DE4313568C1 - Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel durch ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel durch ein Kraftfahrzeug

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DE4313568C1 DE19934313568 DE4313568A DE4313568C1 DE 4313568 C1 DE4313568 C1 DE 4313568C1 DE 19934313568 DE19934313568 DE 19934313568 DE 4313568 A DE4313568 A DE 4313568A DE 4313568 C1 DE4313568 C1 DE 4313568C1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel durch ein Kraftfahrzeug von einer Momen­ tanspur auf eine benachbarte Zielspur.
Ein derartiges Verfahren dient dazu, den Kraftfahrer bei einem Fahrspurwechsel, z. B. zum Einfädeln in oder Ausfahren aus einer Schnellstraße oder zum Überholen eines langsameren Fahrzeuges, zu unterstützen, d. h. ihn wenigstens teilweise von den hierfür erforderlichen Überwachungsmaßnahmen zu entlasten und ihm durch Auswertung der bei der Überwachung gewonnenen Daten bei der Entscheidungsfindung zur Seite zu stehen, ob ein Fahrspurwech­ sel gefahrlos möglich ist.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 40 05 444 A1 offenbart. Dort wird der Rückraum des Fahrzeuges auf das Vor­ handensein von Objekten, d. h. vor allem von nachfolgenden Fahr­ zeugen, überwacht, und es werden der Abstand und die Geschwin­ digkeit von in diesem Bereich detektierten Objekten bestimmt. Daraus werden die von einem nachfolgenden Fahrzeug gegebenen­ falls vorzunehmende Verzögerung beim Spurwechsel des vorderen, eigenen Fahrzeugs berechnet und ein zugehöriger Bewertungsindex gebildet, dessen stufenweise Werte dem Fahrer zur Anzeige ge­ bracht werden. Letzterer erhält dadurch eine akustische oder optische Information über einen möglichen Fahrspurwechsel, ab­ gestuft nach der zu erwartenden Beeinträchtigung des rückwärti­ gen Verkehrs. Zur Rückraumüberwachung dient ein Laserpuls-Ent­ fernungsmeßgerät.
Bekannt sind als Überwachungsdetektoren weiterhin neben Ultra­ schall- und Infrarotanlagen (siehe z. B. DE 38 32 720 A1) vor allem Radareinrichtungen. Letztere sind neben ihrem Einsatz zur Überwachung des sogenannten Totwinkelbereichs (siehe z. B. DE 39 02 852 A1) vor allem zur Abstandsmessung gegenüber vorausfah­ renden Fahrzeugen in Gebrauch, so z. B. für ein selbsttätig ab­ standsgeregeltes Fahren (siehe z. B. F. Ackermann, Abstandsrege­ lung mit Radar, Spektrum d. Wiss., Juni 1980, Seiten 25ff.) oder zur Gewinnung von Überholempfehlungen, wie im Fall der DE 36 22 447 C1, bei der zu diesem Zweck eine Vorraumüberwachung per Radar vorgesehen ist.
Aus der DE 36 22 091 A1 ist ein Fahrbahnwechsel-Warnsystem be­ kannt, bei der ein Überwachungsdetektor zwischen einer Totwin­ kelbereich- und einer Vorraumüberwachung umschaltbar ist, wobei die rückwärtige Totwinkelüberwachung während einer Spurwechsel­ warnungs-Betriebsart und die Vorraumüberwachung in einer Ab­ standswarnungs-Betriebsart, gekoppelt an das Schalten einer Ne­ belschlußleuchte, ausgewählt werden.
Aus der DE 30 28 077 C2 ist eine Vorrichtung zur Warnung des Fahrers eines Fahrzeugs vor einem auf der Momentanspur vor ihm fahrenden Fahrzeug bekannt, bei dem der Vorraum der Momentan­ spur mittels eines Radargerätes nach dem Vorhandensein eines vorausfahrenden Fahrzeugs überwacht und der Abstand des eigenen Fahrzeugs zu einem detektierten vorausfahrenden Fahrzeug sowie deren Relativgeschwindigkeit bestimmt wird. Abhängig von diesen Parametern und der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie gege­ benenfalls weiteren Parametern, wie Fahrbahn- und Bremsenzu­ stand, wird ein Sicherheitsabstand zwischen den beiden Fahrzeu­ gen berechnet, der dann mit dem gemessenen Abstand verglichen wird. Wenn der gemessene Abstand geringer als der Sicherheits­ abstand ist, wird ein Warnsignal erzeugt und/oder das Risiko eines Zusammenstoßes auf einem optischen Anzeigefeld darge­ stellt. In einer Variante dieser bekannten Vorrichtung ist zu­ sätzlich vorgesehen, das Risiko eines im Fall eines Fahrspur­ wechsels zu erwartenden Kollisionsrisikos dadurch anzuzeigen, daß neben dem Vorraum der Momentanspur zusätzlich der jeweilige Rückraum benachbarter Fahrspuren überwacht und die ermittelten Daten in analoger Weise wie für das auf der Momentanspur vor­ ausfahrende Fahrzeug ausgewertet werden. Diese Vorrichtung be­ rücksichtigt folglich zur Bewertung eines möglichen Fahrspur­ wechsels lediglich die jeweils momentane Situation im Rückraum einer möglichen Zielspur.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Ver­ fahren zur Leithilfe für einen Spurwechsel eines Kraftfahrzeu­ ges bereitzustellen, welches weitestgehend selbsttätig über die Möglichkeit eines momentanen oder zukünftigen Spurwechsels zu befinden vermag und den Fahrer von einer Beobachtung des Um­ felds sowie der Schätzung von Abständen und Geschwindigkeiten entlastet.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die Detektorüberwachung sowohl des Rückraums als auch des Vorraums der Zielspur sowie der Ge­ winnung der erforderlichen Abstands- und Geschwindigkeitsdaten der dort detektierten Objekte, vor allem Fahrzeuge, vermag die­ ses Verfahren zu erkennen, ob auf der Zielspur eine ausreichen­ de Lücke für einen gewünschten Fahrspurwechsel vorhanden ist, und zwar unter Berücksichtigung einzuhaltender, gefahrenverhü­ tender Sicherheitsabstände. Der Fahrer braucht weder den Rück­ raum noch den Vorraum der Zielspur im Auge zu behalten, noch die Abstände und Geschwindigkeiten dort befindlicher Fahrzeuge zu schätzen. Er wird durch entsprechende Warnanzeigen und/oder Anweisungen von dem rechnergestützten Leithilfeverfahren über das Vorhandensein einer ausreichenden Lücke auf der Zielspur im Falle eines gewünschten Spurwechsels informiert. Die erfin­ dungsgemäße Lückensuche ermöglicht hierbei festzustellen, ob überhaupt prinzipiell eine Lücke auf der Zielspur für einen Spurwechsel, wenn auch unter Umständen nicht in der momentanen Fahrzeugsituation, zur Verfügung steht. So ist es möglich, das Vorhandensein einer einen Spurwechsel ermöglichenden Lücke auf der Zielspur schräg vor oder schräg hinter dem eigenen Fahrzeug festzustellen und dem Fahrer anzuzeigen. Dieser kann dann durch geeignete Manöver, d. h. insbesondere Beschleunigung oder Verzö­ gerung des Fahrzeugs, versuchen, auf Höhe dieser ihm vom Leit­ hilfeverfahren angezeigten Lücke zu gelangen und daraufhin den Spurwechsel vorzunehmen. Dies entlastet den Fahrzeugführer in besonders günstiger Weise von der Beobachtung und Einschätzung der Fahrsituation im Vor- und im Rückraum der Zielspur.
In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 werden auch Fahrzeuge auf der Momentanspur, d. h. der Spur, auf der sich das eigene Fahrzeug vor einem Spurwechsel befindet, von dem Verfahren mit in die Betrachtungen einbezogen. Die dergestalt weitergebildete Lückensuche stellt nicht nur fest, ob eine Lücke auf der Ziel­ spur prinzipiell vorhanden ist, sondern zusätzlich, ob die Lage auf der Momentanspur, d. h. dort im Vor- oder Rückraum gegeben­ enfalls befindliche Fahrzeuge, das Erreichen einer solchen Lücke durch das eigene Fahrzeug gestattet, so daß der Fahrer auch von dieser Einschätzung der Fahrsituation auf der Momen­ tanspur entlastet wird.
Vorteilhafterweise kann die Frage, ob eine detektierte, prin­ zipiell für einen Spurwechsel ausreichende Lücke auf der Ziel­ spur auch praktisch durch eigene Fahrzeugmanöver erreicht wer­ den kann, ebenfalls von dem Leithilfeverfahren in einer Ausge­ staltung nach Anspruch 5 beantwortet werden, indem das mögliche zukünftige Fahrverhalten zum Erreichen der Lücke in einer Rech­ nersimulation durchgespielt und solchermaßen abgeprüft wird, ob die Lücke tatsächlich erreichbar ist. In Weiterbildung dieses Gedankens können die von der Simulation im Fall eines erreich­ baren Spurwechsels ermittelten, nötigen Beschleunigungs- oder Verzögerungswerte für das eigene Fahrzeug gemäß Anspruch 8 ent­ weder dem Fahrer zur Anzeige gebracht oder bei weiterer Fahr­ komforterhöhung direkt an eine gegebenenfalls vorhandene Längs­ reglereinrichtung des Fahrzeugs weitergeben werden, die die Be­ wegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung ohne Eingriff des Fahrers selbsttätig zu regeln vermag.
Ein besonders hoher Fahrkomfort im Hinblick auf die Fahrzeug­ führung läßt sich mit der weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 erzielen, bei der das Erreichen einer einen Spurwechsel ermöglichenden Lücke einer gegebenenfalls vorhande­ nen Querreglereinrichtung des Fahrzeugs signalisiert wird, wel­ che das Ausscheren des Fahrzeugs aus der Momentanspur und das Einfädeln in die Lücke auf der Zielspur selbsttätig vornimmt, ohne daß der Fahrer selbst Lenkbewegungen vorzunehmen braucht. In Verbindung mit einer gleichzeitig aktivierten Längsregler­ einrichtung wird ein Verfahren für eine vollkommen autonome Fahrzeugführung unter Einschluß möglicher Spurwechsel reali­ siert, ohne daß steuernde Eingriffe des Fahrers erforderlich sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Programmablaufplan eines rechnergesteuerten Leithilfeverfahrens für einen Spurwechsel,
Fig. 2 bis 6 unterschiedliche Fahrzeugsituationen zur Illustration des Leithilfeverfahrens und
Fig. 7 eine schematische Darstellung der von dem Verfahren benutzten Überwachungsbereiche.
In den Fahrbahndarstellungen der Fig. 2 bis 7 sind jeweils ein eigenes Fahrzeug (0) auf einer momentanen Fahrspur (8), ein auf dieser Momentanspur (8) vorausfahrendes Fahrzeug (2) sowie ein nachfolgendes Fahrzeug (4) und auf einer Zielspur (9) ein vor­ deres Fahrzeug (3) und ein hinteres Fahrzeug (1) gezeigt, wobei die Fahrtrichtung jeweils durch den Pfeil (25) angegeben ist. In Fig. 2 sind die jeweiligen Abstände (s01, s02, s03, s04) des eigenen Fahrzeugs (0) zu den vier übrigen Fahrzeugen (1, 2, 3, 4) eingetragen.
Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß das eigene Fahrzeug (0) über eine Heckradareinrichtung (HR) zur Überwachung des Rückraums (23) der Momentanspur (8), eine Abstandsradareinrichtung (AR) zur Überwachung des Vorraums (24) der Momentanspur (8), eine Totwinkelradareinrichtung (TWR) zur Überwachung des Rückraums (21) der benachbarten Zielspur (9) sowie eine Vorraumradarein­ richtung (VR) zur Überwachung des Vorraums (22) der Zielspur (9) besitzt. Diese Detektoreinrichtungen erkennen das Vorhan­ densein von Objekten in dem jeweils von ihnen abgedeckten Be­ reich und gestatten außerdem die Bestimmung des Abstands des Objekts. Unter den Begriff Objekt fallen hierbei andere Fahr­ zeuge ebenso wie möglicherweise auftauchende stehende Hinder­ nisse, beispielsweise am Ende einer Fahrspur. Das Totwinkel- und das Vorraumradar (TWR, VR) sind in den Außenspiegeln inte­ griert. Der Winkel der Radarkeule ist ausreichend groß, um den toten Winkel zu verkleinern. Die Rückraum-Überwachung erfordert eine Reichweite des Totwinkelradars in Längsrichtung von wenig­ stens ca. 100 m.
Die Funktionsweise des Verfahrens zur rechnergestützten Leit­ hilfe für einen Spurwechsel von der Momentanspur (8) auf die benachbarte Zielspur (9), die im gezeigten Fall eine in Fahrt­ richtung links von der Momentanspur (8) liegende Überholspur darstellt, durch das eigene Kraftfahrzeug (0) wird im folgenden unter Bezugnahme auf den Programmablaufplan der Fig. 1 ausführ­ lich erläutert.
Das Verfahren wird eingeleitet durch einen Aktivierungsschritt (10), der durch eine Betätigung eines Fahrtrichtungsanzeigehe­ bels gebildet wird. Die Aktivierung des Systems erfolgt somit gleichzeitig mit dem Auslösen des Fahrtrichtungsanzeigers. Als Alternative kann vorgesehen sein, daß die Verfahrensaktivierung durch ein bloßes Antippen des Fahrtrichtungsanzeigehebels er­ folgt, ohne daß bereits die Fahrtrichtungsanzeige ausgelöst wird, so daß die anderen Verkehrsteilnehmer nicht durch die Ab­ sicht eines möglicherweise augenblicklich noch gar nicht reali­ sierbaren Spurwechsels irritiert werden. Die Fahrtrichtungsan­ zeige erfolgt dann erst, wenn eine Lücke für einen möglichen Spurwechsel erkannt und das eigene Fahrzeug die für den Spur­ wechsel erforderliche Position erreicht hat. Bevorzugt wird diese Aktivierung wieder gelöscht, wenn innerhalb einer vorge­ gebenen Zeit keine Lücke zu finden war, wonach der Fahrer zur Wiederholung aufgefordert wird, wenn er weiterhin einen Spur­ wechsel beabsichtigt. Werden die anderen Verkehrsteilnehmer hingegen durch sofortiges Aufleuchten der Fahrtrichtungsanzeige von der bestehenden Absicht eines Spurwechsels informiert, so können diese in unterschiedlicher Weise darauf reagieren, ent­ weder indem sie Raum für eine ausreichende Lücke freimachen oder aber eine eventuell vorhandene Lücke schließen und damit einen Spurwechsel unmöglich machen.
Eine weitere Alternative besteht darin, daß das fahrzeugeigene System, welches das Verfahren durchführt, ständig aktiviert bleibt und lediglich die Datenausgabe an entsprechende Anzeige­ einrichtungen oder fahrzeugbewegungsregelnde Einrichtungen je­ weils durch die Fahrtrichtungsanzeigeanforderung aktiviert wird. Bei dieser Vorgehensweise sind der Rechner und die Daten­ leitungen ständig belegt und bereit. Wird das das Verfahren durchführende System hingegen erst jeweils auf die Anforderung einer Fahrtrichtungsanzeige hin aktiv, so ist dadurch dessen zwischenzeitliche Nutzung auch für andere Zwecke möglich. Es sei an dieser Stelle gesagt, daß das Verfahren mittels eines üblichen fahrzeugeigenen Rechnersystems, wie es beispielsweise zum Zwecke eines automatisch abstandsgeregelten Fahrens bekannt ist, durchführbar ist, weshalb hier auf eine genaue Beschrei­ bung der Systemkomponenten verzichtet wird.
Die Aufforderung zur Betätigung des Fahrtrichtungsanzeigers kann dem Fahrer, wenn gewünscht, durch die Vorraumüberwachung auf der Momentanspur (8) vermittelt werden, wenn hierbei fest­ gestellt wird, daß sich ein Objekt (2) in diesem Vorraumbereich (24) befindet, welches sich langsamer in Fahrtrichtung bewegt als das eigene Fahrzeug (0).
Nach der Aktivierung werden in einem nächsten Schritt (11) die Abstände (s01, s02, s03 und s04) der in den überwachten Berei­ chen (21 bis 24) detektierten Objekte (1 bis 4) sowie deren Re­ lativgeschwindigkeiten zum eigenen Fahrzeug (0) von diesem aus mittels der Radareinrichtungen gemessen und die eigene Fahr­ zeuggeschwindigkeit (v0) über den Tachometer bestimmt. Zum Er­ halten der Daten dieser Größen werden hierbei die Rohdaten der Radareinrichtungen zweckentsprechend aufbereitet, Störungen, z. B. durch Signalreflexionen, werden herausgefiltert und aus­ reichende Plausibilitätsprüfungen durchgeführt. Beispielsweise werden die detektierten Objekte (1 bis 4) bei Kurvenfahrt über den Lenkwinkel der jeweiligen Fahrspur zugeordnet. Ist die Re­ lativgeschwindigkeit eines Objektes entgegengesetzt gleich groß der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit, so wird dieses Objekt als stehendes Hindernis oder das Ende einer Fahrspur, z. B. einer Einfädelspur, interpretiert. Treten widersprüchliche, nicht verwertbare Signale auf, wird dies dem Fahrer angezeigt, wenn er den Fahrtrichtungsanzeiger betätigt hat. Entgegenkommende Fahrzeuge auf einer Gegenfahrbahn können ausgeblendet werden, oder es wird beim Betätigen des Fahrtrichtungsanzeigers ein Warnsignal ausgelöst.
Aus dem im vorigen Schritt gewonnenen Abstands- und Geschwin­ digkeitsdaten werden in einem nächsten Schritt (12) die Sicher­ heitsabstände (sw01, sw02, sw03 und sw04) berechnet. Hierzu werden eingangs die absoluten Geschwindigkeiten (v1, v2, v3 und v4) der anderen Fahrzeuge bzw. detektierten Objekte (1 bis 4) aus den Relativgeschwindigkeiten und der eigenen Fahrzeugge­ schwindigkeit (v0) ermittelt. Danach werden die Sicherheitsab­ stände jeweils als Summe aus einem Reaktionsweg, einem Restab­ stand, einer Bremswegdifferenz und einem Ausrollweg gebildet.
Der Reaktionsweg ergibt sich aus dem Produkt einer Reaktions­ zeit und der Geschwindigkeit des jeweils hinteren Fahrzeuges. Für die Reaktionszeit wird eine übliche Fahrer-Reaktionszeit, z. B. 1,8 s, angesetzt. Beim Einsatz einer Abstandsregelung kann an dieser Stelle die kürzere System-Reaktionszeit verwendet werden. Der Restabstand bildet eine Sicherheitsreserve und wird typischerweise mit ungefähr 5 m angesetzt. Unter Bremswegdif­ ferenz wird die Differenz der Bremswege bei Vollbremsung der beiden Fahrzeuge, zwischen denen der Sicherheitsabstand gerade ermittelt wird, verstanden, wobei die maximale Verzögerung, z. B. typischerweise 3m/s2, vorgegeben oder, wenn das eigene Fahrzeug (0) über entsprechende Einrichtungen verfügt, auto­ matisch über den vom Straßenzustand abhängigen Reibwert ermit­ telt wird. Der Ausrollweg schließlich ergibt sich aus einem an­ triebslosen Rollen der Fahrzeuge bei einer zumutbaren Verzöge­ rung, die typischerweise um 1 m/s2 beträgt. Mit diesen vorgege­ benen Parametern, bei denen im übrigen der Restabstand und die Reaktionszeit über eine adaptive Regelung anpaßbar sind, ermit­ telt der Rechner des Systems die Sicherheitsabstände (sw01 bis sw04) des eigenen Fahrzeugs (0) zu jedem der detektierten Ob­ jekte bzw. Fahrzeuge (1 bis 4).
In einem nächsten Schritt (13) findet eine Abfrage statt, ob die Sicherheitsabstände alle eingehalten sind, indem die gemes­ senen Abstände (s01 bis s04) mit den errechneten Sicherheitsab­ ständen (sw01 bis sw04) verglichen werden. Besitzt das eigene Fahrzeug (0) eine Abstandsreglereinrichtung, z. B. in Verbindung mit einem Tempomat, so wird der Sicherheitsabstand (sw02) zum vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) automa­ tisch eingehalten und es brauchen nur die übrigen Abstände überprüft zu werden. Stellt der Rechner fest, daß alle gemesse­ nen Abstände größer oder wenigstens gleich groß sind wie die jeweils zugehörigen errechneten Sicherheitsabstände, so signa­ lisiert er, daß ein Spurwechsel in der momentanen Situation realisierbar ist, und zeigst dies dem Fahrer entsprechend an. Dieser kann dann in einem nächsten Schritt (14) den Spurwechsel durchführen, wonach das System wieder an den Punkt (A) vor der Systemaktivierung zurückkehrt.
Es kann bei der Durchführung dieses Verfahrensabschnitts von Vorteil sein, keine scharf berechneten Grenzen des Sicherheits­ abstandes zu verwenden, sondern, insbesondere während eines Spurwechsels, die Abstandsgrenzen nach einer Plausibilitäts­ prüfung etwas unscharf auszuführen oder mit Hystereseeigen­ schaften zu versehen. Des weiteren kann eine Einbeziehung bereits gestarteter Beschleunigungsvorgänge einzelner Fahrzeuge in die Berechnung der Sicherheitsabstände dem Verkehrsfluß dienlich sein.
Hat der Rechner hingegen ermittelt, daß einer der gemessenen Abstände kleiner als der zugehörige Sicherheitsabstand ist, so bedeutet dies, daß ein momentaner Spurwechsel nicht möglich ist. Das Verfahrensprogramm sieht dann als nächsten Schritt (15) eine Lückensuche vor. Dabei wird ermittelt, ob eine für einen Spurwechsel ausreichende Lücke, wenn sie schon nicht auf Höhe der momentanen Position des eigenen Fahrzeugs (0) gegeben ist, eventuell schräg vor oder schräg hinter dem eigenen Fahr­ zeug (0) vorhanden und grundsätzlich dem eigenen Fahrzeug (0) auch zugänglich ist. Zu diesem Zweck werden vom Rechner folgen­ de gemessenen Abstände und errechneten Sicherheitsabstände sum­ miert und verglichen. Zum einen die Summe (s01 + s03) der ge­ messenen Abstände zu den Fahrzeugen (1, 3) auf der Zielspur (9) und die Summe (sw01 + sw03) der zugehörigen errechneten Sicher­ heitsabstände. Der Rechner vergleicht beide Summen und erkennt das Vorhandensein einer Lücke auf der Zielspur (9), wenn die Summe der gemessenen Abstände größer als die Summe der errech­ neten Sicherheitsabstände ist. Zum zweiten berechnet er die Summe (s01 + s02) der gemessenen Abstände zwischen dem rückwär­ tigen Fahrzeug (1) auf der Zielspur (9) und dem vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) und ebenso wiederum die zugehörige Summe (sw01 + sw02) der errechneten Sicherheitsab­ stände. Gleiches wird als drittes mit den Abständen der beiden übrigen Fahrzeuge (3, 4) durchgeführt. Beide Summen (s01 + s02, s03 + s04) der gemessenen Abstände werden dann wiederum jeweils mit der zugehörigen Summe der errechneten Sicherheitsabstände verglichen, und wenn in beiden Fällen festgestellt wird, daß die Summe der gemessenen Abstände größer als die Summe der zu­ gehörigen errechneten Sicherheitsabstände ist, wird dies dahin­ gehend interpretiert, daß für das eigene Fahrzeug (0) Raum zum Beschleunigen oder Verzögern vorhanden ist, wodurch unter Um­ ständen die ermittelte Lücke zum Spurwechseln erreichbar ist.
Wenn folglich in wenigstens einem der drei Vergleiche dieses Abfrageschrittes (16) die Summe der gemessenen Abstände kleiner als die Summe der errechneten Sicherheitsabstände ist, so wird dies dahingehend erkannt, daß ein Spurwechsel unter den gesetz­ ten Parametern, wie z. B. Reaktionszeit, Sicherheitsreserve-Rest­ abstand, eigene Beschleunigung oder Verzögerung und zumutbare Verzögerung der anderen Fahrzeuge, nicht möglich ist. Dem Fahrer wird daraufhin in einem folgenden Schritt (17) die Anweisung angezeigt, die Fahrspur zu halten. Das System kehrt dann im Verfahrensablauf zu Punkt B vor dem Meßschritt (11) zurück und es beginnt ab da ein erneuter Verfahrensdurchgang, wobei neue Meßdaten gewonnen werden, die sich durch mögliche Änderungen der Fahrzeugpositionen oder -geschwindigkeiten ergeben.
Wenn hingegen in allen drei Vergleichen die Summe der gemessen­ en Abstände größer als die diejenige der errechneten Sicher­ heitsabstände ist, wird dies dahingehend erkannt, daß zum einen eine Lücke für einen Spurwechsel vorhanden ist und diese Lücke zum anderen auch erreichbar ist, zwar nicht momentan, jedoch nach Durchführung geeigneter Fahrzeugmanöver, insbesondere ei­ nes Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs. Dies kann dem Fahrer vom System signalisiert werden, z. B. über eine Leucht­ diodenanzeige.
Das Verfahren unterstützt den Fahrer weitergehend bei dem dann auftretenden Problem, wie er mit dem eigenen Fahrzeug (0) die grundsätzlich vorhandene Lücke auf der Zielspur (9) durch ge­ eignetes Manövrieren erreichen kann, wobei Änderungen im Fahr­ verhalten der anderen Fahrzeuge (1 bis 4), z. B. Beschleunigen, Verzögern oder Spurwechseln, aktuell berücksichtigt werden. Hierzu ist als nächstes nach einer positiven Antwort im voran­ gegangenen Abfrageschritt (16) nach dem grundsätzlichen Vorhan­ densein einer Lücke ein Simulationsschritt (18) vorgesehen. Hierbei wird der zukünftige Ablauf zum Erreichen der Lücke in einer Rechnersimulation mit sämtlichen Fahrzeugen (0, 1, 2, 3, 4) durchgespielt, da es sich um ein stark nichtlineares Problem handelt. Denn eine Veränderung der eigenen Fahrzeuggeschwindig­ keit bedeutet gleichzeitig eine Veränderung der errechneten Sicherheitsabstände. Selbst bei konstanter Geschwindigkeit der anderen Fahrzeuge kann solchermaßen eine Erhöhung der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit (v0) ergeben, daß bei gleichbleibend großer Lücke die Sicherheitsabstände zu den vorausfahrenden Fahrzeugen nicht mehr eingehalten werden oder daß die vorgege­ bene Beschleunigung nicht ausreicht, die Positionsveränderung innerhalb eines Zeitraums durchzuführen, in dem die sich ver­ ändernde Verkehrssituation einen Spurwechsel zuläßt. In beiden Fällen müßte ein eingeleiteter Überholvorgang abgebrochen wer­ den, weshalb an dieser Stelle die im Zeitraffer vorausberech­ nende Simulation sinnvoll ist. Die Radareinrichtungen gemäß Fig. 7 erfassen dabei die aktuell anstehende Verkehrssituation mit den Abständen und Geschwindigkeiten der anderen Fahrzeuge. Ausgehend von dieser Situation wird in der Simulation durchge­ spielt, ob und durch welche Aktivitäten gegebenenfalls das Ein­ fädeln in die gefundene Lücke ermöglicht wird.
Für diese Simulation wird ein negativer Beschleunigungswert, d. h. eine Verzögerung, vorgegeben, wenn die errechneten Sicher­ heitsabstände zu den rückwärtigen Fahrzeugen (1, 4) beide ein­ gehalten sind. Wenn hingegen die Sicherheitsabstände zu den beiden vorderen Fahrzeugen (2, 3) von den gemessenen Abständen eingehalten sind, so wird ein positiver Beschleunigungswert, d. h. eine wirkliche Beschleunigung, vorgegeben. Damit wird das Verkehrsgeschehen voraussimuliert, und zwar längstenfalls bis im Falle der Beschleunigung der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) oder im Fall einer Ver­ zögerung der Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug (4) auf der Mo­ mentanspur (8) den jeweils zugehörigen Sicherheitsabstand un­ terschreitet. Wird bis zu diesem Zeitpunkt die vorhandene Lücke nicht erreicht, so wird im Beschleunigungsfall ein neuer Simu­ lationszyklus mit einem stufenweise erhöhten Beschleunigungs­ wert durchgeführt. Erst wenn nach Erreichen einer gesetzten Obergrenze für den Beschleunigungswert, der sich z. B. aus dem kleinsten Wert aus der Motorleistungsgrenze, der Reibwertgrenze oder einer individuellen Komfortgrenze ergibt, oder nach Er­ reichen einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit die Lücke nicht erreicht werden konnte, wird der Abfrageschritt (19) nach einem möglichen Spurwechsel im Beschleunigungsfall endgültig verneinend beantwortet und dem Fahrer wiederum die Anweisung im Schritt (17) gegeben, die Spur zu halten. Die Verzögerung wird in der Simulation hingegen aus Fahrkomfortgründen nicht stufen­ weise vergrößert, sondern gleich zu Beginn auf einen dem Komfort noch zuträglichen Wert gesetzt. Wird die Lücke nicht nach dem einmaligen Verzögerungs-Simulationszyklus erreicht, so wird dem Fahrer wiederum die Anweisung gegeben, die Spur zu halten.
Wird während der Simulation hingegen im Abfrageschritt (19) er­ kannt, daß ein Spurwechsel durch das simulierte Fahrzeugmanöver möglich ist, so werden die hierfür ermittelten Daten über die Fahrzeugbeschleunigung oder -verzögerung ausgegeben. Diese Da­ tenausgabe erfolgt entweder an eine Anzeigeeinrichtung für den Fahrer, der daraufhin den erforderlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungswert einstellen und das Manöver zum Erreichen der Lücke auf der Zielspur anschließend in eigener Regie vornehmen kann. Dieses Nachvollziehen des voraussimulierten Fahrzeugmanö­ vers in der Wirklichkeit ist mit dem Schritt (20) der Positio­ nierung im Programmablaufplan der Fig. 1 umschrieben. Besitzt das Fahrzeug eine Längsreglereinrichtung zur automatischen Fahrzeugfortbewegung in Längsrichtung, so kann die Datenausgabe andererseits an diesen Längsregler erfolgen, der dann selbsttä­ tig das Fahrzeug auf den in der Simulation ermittelten Be­ schleunigungs- oder Verzögerungswert bringt. Nach der Daten­ übergabe geht das System zum Punkt (B) vor dem Meßschritt (11) zurück, von wo aus das Verfahren neu durchlaufen wird, um schließlich das Erreichen der ausreichenden Lücke zu erkennen und den gewünschten Spurwechsel vornehmen zu können.
Eine völlig autonome Fahrzeugführung unter Einbeziehung von Spurwechseln ohne jegliche notwendige Fahrereinwirkung ist mög­ lich, wenn das Fahrzeug zusätzlich eine Querreglereinrichtung besitzt. Diesem Querregler wird dann beim Erkennen, daß ein Spurwechsel möglich ist, selbige Möglichkeit signalisiert, wo­ nach der Spurwechsel von Längsregler und Querregler des Fahr­ zeugs selbsttätig, eventuell nach einer entsprechenden Anforde­ rung vom Fahrer, durchgeführt wird.
Nachfolgend wird das Verfahren in Anwendung auf unterschiedli­ che Verkehrssituationen nach den Fig. 2 bis 6 erläutert.
Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem vorausgesetzt ist, daß alle Sicherheitsabstände eingehalten sind. Die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens resultiert darin, daß die Lücke auf der benachbarten, hier linken Zielspur (9) und damit die Möglichkeit eines sofortigen Spurwechsels erkannt wird.
Im Fall der Fig. 3 ist der Sicherheitsabstand zum rückwärtigen Fahrzeug (1) auf der Zielspur (9) nicht eingehalten, das ver­ fahrensdurchführende System erkennt somit, daß ein momentaner Spurwechsel nicht möglich ist. Der Lückensuchschritt (15) führt jedoch zu einer positiven Antwort auf die Frage einer grund­ sätzlich vorhandenen Lücke, die sich schräg vor dem eigenen Fahrzeug (0) befindet. Der gemessene Abstand zum vorausfahren­ den Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) ergibt eine freie Be­ schleunigungsstrecke. In der anschließenden Simulation wird durchgespielt, ob und gegebenenfalls mit welcher Beschleunigung eine Positionierung in diese Lücke im sicheren Abstand zu allen anderen Fahrzeugen möglich wird.
In der Verkehrssituation nach Fig. 4 ist der Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (3) auf der Zielspur (9) nicht eingehalten. Das verfahrensdurchführende System erkennt wieder­ um, daß ein sofortiger Spurwechsel nicht möglich ist. Die an­ schließende Lückensuche ergibt eine positive Antwort auf die Frage nach einer grundsätzlich vorhandenen Lücke, die sich in diesem Fall schräg hinter dem eigenen Fahrzeug (0) befindet. Der gemessene Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug (4) auf der Momentanspur (8) ergibt sich als deutlich größer als der er­ rechnete Sicherheitsabstand, was eine freie Verzögerungsstrecke anzeigt. In der anschließenden Simulation wird durchgespielt, ob durch die vorgewählte Verzögerung oder einfaches Abwarten eine Positionierung in die Lücke im sicheren Abstand zu den übrigen Fahrzeugen möglich wird.
Im Falle der Fig. 5 wird wie im Fall der Fig. 3 wiederum das Vorhandensein einer Lücke schräg vor dem eigenen Fahrzeug (0) erkannt. Der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) entspricht jedoch in etwa dem errechneten Sicherheitsabstand, weshalb keine Beschleunigungsstrecke frei ist, so daß die Frage nach einem möglichen Spurwechsel im Schritt (19) verneinend zu beantworten ist und dem Fahrer die Anweisung gegeben wird, die Momentanspur (8) zu halten.
Bei der Situation der Fig. 6 wird wie im Fall der Fig. 4 das Vorhandensein einer Lücke, schräg hinter dem eigenen Fahrzeug (0) erkannt. Jedoch entspricht der gemessene Abstand des nach­ folgenden Fahrzeugs (4) auf der Momentanspur (8) bereits etwa dem errechneten Sicherheitsabstand, so daß keine freie Verzö­ gerungsstrecke verbleibt und die Frage eines möglichen Spur­ wechsels wiederum verneinend beantwortet wird, so daß die Mo­ mentanspur (8) auch in diesem Fall zu halten ist.
Das Verfahren kann selbstverständlich, wie zum Teil bereits an­ gedeutet, in Verbindung mit abstandsgeregeltem Fahren und einem Tempomat verwendet werden. In gleicher Weise wie das Wechseln auf eine linke Zielspur kann ein Wechsel auf eine rechte Ziel­ spur durch das Verfahren bewerkstelligt werden, wenn das eigene Fahrzeug auf der rechten Seite über entsprechende Radardetek­ tionseinrichtungen verfügt, wobei die Aktivierung dann auf die Anforderung einer Fahrtrichtungsanzeige nach rechts erfolgt. In der Regel sind die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge auf der rechten Zielspur geringer, weshalb dann als Modifikation bei der Rechnersimulation eine Verzögerung vorgewählt wird, wenn die Momentangeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs höher als die an einem Tempomat vorgewählte ist.
Darüber hinaus ist es möglich, daß das Verfahren auf vielspuri­ gen Straßen, wie z. B. Highways in USA, auf denen das Überholen rechts erlaubt ist, über den Rechner durch die Simulation die zum Überholen momentan geeignetere Spur ermittelt und dem Fah­ rer oder der eventuell vorhandenen Querreglereinrichtung des Fahrzeugs vorschlägt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel von einer Momentanspur (8) auf eine benachbarte Zielspur (9) durch ein Kraftfahrzeug (0), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Überwachen sowohl des Rückraums (21) als auch des Vorraums (22) wenigstens der benachbarten Zielspur mittels Detekto­ ren (TWR, VR) nach dem Vorhandensein von Objekten und Be­ stimmen der Geschwindigkeiten (v1, v3, v0) der detektier­ ten Objekte (1, 3) und des eigenen Fahrzeugs (0) sowie der Abstände (s01, s03) der detektierten Objekte vom eigenen Fahrzeug,
  • b) Berechnen von Sicherheitsabständen (sw01, sw03), des eige­ nen Fahrzeugs (0) zu jedem der detektierten Objekte (1, 3) in Abhängigkeit der im vorigen Schritt gewonnenen Ge­ schwindigkeitsdaten, einer Reaktionszeit und gegebener Verzögerungswerte,
  • c) Vergleichen der gemessenen Abstände (s01, s03) mit den er­ rechneten Sicherheitsabständen (sw01, sw03) für jedes Ob­ jekt (1, 3) und entweder
    • d.1) Signalisieren eines möglichen Fahrspurwechsels, wenn für alle Objekte (1, 3) der errechnete Sicherheitsabstand größer oder wenigstens gleich groß ist wie der gemessene Abstand, oder
    • d.2) Durchführen einer Lückensuche, wenn für wenigstens ein Ob­ jekt (1, 3) der gemessene Abstand (s01, s03) kleiner als der errechnete Sicherheitsabstand (sw01, sw03) ist, in folgenden Schritten:
    • d.2.1) Vergleichen wenigstens der Summe (s01 + s03) der gemes­ senen Abstände des eigenen Fahrzeugs (0) zum Objekt (1) im Rückraum (21) und zum Objekt (3) im Vorraum (22) der Ziel­ spur (9) mit der entsprechenden Summe (sw01 + sw03) der errechneten Sicherheitsabstände und
    • d.2.2) Signalisieren, daß ein Spurwechsel nicht ausgeschlossen ist, wenn die wenigstens eine Summe der gemessenen Abstän­ de größer als die entsprechende Summe der errechneten Si­ cherheitsabstände ist, und andernfalls Signalisieren, daß ein Spurwechsel ausgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß
  • - im Schritt a zusätzlich der Rückraum (23) und der Vorraum (24) der Momentanspur (8) mittels Detektoren (HR, AR) nach dem Vorhandensein von Objekten (4, 2) überwacht wird und die weiteren Schritte auch bezüglich der dort detektierten Objekte (4, 2) durchgeführt werden, wobei zur Durchführung der Lückensuche im Schritt d.2.1 zusätzlich
  • - die Summe (s01+s02) der gemessenen Abstände des Objekts (1) im Rückraum (21) der Zielspur (9) und des Objekts (2) im Vorraum (24) der Momentanspur (8) mit der entsprechen­ den Summe (sw01+sw02) der errechneten Sicherheitsabstände und
  • - die Summe (s04+s03) der gemessenen Abstände des Objekts (4) im Rückraum (23) der Momentanspur (8) und des Objekts (3) im Vorraum (22) der Zielspur (9) mit der entsprechen­ den Summe (sw04+sw03) der errechneten Sicherheitsabstände verglichen werden und im Schritt d.2.2
  • - signalisiert wird, daß ein Spurwechsel nicht ausgeschlos­ sen ist, wenn in allen drei Fällen die Summe der gemessen­ en Abstände größer als die entsprechende Summe der errech­ neten Sicherheitsabstände ist, und andernfalls signali­ siert wird, daß ein Fahrspurwechsel ausgeschlossen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsabstände (sw01, sw02, sw03, sw04) jeweils als Summe eines Reaktionsweges, einer Bremswegdifferenz bei Vollbremsung, eines Ausrollweges und eines als Sicherheitsre­ serve dienenden Restabstands berechnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (s02) zu einem detektierten Objekt (2) im Vor­ raum (24) der Momentanspur (8) mittels einer auf die Beschleu­ nigungs- und Verzögerungseinrichtungen des eigenen Fahrzeuges (0) einwirkenden Abstandsregelungseinrichtung selbsttätig auf einem Wert gleich oder größer demjenigen des errechneten Si­ cherheitsabstandes (sw02) eingeregelt gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Signalisieren eines nicht ausgeschlossenen Spur­ wechsels hin eine Spurwechsel-Rechnersimulation zum Auffinden eines möglichen Spurwechsels und der hierfür gegebenenfalls er­ forderlichen Beschleunigung oder Verzögerung des eigenen Fahr­ zeugs durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Simulation
  • - eine Verzögerung des eigenen Fahrzeugs gewählt wird, wenn die gemessenen Abstände (s01, s04) der Objekte (1, 4) im Rückraum (21, 23) von Zielspur (9) und Momentanspur (8) beide größer als die entsprechenden errechneten Sicherheitsabstände (sw01, sw04) sind, und
  • - eine Beschleunigung für das eigene Fahrzeug vorgegeben wird, wenn die gemessenen Abstände (s03, s02) der Objekte (3, 2) im Vorraum (22, 24) der Zielspur (9) und der Momentanspur (8) bei­ de größer als die entsprechenden errechneten Sicherheitsabstän­ de (sw03, sw02) sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulation mit stufenweise erhöhten Beschleunigungs- oder Verzögerungswerten wiederholt wird, wenn mit dem zuvor ge­ wählten Wert kein möglicher Spurwechsel erreicht wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines rechnersimulatorisch gefundenen möglichen Spurwechsels der ermittelte Beschleunigungs- oder Verzögerungs­ wert auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt und/oder einer Längsreglereinrichtung des eigenen Fahrzeugs (0) zur selbsttä­ tigen Beschleunigung oder Verzögerung desselben weitergegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalisierung eines möglichen Spurwechsels an eine Querreglereinrichtung des eigenen Fahrzeugs (0) zum selbsttäti­ gen Ausscheren in die Zielspur (9) weitergegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren durch die Anforderung einer Fahrtrichtungsan­ zeige aktiviert wird und die angeforderte Fahrtrichtungsanzeige erst erfolgt, wenn ein möglicher Spurwechsel signalisiert wird.
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