den Rädern des Fahrzeugs verringert, sodass auch die Beschleunigung bzw. das Abbremsen des Fahrzeugs und das Kurvenverhalten an die neuen Bedingungen angepasst werden müssen. Durch Einbeziehen der Reibungskoeffizienten kann somit eine maximal mögliche Beschleunigung sowie eine neue Länge eines Bremsweges bestimmt werden und in die Bestimmung der Trajektorie mit einfließen. So kann beispielsweise der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vergrößert werden, wenn sich der Bremsweg verlängert. Dadurch werden auch die Sichtverhältnisse des Fahrers verbessert, der nicht länger bzw. nicht mehr so stark dem Spritzwasser des vorausfahrenden Fahrzeugs ausgesetzt ist. Auch kann bestimmt werden, wie schnell bzw. wie steil eine Kurve gefahren werden kann, ohne dass das Fahrzeug auf der Fahrbahn ins Rutschen kommt. Dadurch kann die Gefahr eines Unfalls weiter verringert werden und die fahrdynamischen Grenzen besser bestimmt werden, wodurch ein flüssigerer Straßenverkehr erreicht werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Trajektorie einem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt und/oder der Fahrer wird bei der Führung des Fahrzeugs durch eine Steuerung unterstützt. Beispielsweise wird der Fahrer gewarnt und/oder es werden ihm auf einer eventuell augmentierten Anzeige die sicherste vorausliegende Trajektorie und/oder Hinweise zur Führung des Fahrzeugs und der Geschwindigkeit angezeigt. Bei den Hinweisen kann es sich um einen Lenkwinkel, ein Symbol, das eine Richtung zum Lenken anzeigt, eine maximale Geschwindigkeit, ab der Aquaplaning stattfindet, usw. handeln. Weiterhin ist zusätzlich die Anzeige der Wasser- und/oder Fahrbahn-Topologie und/oder der Geschwindigkeitspunktwerte, bevor Aquaplaning droht, und/oder der maximal möglichen Quer- und/oder Längsbeschleunigungen möglich. Dies kann beispielsweise auch augmentiert dem vorausliegenden Straßenverlauf überlagert werden. Dabei kann der Fahrer in diesem Fall selbst über die Trajektorie entscheiden und wird durch die angezeigten Informationen lediglich unterstützt. Weiterführend kann die (elektrische bzw. elektrisch unterstützte) Lenkung den Fahrer weiter unterstützen, indem bei zu großen Lenkwinkeländerungen und/oder Beschleunigungen die Lenkung und/oder die Pedale haptische Rückmeldungen geben bzw. Gegenkräfte aufbauen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Fahrzeug durch eine in dem Fahrzeug verbauten Steuerung entlang der Trajektorie bewegt werden. Dabei wird die Lenkung und/oder Geschwindigkeitsregelung komplett durch die Steuerung des Fahrzeugs übernommen und das Fahrzeug entlang der sichersten und schnellsten Trajektorie gesteuert bzw. auf diese zurückgeführt. Dadurch kann der Fahrer in schwierigen Fahrsituationen, bei denen eine hohe Gefahr von Aquaplaning besteht, beispielsweise bei Starkregen, entlastet werden, und die Gefahr für einen Unfall kann verringert werden bzw. ein flüssiger Straßenverkehr kann erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird in einem Fall, in dem die bestimmte Trajektorie aufgrund einer Verkehrssituation nicht mit der durch die Geschwindigkeitspunktwerte angegebenen maximalen Geschwindigkeit befahrbar ist, die Trajektorie anhand der Geschwindigkeitspunktwerte und der Verkehrssituation neu bestimmt. Das heißt, mit anderen, in einem Fall, in dem bei einer aktuellen Verkehrssituation und Beibehaltung einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder einer aktuellen Längs- und/oder Seitenbeschleunigung bestimmt wird, dass es zu Aquaplaning kommen würde, die Geschwindigkeit und/oder Längs- und/oder Seitenbeschleunigung unter Beibehaltung einer Haftreibung der Räder des Fahrzeugs auf der Fahrbahn durch die im Fahrzeug verbaute Steuerung reduziert werden oder dem Fahrer Vorschläge angezeigt werden, so dass dieser eine Reduzierung veranlassen kann. Dabei wird insbesondere bestimmt, zu welchem Zeitpunkt und/oder an welchem Ort es bei welchem der Räder des Fahrzeugs zu Aquaplaning kommt. So kann beispielsweise in einem Fall, in dem lediglich eines der Räder aufschwimmen würde, dem Fahrer ein Hinweis gegeben werden, dass dieser durch Gegenlenken das entstehende Giermoment ausgleichen und somit die Kontrolle über das Auto behalten kann, indem er die Geschwindigkeit und/oder Längs- und/oder Seitenbeschleunigung reduziert. In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass beide Vorderräder zuerst aufschwimmen, kann dahingegen dem Fahrer der Hinweis gegeben werden, dass dieser lediglich abwarten sollte, bis die Vorderräder wieder Bodenhaftung erreichen, da bei Aquaplaning nur der Vorderräder das Fahrzeug weiterhin geradeaus fährt und auch die Längsachse des Fahrzeugs von der Hinterachse in Fahrtrichtung gehalten wird. Dadurch lässt sich insbesondere verhindern, dass unerfahrene Fahrer Fehler in einer gefährlichen Situation begehen, und dadurch kann die Unfallgefahr verringert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird in einem Fall, in dem die bestimmte Trajektorie aufgrund einer Verkehrssituation nicht mit der optimierten Kostengröße befahrbar ist, die Trajektorie anhand der Geschwindigkeitspunktewerte und der Verkehrssituation neu bestimmt. Dadurch kann die Erfindung auch bei einer stark befahrenen Straße weiterverwendet werden und es wird verhindert, dass das Fahrzeug unnötig beschleunigt und abgebremst wird, wodurch der rückwärtige Straßenverkehr behindert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann, wenn es zu Aquaplaning gekommen ist, anhand der Karte mit den Geschwindigkeitspunktwerten bestimmt werden, an welchem Punkt der vorausliegenden Strecke eines oder mehrere der Räder des Fahrzeugs wieder Fahrbahnkontakt erhalten, insbesondere indem bestimmt wird, an welchem Punkt der vorausliegenden Strecke eines oder mehrere der Räder des Fahrzeugs ausreichend Wasser verdrängen, und eine Maßnahme durchgeführt werden. Die Maßnahme kann insbesondere dazu dienen, dem Fahrer geeignete Vorschläge anzuzeigen, um die Kontrolle über das Fahrzeug zu behalten bzw. wiederzugewinnen. Dabei können dem Fahrer notwendige Lenkbewegungen oder das Unterlassen von Lenkbewegungen sowie die Reduzierung oder das Beibehalten der Geschwindigkeit als Vorschläge angezeigt werden. Alternativ kann als Maßnahme die Führung des Fahrzeugs durch die in dem Fahrzeug verbaute Steuerung ganz oder teilweise übernommen werden. Dabei kann die Führung nicht nur während des Aquaplanings übernommen werden, sondern auch unmittelbar vor und/oder nach dem Aquaplaning. Dadurch kann der Fahrer bzw. die Steuerung Maßnahmen ergreifen, um die Kontrolle über das Fahrzeug wiederzuerlangen bzw. zu behalten. Dadurch kann die Erfindung auch in Fällen angewendet werden, in denen es bereits zu Aquaplaning gekommen ist, wodurch schwere Unfälle vermieden werden können.
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Weiterhin kann das Verfahren auch mit bereits in dem Fahrzeug bestehenden Assistenzsystemen verknüpft werden, um dadurch deren Funktion zu verbessern. Aufgrund der Vorhersage der orts- und geschwindigkeitsbezogenen Aquaplaninggefahr und den zugeordneten Geschwindigkeiten und Quer- bzw. Seiten- und Längsbeschleunigungen können im Fahrzeug vorhandene Assistenzsysteme beispielsweise rechtzeitig komfortabel und energiesparend reagieren und Sicherheitsabstände zu vorausfahrenden Fahrzeugen vergrößern, um bremsfrei verzögern zu können (ACC), rechtzeitig die Spur wechseln bzw. versetzt fahren (Spurhalteassistent, Spurwechselassistent, Überholassistent), rechtzeitig Geschwindigkeiten bzw. Querbeschleunigungen in Kurven anpassen (Kurvenassistent) und/oder die Radaufstandskräfte mittels eines aktiven Fahrwerks rechtzeitig verändern, um eine höhere Haftreibung am kritischen Rad zu erzielen. Sich demnächst auf der vorausliegenden Trajektorie verändernde maximal mögliche Querbeschleunigungen können beim Seitenwindassistenten berücksichtigt werden, um rechtzeitig die Geschwindigkeit zu reduzieren und/oder machbare Lenkmanöver zu bestimmen und auszuführen. Weiterhin kann auch die Trajektorie vorher so angepasst werden, dass der Spurversatz infolge von Wind und geringerer zulässiger Querbeschleunigung nicht auf die andere Fahrbahn führt. Weiterhin können die zu erwartenden Reibwerte auf der vorausliegenden Trajektorie rechtzeitig in der Drehmomentverteilung berücksichtigt werden.
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Zusätzlich kann der Fluss des Straßenverkehrs verbessert werden, indem eine Vernetzung mit der Infrastruktur, Verkehrsleitsystemen und/oder C2X- und/oder C2C-Systemen stattfindet. Bestimmt beispielsweise eine Vielzahl von Fahrzeugen mit einer Ausgestaltung der Erfindung die Topologie (mit und ohne Wasser), die maximal möglichen Geschwindigkeiten und Quer- und Längsbeschleunigungen auf der Fahrbahn, so können Verkehrsleitsysteme sinnvolle Richtgeschwindigkeiten auf dynamischen Geschwindigkeitsanzeigen vorgeben, so dass ein flüssiger Verkehrsfluss gegeben ist. Weiterhin können Navigationssysteme Routen und Ankunftszeiten besser planen und prognostizieren, wenn sie einen Service verwenden, auf dem mit einer Ausgestaltung der Erfindung bestimmte Karten geteilt werden, d.h. über den eigenen Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung des Fahrzeugs hinaus informiert werden und die Informationen in die Trajektorienplanung und Steuerung bzw. Manöverplanung des Fahrzeugs einbeziehen. Dies ist insbesondere bei hintereinanderfahrenden Fahrzeugen und/oder schlechten Sichtverhältnissen vorteilhaft, da dadurch der Sichtbereich des Fahrzeugs vergrößert wird und so die Vorhersage der Fahrbahnbedingungen verbessert wird.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Zeichnungen und deren Beschreibung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine Fahrbahn in Draufsicht, auf der sich ein Fahrzeug befindet, das eine Ausgestaltung der Erfindung verwendet.
- 2 zeigt das Fahrzeug aus 1 in Rückansicht mit einem Sensor zur Bestimmung von Parametern von Spritzwasser.
- 3 zeigt eine Fahrbahn mit unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen und Spurrinnen, die mit Wasser gefüllt sind.
- 4 zeigt ein Blockdiagram einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer Trajektorie eines Fahrzeugs zum Befahren einer Fahrbahn.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Fahrbahn 3, auf der ein Fahrzeug 1 fährt, das eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens anwendet. Weiterhin ist eine auf die Fahrbahn 3 projizierte Karte 4 mit einer Vielzahl von Geschwindigkeitspunkten 5 gezeigt. Jedem Punkt auf der Karte wird durch das Verfahren eine Geschwindigkeit zugeordnet, die einer maximalen Geschwindigkeit entspricht, bis zu der keine Gefahr von Aquaplaning auftritt. Es versteht sich, dass diese Karte 4 in der Realität von dem Fahrzeug 1 nicht auf die Fahrbahn 3 projiziert wird, sondern hier nur der Veranschaulichung dient. Die Karte kann allerdings durch Augmentieren dem Sichtfeld des Fahrers überlagert werden. Anhand der Karte 4 mit der Vielzahl von Geschwindigkeitspunktwerten kann in einer Ausgestaltung der Erfindung eine optimale Trajektorie hinsichtlich einer Kostengröße bestimmt werden. Bei der Kostengröße handelt es sich beispielsweise um die Maximalgeschwindigkeit oder Durchschnittsgeschwindigkeit, mit der die vorausliegende Strecke abgefahren wird, und die maximiert werden soll.
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Beispielsweise kann als Kostengröße die Durchschnittsgeschwindigkeit maximiert werden, wodurch das Fahrzeug 1 mit der maximalen Geschwindigkeit, bei der es gerade noch nicht zu Aquaplaning kommt, entlang dieser Trajektorie geführt wird. Dazu kann einerseits die Wasserhöhe auf der Fahrbahn 3 und andererseits die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung durch Räder 2 (siehe 2) des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Zusätzlich können den einzelnen Geschwindigkeitspunkten 5 weiterhin Reibungskoeffizienten, die in einem in dem Fahrzeug 1 verbauten Speicher gespeichert sind, zugeordnet sein, sodass auch die Längs- und Querbeschleunigung in die Bestimmung der Trajektorie mit einbezogen werden kann.
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Die Wasserhöhe kann mittels eines Sensors 7, beispielsweise eines bildgebenden Sensors, bestimmt werden, indem ein Bild des dem Fahrzeug 1 vorausliegenden Streckenabschnitts aufgenommen wird und mit einem Bild, das den vorausliegenden Streckenabschnitt in einem trockenen Zustand zeigt, verglichen wird. Alternativ kann die Wasserhöhe auch von einem vorausfahrenden Fahrzeug 8 bestimmt werden, welches diese via C2C- oder C2X-Kommunikation an das Fahrzeug 1 sendet. Das Fahrzeug 1 kann die Wasserhöhe in der C2X-Kommunikation über ein Verkehrsleitsystem oder ein Navigationssystem des Fahrzeugs 1 empfangen.
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Zur Bestimmung der geschwindigkeitsbezogenen Wasserverdrängung durch eines oder mehrere der Räder 2 des Fahrzeugs 1 kann ein weiterer Sensor 6 ( 2) verwendet werden, der im Folgenden genauer beschrieben.
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2 zeigt das Fahrzeug 1 in Rückansicht mit dem Sensor 6 zur Bestimmung verschiedener Parameter von durch ein Rad 2 des Fahrzeug 1 verdrängtes Spritzwasser. Bei dem Sensor 6 kann es sich beispielsweise um eine bildgebende Einheit handeln, die im Radhaus angeordnet ist und einen Raum um das Rad 2 des Fahrzeugs 1 aufnimmt. Dabei wird das von der Fahrbahn 3 aufgewirbelte Spritzwasser aufgenommen und dessen Parameter, wie der Winkel SWi, in dem das Spritzwasser verdrängt wird, bestimmt. Weiterhin kann auch die Richtung SR, in die das Spritzwasser verdrängt wird, bestimmt werden. Solange das Rad des Fahrzeugs noch in direktem Kontakt mit der Fahrbahn steht, wird es sich bei dem Spritzwasser zumindest größtenteils um Spritzwasser handeln, welches aufgrund der Radialbewegung des Rades in das Radhaus geschleudert wird. Mit zunehmender Wahrscheinlichkeit von Aquaplaning wird darüber hinaus auch vermehrt Spritzwasser zur Seite oder gegebenenfalls sogar nach vorne auftreten. Als weiterer Parameter wird durch den Sensor 6 die Wurfweite SW des Spritzwassers bestimmt. Aus diesen Parametern lässt sich die seitliche Verdrängungsfähigkeit bei der gerade gefahrenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 bestimmen. Zusammen mit der Wasserhöhe und der daraus bestimmbaren, zu verdrängenden Wassermenge, damit das Rad 2 des Fahrzeugs 1 weiterhin Kontakt zu der Fahrbahn 3 hat, kann für jeden der Punkte 5 auf der Karte 4 der Geschwindigkeitspunktwert, also der Geschwindigkeitswert bestimmt werden, mit dem sich das Fahrzeug maximal bewegen kann, ohne dass es zu Aquaplaning kommt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die geschwindigkeitsbezogene Wassermenge, die durch die Räder verdrängt wird, auch anhand eines Reifentyps der Räder oder einer herstellerspezifischen Reifenprofilgestaltung der Räder und eines Reifenverschleißes der Räder bestimmt werden.
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Weiterhin können in einer Ausführungsform weitere Parameter wie eine Fahrbahntopologie der vorausliegenden Strecke, ein Fahrbahnbelag 3a, 3b, 3c der vorausliegenden Strecke, ein Reifendruck eines oder mehrerer der Räder des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Dazu ist beispielhaft in 3 ein Querschnitt einer Fahrbahn gezeigt. Auf der linken Seite ist ein Fahrbahnbelag 3a gezeigt, der eine raue Oberflächenstruktur aufweist und dadurch potenziell eine höhere Haftreibung zwischen dem Rad 2 des Fahrzeugs 1 und der Fahrbahn 3 aufweist. Dahingegen kann es bei einem Fahrbahnbelag 3b mit Spurrinnen zu einer niedrigeren Haftreibung zwischen dem Rad 2 des Fahrzeugs 1 und der Fahrbahn 3 kommen. Bei dem unterschiedlichen Fahrbahnbelag kann es sich dabei auch insbesondere um unterschiedlichen Asphalt handeln, der für verschiedene Straßen, in verschiedenen Ländern oder zu verschiedenen Zeitpunkten im Straßenbau verwendet wird Die beiden Spurrinnen können sich beispielsweise mit Wasser füllen, wodurch die Aquaplaninggefahr erhöht wird. Auch ist es möglich, dass sich unterschiedlich viel Wasser in den Spurrinnen der linken und der rechten Fahrbahnseite sammelt. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Wasserhöhe WTI in der linken Spurrinne deutlich höher als die Wasserhöhe WTr in der rechten Spurrinne. Auch dies sollte in die Bestimmung der Geschwindigkeitspunktwerte und der Trajektorie mit einfließen. Gleichermaßen kann sich die Tiefe der Spurrinne (Fahrbahntopologie) und damit auch die Wasserhöhe im Verlauf der vorausliegenden Strecke ändern, was zu einer erhöhten oder verringerten Aquaplaninggefahr bzw. zu einer niedrigeren oder höheren maximal fahrbaren Geschwindigkeit führt.
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4 zeigt ein Blockdiagram einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer Trajektorie eines Fahrzeugs zum Befahren einer Fahrbahn. Dabei erhält ein Rechenblock RB verschiedene Eingangsgrößen EG1, EG2, EG3, anhand derer eine Karte 4 mit Geschwindigkeitspunktwerten 5 bestimmt wird. Die Karte 4 kann wiederum ein Teil einer weiteren bzw. größeren GNSS- und/oder Umgebungsrepräsentations- (bspw. semantischen) basierten Karte oder Teilen davon sein. Anhand der Karte 4 mit den Geschwindigkeitspunktwerte bestimmt der Rechenblock RB die Trajektorie, mit der die vorausliegende Strecke oder eine zuvor geplante Route unter Optimierung einer Kostengröße befahren werden kann. Der Rechenblock RB gibt dabei an den Fahrer oder das Fahrassistenzsystem die bestimmte Trajektorie als Ausgangsgröße AG1 aus.
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Der Fahrer kann dann das Fahrzeug 1 entlang dieser Trajektorie, die ihm in einer eventuell augmentierten Anzeige angezeigt wird, steuern. Alternativ wird das Fahrzeug 1 automatisch vom Fahrassistenzsystem entlang dieser Trajektorie bewegt bzw. zunächst wieder auf die bestimmte Trajektorie zurückgebracht. Weiterhin kann der Rechenblock auch die Karte mit den Geschwindigkeitspunktwerten an Verkehrsleitsystemen und/oder C2X- und/oder C2C-Systeme ausgeben, um so den Fluss des Straßenverkehrs zu verbessern, da auch andere Fahrzeuge mittels der ermittelten Karte 4 ihr Fahrverhalten anpassen können.
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Wie bereits oben beschrieben handelt es sich bei den Eingangsgrößen EG1, EG2, EG3 primär um die Wasserhöhe und die geschwindigkeitsbezogene Wasserverdrängung des Rads 2 des Fahrzeugs 1. Weiterhin können auch andere Parameter hinzugezogen werden, um die Genauigkeit der Geschwindigkeitspunktwerte und dadurch der Trajektorie zu verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019212566 A1 [0023]
- DE 102013226997 A1 [0023]
