DE19736964B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Regelobjektes - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Regelobjekts als Bezugsobjekt für die Abstandsregelung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Schritte aufweist, um zu bestimmen, ob sich das Regelobjekt in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet und um das Regelobjekt als Bezugsobjekt zu bestimmen, wenn sich das Regelobjekt in dem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Schritte aufweist, die, wenn sich das Regelobjekt nicht in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet, eine Objektspur des Regelobjekts bestimmen, die eine Abschätzung des Wegs des Regelobjekts zu dessen zuletzt erfasster Position repräsentiert, und die das Regelobjekt als Bezugsobjekt bestimmen, wenn das Fahrzeug über die Objektspur fährt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Regelobjektes, welches sich in einem voraussichtlichen Fahrkorridor eines Fahrzeuges befindet, dessen Abstand zu dem Regelobjekt gemessen und auf einen vorgegebenen Sollabstand eingeregelt wird.
  • In automatischen Geschwindigkeits- und Abstandsregelungssystemen zur Erfassung der Verkehrssituation ist es üblich, mit Hilfe von Signalen von Gierratensensoren bzw. Querbeschleunigungssensoren eine Fahrspur des Kraftfahrzeuges vorauszusagen. Das heißt, es wird festgestellt, an welcher Stelle sich das Fahrzeug nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes aufhalten wird und welche vorausfahrenden Fahrzeuge sich im Fahrkorridor des eigenen Fahrzeuges aufhalten.
  • Für das abstandsgeregelte Fahren wird anhand der vom Radar ermittelten Objekte und aus der berechneten Fahrspur das Regelobjekt ermittelt. Dieses Objekt wird von einer Abstandsregeleinrichtung in Form eines Längsreglers zum Abstandsregeln verwendet.
  • Die Fahrspur ist dabei eine Annahme in die Zukunft, bei welcher das Fahrzeug in die Richtung fährt, die durch den ermittelten Radius vorgegeben wird. Ändert sich der Radius nicht schlagartig oder nur langsam, kann das ausgewählte Objekt gut gehalten werden.
  • In Grenzsituationen, wie Kurveneinfahrten oder Schlingern des Fahrzeuges, kann das Regelobjekt verloren bzw. nur kurzfristig detektiert werden.
  • Verliert nun der Sensor Objekte aus seinem Erfassungsbereich, reagiert die Abstandsregelung für das Gefühl des Fahrers falsch, in dem sie beispielsweise bei einem Fahrbahnwechsel des Vorderfahrzeuges aus der eigenen Fahrspur heraus, viel zu spät beschleunigt oder bei nur kurzzeitigem Objektverlust z. B. infolge von Bodenwellen, Talsohlen oder Hügelkuppen kurzzeitig und unerwartet Gas gibt.
  • In der gattungsbildenden US 5,629,851 A wird ein Abstandsregelungssystem beschrieben, das die Entfernung, die relative Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung von Fahrzeugen überwacht, die sich vor dem mit dem Abstandsregelungssystem ausgestatteten Fahrzeug oder in einer dazu benachbarten Fahrspur befinden. Zur Überwachung dient ein Radarsystem, das einen bestimmten Winkelbereich vor dem damit ausgestatteten Fahrzeug erfasst. Das Abstandsregelungssystem umfasst ferner eine Einrichtung zur Bestimmung der Entfernung der Bewegungsrichtung möglicher Regelungsobjekte relativ zum Bezugsfahrzeug. Bei der Bestimmung des am besten geeigneten Regelobjekts wird auch der voraussichtliche Weg des Bezugsfahrzeugs berücksichtigt. Verliert die Radareinrichtung des Abstandsregelungssystems jedoch das Regelungsobjekt, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, so behält das Bezugsfahrzeug seine momentane Geschwindigkeit so lange bei, bis der Kontakt zu dem Regelobjekt wiederhergestellt wird, oder bis das Bezugsfahrzeug aus der Kurve in eine gerade Fahrrichtung einschwenkt.
  • In der DE 43 42 257 A1 wird ein Kollisionsvermeidungssystem offenbart, das auf der Grundlage von bordeigenen Sensoren den Fahrtweg eines Kraftfahrzeugs berechnet und mit Hilfe einer Radareinrichtung Kraftfahrzeuge in einem Winkelbereich vor dem Fahrzeug erfasst. Zur Beurteilung, ob die Möglichkeit eines Kontakts des Fahrzeugs mit anderen Kraftfahrzeugen besteht, prüft die Kollisionsvermeidungseinrichtung, ob sich das Kraftfahrzeug innerhalb eines Winkelbereichs der Radarerfassung oder außerhalb desselben befindet. Die Kollisionsvermeidungseinrichtung prüft ferner, ob sich das Kraftfahrzeug im voraussichtlichen Fahrtweg des Fahrzeugs befindet. Die Relativgeschwindigkeit sowie die Entfernung zu diesem Kraftfahrzeug werden durch Interpolation berechnet.
  • Die DE 196 14 061 A1 offenbart darüber hinaus ein Zwischenfahrzeugentfernungs-Steuersystem für Kraftfahr-zeuge, bei dem Objekte in einem vorderen Bereich eines Fahrzeugs mit Hilfe eines Laserstrahls erfasst werden und die Wahrscheinlichkeit dafür bestimmt wird, dass sich diese Objekte in derselben Spur einer Straße wie das Systemfahrzeug bewegen.
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Fahrzeug auf derselben Spur wie das Systemfahrzeug bewegt, wird über eine veränderliche Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt, die auf den Relativpositionen und den relativen Winkeln der erfassten Objekte beruht. Basierend auf der Gleichspurwahrscheinlichkeit wird eines der erfassten Objekte als Regelobjekt zur Steuerung der Geschwindigkeit des Systemfahrzeugs ausgewählt.
  • Die DE 196 01 831 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung von relevanten Objekten, die von einem Abstandssensor eines Fahrzeugs erfasst werden, wobei die erfassten Objekte bereits erkannten und gespeicherten Objekten zugeordnet oder neu angelegt werden. Zur Ermittlung des für die Abstandsregelung relevanten Objekts werden die erfassten und zugeordneten Objekte klassifiziert und der Abstand anhand von Fahrzeugdaten, beispielsweise des Kurvenradius des Fahrzeugs, der über dessen Lenkwinkel bestimmt wird, ermittelt. Der Seitenversatz des Objekts zum mittleren Strahl wird dabei als Maß für die Relevanz eines Objekts als Regelobjekt verwendet.
  • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe anzugeben, ein Verfahren zur zuverlässigen Bestimmung des Regelobjektes anzugeben, welches auch bei Verlust des Regelobjektes eine dem Empfinden des Fahrers entsprechende Regelung ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man durch die Verknüpfung dieser Informationen zusätzliche Aussagen über die Relevanz des jeweils verlorenen Objektes erhält und die Abstandsregelung entsprechend differenzierter eingestellt wird. Damit wird die Anzahl der Objektverlustbedingten Fehlreaktionen der Abstandsregelung signifikant verringert.
  • In einer Ausgestaltung enthalten die fahrsituationscharakteristische Daten fahrzeugdynamische Daten und/oder fahrspurbezogene Daten.
  • Die fahrzeugdynamischen Daten sind dabei die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Fahrzeugbeschleunigung. Die fahrspurbezogenen Daten enthalten Aussagen über den gefahrenen Kurvenradius und deren Zeitverlauf.
  • Die fahrsituationscharakteristische Daten des Fahrzeuges werden in Prioritätsklassen eingeteilt, wobei fahrzeugdynamische Daten vorrangig bewertet werden.
  • Vorteilhafterweise enthalten die regelobjektspezifischen Daten fahrdynamische Eigenschaften des Regelobjektes. In den regelobjektspezifischen Daten ist der Ort des Objektverlustes enthalten. Neben der Aussage wo im Sensorbereich der Objektverlust stattfand sind auch die Eigenschaften und die Historie des jeweilig verlorenen Regelobjektes mit zu berücksichtigen.
  • Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines davon soll anhand der in den Figuren dargestellten Zeichnung näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
  • 1: Anordnung des Abstandsregelsystems am Kraftfahrzeug,
  • 2: prinzipieller Aufbau des Abstandsregelsystems,
  • 3: Anordnung zur Bestimmung des Fahrkorridors des Kraftfahrzeuges,
  • 4: Erfassung des Regelobjektes,
  • 5: Darstellung des Schleppobjektes.
  • In 1 ist an der Stoßstange 2 eines Kraftfahrzeuges 1 ein automatisches Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 zur Einhaltung des Sicherheitsabstandes von Fahrzeugen angeordnet. Bei Annäherung des geregelten Fahrzeuges an ein langsameres Fahrzeug wird automatisch der Abstand und die Geschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug reguliert. Ist die Fahrspur wieder frei, beschleunigt das System das Fahrzeug auf die zuvor eingestellte Wunschgeschwindigkeit.
  • Das Ein-/Ausschalten des Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystems 3 erfolgt per Bedienhebel 9. Auch die Wunschgeschwindigkeit des Fahrzeuges wird mit Hilfe des Bedienhebels 9 eingestellt. Die vom Fahrer gewünschte Reisegeschwindigkeit wird so gespeichert, erhöht oder verringert.
  • Über ein Bussystem 4 ist das automatische Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 mit der Motorsteuerung 5, der Bremse 7 und dem Getriebe 8 verbunden. Elektronische Befehle regulieren den Abstand und die Geschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug. Über eine Anzeigeeinheit 6, die ebenfalls von dem Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem 3 über das Bussystem 4, vorzugsweise einem CAN-Bus, angesteuert wird, wird die aktuelle Geschwindigkeit und auch der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug angezeigt.
  • Wie in 2 dargestellt, bildet das automatische Geschwindigkeits- und Abstandsregelsystem eine bauliche Einheit 3 zwischen Sensor 10, Sensorsignalaufbereitungsanordnung 11 und dem Abstandsregelsystem 12.
  • Das Abstandsregelsystem 12 weist dabei eine Einrichtung 12a zur Bestimmung der Fahrspur des Fahrzeuges und einer Objektspur des Vergleichsobjektes sowie einen Längsregler 12b auf, der den tatsächlichen Abstand zu einem Regelobjekt bestimmt, diesen mit dem eingegebenen Sollabstand vergleicht und bei Abweichungen durch Eingriffe in die oben beschriebene Fahrzeugkonfiguration 5, 7, 8 den Sollabstand zum Regelobjekt herstellt.
  • Der Sensor 10 ist dabei ein Radar- oder Lasersensor, der in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 60 ms in Fahrtrichtung des Fahrzeuges Signale aussendet, welche von den Fahrzeugen, die sich im Signalstrahl befinden, reflektiert werden. Aus diesen zurückgesendeten Signalen wird von der Signalaufbereitungsschaltung 11 der Abstand und die Relativgeschwindigkeit der vorausfahrenden Fahrzeuge bestimmt. Diese Meßergebnisse werden von der Signalaufbereitungsanordnung 11 an das Abstandsregelsystem 12 weitergegeben.
  • Wie in 3 dargestellt, besteht das Abstandsregelsystem aus einem leistungsstarken Mikrorechner 12, der wiederum aus einer zentralen Recheneinheit 13, einem Arbeitsspeicher 14, einem Festwertspeicher 15 sowie einer Ein-/Ausgabeeinheit 16 aufgebaut ist. Die Ein-/Ausgabeeinheit 16 erhält dabei von der Sensorsignalaufbereitungsanordnung 11 wie schon beschrieben die Informationen über den Abstand und die Relativgeschwindigkeit der vorausfahrenden Fahrzeuge. Die Aufgaben der Fahrspur- und Objektspurbestimmung sowie der Längsregelung werden von diesem Mikrorechner übernommen.
  • Am Fahrzeug selbst sind Inkrementscheiben 17 und 18 an den jeweils beiden nicht weiter dargestellten Vorderrädern angeordnet. Den Inkrementscheiben 17, 18 gegenüberliegend sind Drehzahlsensoren 19, 20 angeordnet. Die von den Drehzahlsensoren 19, 20 detektierten Drehzahlsignale werden ebenfalls über die Ein-/Ausgabeeinheit 16 dem Mikrorechner 12 zugeführt. Der Mikrorechner 12 berechnet aus dem vom Sensor 10 gelieferten Signalen (Abstandssignal und Relativgeschwindigkeitssignal) und mit Hilfe der Radgeschwindigkeiten die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen beiden Fahrzeugen und ermittelt aus diesen den sicheren Mindestabstand. Wird diese unterschritten, warnt das System bei aktivierter Warnfunktion den Fahrer.
  • Bei Annäherung an ein langsameres Fahrzeug übernimmt der Mikrorechner 12 durch automatisches Schließen der Drosselklappe 5 eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und regelt so den eingestellten Sollabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, wobei der Sollabstand immer größer/gleich dem gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsabstand ist. Neben dem automatischen Schließen der Drosselklappe 5 ist auch eine Einwirkung auf die Bremse 7 und/oder eine Ansteuerung der Getriebesteuerung 8 zur Verringerung der Fahrgeschwindigkeit möglich. Die Ansteuerung der Drosselklappe 5, der Bremse 7 oder des Getriebes 8 erfolgt dabei über je eine elektrische Endstufe 23. Ist die Fahrspur wieder frei, beschleunigt der Mikrorechner 12 das Fahrzeug auf die eingestellte Maximalgeschwindigkeit. Bei einer Fahrzeugvorausfahrt ist immer die Abstandsregelung aktiv.
  • Weiterhin ist der Mikrorechner 12 mit Schaltern der Fahrzeugbremse 21 bzw. der Fahrzeugkupplung 22 verbunden. Werden diese vom Fahrer über das Kupplungs- und Bremspedal betätigt, bewirken sie im Normalbetrieb ein Abschalten der Regelung.
  • Im Mikroprozessor 12 bildet der Längsregler 12b den Vergleich zwischen einem Soll- und Istwert eines in der Software abgelegten Regelungskonzeptes. Ist man im Regelbereich, so wird vom Mikrorechner ein Ausgangssignal ausgegeben, das vom Regelungskonzept ermittelt wird.
  • Aus den von den Drehzahlsensoren 19, 20 erfaßten Drehzahlsignalen ermittelt die im Mikroprozessor 12 gebildete Einrichtung zur Fahr- und Objektspurbestimmung 12a die Gierrate des Kraftfahrzeuges. Die Gierrate bestimmt sich wie folgt:
    Figure 00070001
    wobei
    • ΔvVR
    die Geschwindigkeitsdifferenz der Vorderräder des Kraftfahrzeuges,
    s
    die Spurbreite zwischen den Vorderrädern,
    v
    die Fahrzeuggeschwindigkeit,
    k
    der Dynamikkorrekturfaktor ist.
  • Mit Hilfe der so bestimmten Gierrate wird nun die Fahrspur 25 des Kraftfahrzeuges 1 aus dem Kurvenradius
    Figure 00070002
    berechnet.
  • Der von jedem Vorderrad gefahrene Radius bestimmt sich aus dem Quotienten der Radgeschwindigkeit vR durch die Gierrate φ . .
  • Nach der Gierratenbestimmung wird die Fahrspur 25 bestimmt.
  • Wie in 4 dargestellt, erfaßt das Fahrzeug 1 mit Hilfe des ausgesendeten Radarstrahles 24 mehrere Fahrzeuge E1, E2, E3, E4. Die Sensorauswerteelektronik 11 ermittelt von diesen vier Objekten E1, E2, E3, E4 den Abstand zum zu regelnden Fahrzeug 1 in Form der Positionskoordinaten x, y und die Relativgeschwindigkeit jedes Fahrzeuges zum Kraftfahrzeug 1.
  • Aufgrund des Regelalgorithmus wurde das Fahrzeug E4 als Regelobjekt ausgewählt.
  • Es wird nun geprüft, ob sich das Objekt E4 auf der voraussichtlichen Fahrspur 25 des Kraftfahrzeuges 1 befindet. Es wird also festgestellt, ob sich die Koordinaten x, y des Objektes E4 innerhalb der Fahrspur 25 befinden. Ist dies der Fall, wird auf dieses Objekt geregelt.
  • Befindet sich das Regelobjekt E4 nicht im Fahrschlauch 25, wird überprüft, ob das Kraftfahrzeug 1 über die gleiche Stelle fährt wie das Regelobjekt E4.
  • Zu diesem Zweck wird eine Objektspur vom Mikrorechner 12 bestimmt. Die Objektspur ist dabei die Spur, die das vorausfahrende Regelobjekt R unter bestimmten Voraussetzungen gefahren wäre. Die Objektspur enthält dabei verschiedene imaginäre Positionen xI, yI des Regelobjektes R. Diese Positionen xI, yI sollen durch die imaginären Objekte RI in 5 dargestellt werden.
  • Der Abstandsregler 12 des Kraftfahrzeuges 1 ermittelt die Objektspur des vorausfahrenden Regelobjektes R anhand der Geschwindigkeit und der Gierrate des zu regelnden Kraftfahrzeuges 1. Für dieses Regelobjekt R ergibt sich gedanklich eine Schleppe von imaginären Positionen, die es ausgehend von seiner tatsächlich durch den Radarsensor erfaßten Position unter der Voraussetzung überfährt, daß es dieselbe Geschwindigkeit v und dieselbe Gierrate φ . wie das zu regelnde Kraftfahrzeug 1 aufweist.
  • Verläßt nun das Regelobjekt R die Fahrspur des Kraftfahrzeuges 1, wird die Position des imaginären Objektes Ri mit der aktuellen Position des Fahrzeuges 1 verglichen, das sich auf derselben Höhe wie das Fahrzeug 1 befindet. Das heißt, bei gleichen y-Koordinaten des Fahrzeuges 1 und des imaginären Objektes Ei werden die x-Koordinaten beider Objekte 1, RI verglichen. Stimmen die x-Koordinaten überein, befindet sich das zu regelnde Fahrzeug 1 auf der Objektspur des Regelobjektes R. Auch wenn dieses nicht vom Radarsensor 11 erfaßt wird, wird dieses Regelobjekt R weiter verwendet.
  • Da die aktuelle Position des Fahrzeuges mit einer aus einer tatsächlich erfaßten Position des Regelobjektes abgeleiteten Projektion des Regelobjektes auf die aktuelle Position des Fahrzeuges verglichen wird und bei annähernder Übereinstimmung der Projektion und der aktuellen Position des Fahrzeuges der Abstand des Fahrzeuges weiterhin auf das Regelobjekt geregelt wird, werden vorteilhafterweise die aktuellen Positionen des Fahrzeuges mit Informationen aus der Vergangenheit des Regelobjektes verglichen.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Regelobjekts als Bezugsobjekt für die Abstandsregelung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Schritte aufweist, um zu bestimmen, ob sich das Regelobjekt in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet und um das Regelobjekt als Bezugsobjekt zu bestimmen, wenn sich das Regelobjekt in dem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Schritte aufweist, die, wenn sich das Regelobjekt nicht in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet, eine Objektspur des Regelobjekts bestimmen, die eine Abschätzung des Wegs des Regelobjekts zu dessen zuletzt erfasster Position repräsentiert, und die das Regelobjekt als Bezugsobjekt bestimmen, wenn das Fahrzeug über die Objektspur fährt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektspur des Regelobjekts in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Gierrate des Fahrzeugs bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Fahrens des Fahrzeugs über die Objektspur Schritte zum Vergleichen der Lage des Fahrzeugs relativ zur Objektspur in Richtung der Bewegung des Fahrzeugs und quer zur Richtung der Bewegung des Fahrzeugs umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Lage des Regelobjekts relativ zum Fahrkorridor des Fahrzeugs in Abhängigkeit von fahrzeugdynamischen Daten und/oder von fahrspurbezogenen Daten erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugdynamischen Daten die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Fahrzeugbeschleunigung umfassen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugdynamischen Daten Informationen zum gefahren Kurvenradius und zu dessen zeitlichem Verlauf umfassen.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugdynamischen und fahrspurbezogenen Daten in Prioritätsklassen eingeteilt werden, wobei die fahrzeugdynamischen Daten eine höhere Priorität aufweisen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Bestimmen, ob sich das Regelobjekt in einem voraussichtlichen Fahrkorridor des Fahrzeugs befindet, einen Schritt zur Bestimmung des Orts des Regelobjektverlusts umfasst.
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