Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems eines Fahrzeugs sowie Kollisionsvermeidungssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines KoI- lisionsvermeidungssystems eines Fahrzeugs sowie ein Kollisi¬ onsvermeidungssystem nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Es sind vielfach Systeme zur Abstands- und Geschwindigkeits¬ regelung bekannt, die nicht nur im Zweifelsfall in ein Brems¬ manöver eingreifen, sondern sogar Auffahrunfälle vorhersehen können und dadurch die Gefahr für die Passagiere auf ein Mi¬ nimum reduzieren. Bei diesem so genannten „Collision Mitiga- tion System" (CMS) werden bereits vor einer möglichen Kolli¬ sion mit einem potentiellen Kollisionspartner alle nötigen Gegenmaßnahmen automatisch eingeleitet. So berechnet das be¬ kannte CMS die Wahrscheinlichkeit einer Kollision auf Grund von Fahrbedingungen, einer Distanz zum vorausfahrenden Fahr¬ zeug und einer relativen Geschwindigkeit. Falls nötig, greift das CMS dann selbständig ein, um Kollisionen zu verhindern. Der Zeitpunkt für diesen Systemeingriff basiert auf einer notwendigen Sollverzögerung sowie auf einer Fahrerreaktions- zeit. Allerdings erfolgt der Systemeingriff bei dem bekannten CMS nur durch eine Bremsung.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 02 772 Al ist ei¬ ne Vorrichtung zur adaptiven Fahrgeschwindigkeit eines Kraft¬ fahrzeugs offenbart, in der bei Vorliegen bestimmter Bedin-
gungen nicht nur automatische Bremsungen, sondern auch auto¬ matische Lenkeingriffe erfolgen, um eine Kollision von Kraft¬ fahrzeugen mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Objekten zu vermeiden oder deren Folgen zu mildern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiter entwi¬ ckeltes Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungs- systems eines Fahrzeugs sowie ein dazugehöriges verbessertes Kollisionsvermeidungssystem bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unab¬ hängigen Ansprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst Mittel zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums zwischen einem Fahrzeug und einem potentiellen Kollisionspartner sowie Mittel zur Festlegung eines Zeitpunkts für einen Systemeingriff zur Kollisionsver¬ meidung in Form einer automatischen Bremsung und/oder eines automatischen Lenkeingriffs. Bei Unterschreiten von festge¬ legten Schwellenwerten für einen ersten Zeitpunkt, bei dem eine Kollision durch Ausweichen vermeidbar ist, und einen zweiten Zeitpunkt, bei dem eine Bremsung eingeführt werden muss, des anhand der Mittel festgelegten Systemeingriffs wird eine Teilverzögerung für einen tatsächlichen Systemeingriff eingeleitet.
Der erste Zeitpunkt leitet dabei eine Handlungszeitspanne ein, die einem Fahrzeuglenker verbleibt, um eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionspartner durch ein Ausweichma¬ növer zu verhindern. Der erste Zeitpunkt wird als „time to avoid" (TTA) bezeichnet. Der zweite Zeitpunkt leitet eine Handlungszeitspanne ein, die dem Fahrzeuglenker verbleibt, um eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionspartner durch ein Bremsmanöver zu verhindern. Der zweite Zeitpunkt wird auch noch als TTB („time to brake") bezeichnet. Der erste
Zeitpunkt liegt üblicherweise vor dem zweiten Zeitpunkt, wenn der potentielle Kollisionspartner beweglich bzw. fast gleich schnell ist. Der zweite Zeitpunkt liegt dann meist vor dem ersten Zeitpunkt, wenn es sich um einen stehenden potentiel¬ len Kollisionspartner handelt. Durch die erfindungsgemäße Teilverzögerung bei Unterschreiten zeitlicher Schwellenwerte für den Zeitpunkt TTA und/oder TTB wird vorteilhafterweise das Problem umgangen, dass der Systemeingriff zu früh er¬ folgt. Gerade bei höheren Geschwindigkeiten können Kollisio¬ nen durch ein späteres Ausweichen vermieden werden. Eine zu früh eingeleitete Notbremsung, die stets eine Gefahr für Fahrzeuginsassen und andere Verkehrsteilnehmer darstellen kann, erweist sich in diesen Fällen als unnötig. Dies kann insbesondere bei Kollisionsvermeidungsmanövern aufgrund von Objekten mit geringer Breite, beispielsweise aufgrund von Pfosten, gelten, welche von den Mitteln zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums zwischen dem Fahrzeug und dem poten¬ tiellen Kollisionspartner, beispielsweise von einem Radar, nicht von Fahrzeugen mit großer Breite unterschieden werden können. Das bisherige CMS warnt in derartigen Situationen zu früh, und dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Teilverzögerung für den Systemeingriff gelöst. Es ist dabei von Vorteil, dass das bekannte CMS durch das erfindungsgemäße Verfahren besser als bisher an die aktuelle Verkehrssituation angepasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist günstiger¬ weise für den Fahrzeuglenker verständlicher und intuitiver als das CMS nach dem Stand der Technik; denn es wird seinen Handlungsoptionen ein automatisches Brems- oder ein Ausweich¬ manöver aufgesetzt.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Bevorzugt wird vor dem Zeitpunkt der TeilVerzögerung eine In- formations- und/oder Warnfunktion aktiviert. Es können dabei
beispielsweise akustische Warnsignale (z.B. auffällige Tö¬ ne/Klänge, Sprachausgaben oder auch Handlungsempfehlungen) oder optische Warnsignale (z.B. LichtSignale) abgegeben wer¬ den. Ferner sind visuelle Warnsignale, beispielsweise opti¬ sche Handlungsanweisungen auf dem Display oder Darstellungen des Fahrzeugs und des Hindernisses auf dem Display, oder auch haptische Warnsignale, beispielsweise Vibrationen oder Rüt¬ teln des Lenkrads, möglich. Für den Zeitpunkt der Aktivie¬ rung der Inforτnations- und/oder Warnfunktion kann eine defi¬ nierte Zeitspanne festgelegt werden. Vorteilhafterweise wird dadurch die Zahl von unnötigen Warnungen im Vergleich zum be¬ kannten CMS reduziert. Unnötige Warnungen haben üblicherweise den Effekt, dass der Fahrzeuglenker abgestumpft wird und nicht mehr darauf reagiert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren erfolgt vorteilhafterweise eine Warnung nur dann, wenn es tatsächlich erforderlich ist, so dass der Fahrzeuglenker ent¬ sprechend der Gefahrensituation reagieren kann.
Als Mittel zur Erfassung des vorhandenen Fahrraums zwischen dem Fahrzeug und einem potentiellen Kollisionspartner werden bevorzugt umgebungserfassende Sensoren, beispielsweise Radar¬ sensoren oder Lidar (Lidar = light detection and ranging) eingesetzt. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Ra¬ darsensor mit einer höheren Objektgüte benötigt, wobei durch Einführung eines CMS-Bits oder einer analogen Kennzeichnung (0-100%) eine für CMS geeignete Objektsicherheit bereitge¬ stellt werden kann. Ferner kann eine Absicherung der übermit¬ telten Objektdaten mittels einer festgelegten Prüfsumme, bei¬ spielsweise einer CRC-Checksumme („Cyclic Redundancy Check") , erfolgen. Beide Dateninhalte können in einer bestehenden CAN- Matrix untergebracht werden.
Besonders bevorzugt können auch andere Sensoren wie Video und/oder Ultraschall zur Erfassung von Kollisionsobjekten
verwendet werden. Vorteilhafterweise können solche umgebungs- erfassenden Sensoren eine Ortung (im Sinne von „Tracking") der potentiellen Kollisionspartner vornehmen.
Es kann eine Gütebewertung der Erkennung von potentiellen Kollisionspartnern oder Objekten zugrunde gelegt werden, um unnötige Warnungen weitgehend auszuschließen. Dabei werden bei der Erkennung beweglicher Objekte andere Maßstäbe ange¬ setzt als bei der Erkennung von unbeweglichen Objekten.
Bevorzugt wird für unbewegliche potentielle Kollisionspartner ein Anforderungskatalog an die Umgebungserfassenden Sensoren festgelegt, wobei mindestens feststehende Kriterien an eine Sichtbarkeit und Ortung des Kollisionspartners erfüllt werden müssen. Insbesondere kann festgelegt werden, dass das CMS- Objekt witterungsbedingt deutlich sichtbar ist. Beispielswei¬ se kann eine bestimmte Reichweite für Objekte mit einer be¬ stimmten RCS (Radar Cross Section = Radarrückstrahlfläche) beispielsweise RCS > 20 m2, festgelegt werden, oder ein Pegel deutlich über einem Grundrauschen bestimmt werden. Bei Ziel¬ verlusten kann maximal für eine definierte Anzahl von Zyklen eine Weiterprädiktion durchgeführt werden, beispielsweise zwischen 0 und 5 Zyklen. Danach kann das CMS-Bit zurückgenom¬ men oder die Güte deutlich reduziert werden. Ferner kann vor¬ gesehen sein, dass das Objekt eine Lebenszeit von einer mini¬ mal vorbestimmten Anzahl von Zyklen hat, beispielsweise von minimal 4 Zyklen. Darüber hinaus kann bestimmt werden, dass ein Objektσrt konsistent ist, wobei ein stabiler Winkel und ein plausibles Verhältnis von Abstand zu relativer Geschwin¬ digkeit zwischen dem potentiellen Kollisionspartner und dem Fahrzeug als Bezugsgröße angesetzt werden kann. Ferner kann eine minimale Sichtweite vorgegeben werden, wobei das Objekt so früh auszugeben ist, dass mit einer Bremsbeschleunigung von beispielsweise a = -4 m/s2 eine Kollision verhindert wer-
den kann. Bei Kurvenradien mit weniger als etwa 500 m kann vorgesehen sein, dass keine CMS-Objekte ausgegeben werden. Im Tracking kann ein restriktiver Fahrschlauch verwendet werden, der beispielsweise eine halbe Fahrzeugbreite beträgt. Ferner kann als allgemeine Anforderung eine Übernahme stehender Ob¬ jekte bei einem Objektwechsel (Sensor) festgelegt werden. Als weiterer Punkt in dem Anforderungskatalog an die umgebungser- fassenden Sensoren kann eine verbesserte Detektion stehender Objekte festgelegt werden, indem eine einzuhaltende Mindest- distanz bei Geradeausfahrt bestimmt wird, beispielsweise d > 50 m. Dadurch kann eine Qualitätsverbesserung ausgegebe¬ ner Daten erreicht werden.
Bei beweglichen potentiellen Kollisionspartnern kann ein An¬ forderungskatalog an die Umgebungserfassenden Sensoren be¬ stimmt werden, wobei mindestens feststehende Kriterien an ei¬ ne Abstandsmessung und Reichweitenerfassung erfüllt sein müs¬ sen. Bei Kurvenradien von weniger als 500 m wird im Gegensatz zur Erkennung von stehenden Objekten ein fahrendes Objekt beibehalten. Bei agilen Objekten kann eine weniger gefilterte Beschleunigung verwendet werden als bei einem weniger agilen Objekt. Der Hintergrund für diese Vorgehensweise ist der, dass die Beschleunigung eines Objekts aus der Abstandsände¬ rung und der Relativgeschwindigkeit bezüglich dem Fahrzeug ermittelt wird und dass die ermittelte Beschleunigung gefil¬ tert (geglättet) wird, um Sprünge, die aus den Rauschanteilen der Abstands- und Relativgeschwindigkeitsmesswerte resultie¬ ren, zu minimieren. Die Filterung hat aber zur Folge, dass Beschleunigungsänderungen des Objekts nicht sofort erkannt werden. Daher empfiehlt es sich, die ermittelte Beschleuni¬ gung bei dynamischen Objekten, bei denen vorab mit starken Beschleunigungsänderungen gerechnet werden kann, weniger stark zu glätten als bei weniger dynamischen Objekten. Ferner kann eine Nachbereichsverbesserung der Objekterfassung be-
stimmt werden, beispielsweise eine bessere Abstandsmessung unter 10 m bei einer relativen Geschwindigkeit Vrel bis 0 m. Überdies kann eine bestimmte Reichweite für die Sensoren ge¬ fordert werden, insbesondere ein bestimmter Zeitabstand als eine Zeitspanne bis κu einer potentiellen Kollision.
Durch diese Verwendung der Gütebewertung bei der Erkennung kann eine Reaktion auf Falschziele, wie beispielsweise Fahr¬ zeuge auf der Nebenspur oder Radar-Artefakte, weitgehend aus¬ geschlossen werden. Vorteilhafterweise werden durch diese Gü¬ tebewertung der Erkennung unnötige Warnungen weitgehend ver¬ mieden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kollisionsvermeidungssystem eines Fahrzeugs, umfassend Mittel zur Erfassung eines vorhan¬ denen Fahrraums zwischen dem Fahrzeug und einem potentiellen Kollisionspartner und Mittel zur Festlegung eines Zeitpunkts für einen Systemeingriff zur Kollisionsvermeidung, beispiels¬ weise in Form einer automatischen Bremsung und/oder eines au¬ tomatischen Lenkeingriffs, wobei bei Unterschreiten von fest¬ gelegten Schwellenwerten für einen ersten und zweiten Zeit¬ punkt (TTA, TTB) des anhand der Mittel festgelegten System¬ eingriffs eine Teilverzögerung für einen tatsächlichen Sys¬ temeingriff einleitbar ist. Für die Festlegung des ersten und zweiten Zeitpunkts des Systemeingriffs und die Teilverzöge¬ rung gelten die gleichen Kriterien, wie sie beim erfindungs¬ gemäßen Verfahren beschrieben sind. Durch das erfindungsgemä¬ ße System erfolgt eine verbesserte Anpassung an die aktuelle Verkehrssituation, und es wird vorteilhafterweise die Anzahl von Falschwarnungen möglichst gering gehalten.
Insgesamt wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, das für den Fahrzeuglenker verständlicher und intuitiver ist
und die Anzahl unnötiger Warnungen und Vollbremsungen auf ein Minimum reduziert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahl¬ reiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßi¬ gerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Dabei zeigt die einzige Figur ein Diagramm zur Veranschauli¬ chung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem Diagramm ist ein Koordinatensystem dargestellt, in dem auf der Abszisse Zeitwerte in Sekunden angegeben sind, die einem Fahrzeuglen¬ ker bis zu einer Kollision 20 seines Fahrzeugs mit einem po¬ tentiellen Kollisionspartner verbleiben. Es wird somit eine Zeit TTC („Time to collision") angezeigt, beginnend mit -7 Sekunden im Ursprung des Koordinatensystems bis 0 Sekunden zum Zeitpunkt der potentiellen Kollision, wenn kein System¬ eingriff erfolgt. Auf der Ordinate ist die relative Geschwin¬ digkeit in Bezug auf ein erkanntes Zielobjekt, also den po¬ tentiellen Kollisionspartner, angegeben, wobei die Werte nahe beim Ursprung eine geringe relative Geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und einem fast gleich schnellen Kollisionspart¬ ner angeben, aufsteigend bis zu einer relativen Geschwindig¬ keit (Vrel) von 100 km/h des Fahrzeugs gegenüber einem ste¬ henden Objekt. Als Mittel zur Erfassung des vorhandenen Fahr¬ raums zwischen dem Fahrzeug und einem potentiellen Kollisi¬ onspartner werden Umgebungserfassende Sensoren eingesetzt.
Eine Linie 12 zeigt einen ersten Zeitpunkt TTA („time to avoid") an, als spätesten Zeitpunkt für die Einleitung eines kollisionsvermeidenden Ausweichmanövers. Der erste Zeitpunkt 12 leitet also Handlungszeitspanne ein, die einem Fahrzeug-
lenker verbleibt, um die Kollision 20 mit dem potentiellen Kollisionspartner durch ein Ausweichmanöver zu verhindern. Eine Linie 13 zeigt einen Zeitpunkt TTB („time to brake") an, als spätesten Zeitpunkt für die Einleitung einer kollisions- vermeidenden Vollbremsung. Dieser Zeitpunkt leitet also eine HandlungsZeitspanne ein, die dem Fahrzeuglenker verbleibt, um die Kollision 20 mit dem potentiellen Kollisionspartner durch ein Bremsmanöver zu verhindern. Aus dem Diagramm ist erkenn¬ bar, dass der erste Zeitpunkt 12 vor dem zweiten Zeitpunkt 13 liegt, wenn der potentielle Kollisionspartner ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit fährt, also bezogen auf das Dia¬ gramm in einem dem Ursprung nahen Bereich des Koordinatensys¬ tems. Zur Meidung der Kollision 20 mit einem stehenden po¬ tentiellen Kollisionspartner, also in einem vom Ursprung beabstandeten Bereich im Diagramm, ist der zweite Zeitpunkt 13 in zeitlicher Hinsicht dem ersten Zeitpunkt 12 vorgela¬ gert, d.h. dass ein Ausweichmanöver zur Meidung der Kollision 20 mit einem stehenden Objekt später eingeleitet werden kann als ein Bremsmanöver. Im Bereich 14 schneiden sich die Linien 12 und 13. Das bedeutet, dass nach dem Diagramm bei einer re¬ lativen Geschwindigkeit von etwa 40 km/h für ein Lenkmanöver und ein Bremsmanöver gleich viel Zeit bleibt (< -1 Sekunde) , um die Kollision 20 zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird bei Unterschreiten von festgelegten Schwellenwerten für den Zeitpunkt TTA 12 und TTB 13 durch ei¬ nen berechneten Systemeingriff eine mit der Linie 10 gekenn¬ zeichneten Teilverzögerung für einen tatsächlichen Systemein¬ griff eingeleitet. Diese zeitlichen Schwellen sind in der Fi¬ gur mit Pfeilen 15, 16 gekennzeichnet. Durch die Teilverzöge¬ rung 10 soll ein verfrühter Systemeingriff vermieden werden, bei dem möglicherweise eine Gefahrenbremsung eingeleitet wird, obwohl ein Lenkmanöver zielführender wäre. Gerade bei höheren relativen Geschwindigkeiten lassen sich Kollisionen
durch ein späteres Ausweichen vermeiden, beispielsweise Kol¬ lisionen mit stehenden Objekten geringer Breite, welche im Radar nicht von Fahrzeugen großer Breite unterschieden werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit für den Fah¬ rer verständlicher und intuitiver. Außerdem werden damit un¬ nötige Gefahrenbremsungen vermieden. Bei einer relativen Ge¬ schwindigkeit zwischen 40 km/h und 100 km/h erfolgt die War¬ nung etwa 3 Sekunden vor der potentiellen Kollision, bei ei¬ ner relativen Geschwindigkeit von 0 bis 40 km/h, also bei ei¬ nem fast gleich schnellen potentiellen Kollisionspartner, er¬ folgt die Warnung etwas später und liegt bei etwa 2 Sekunden vor der Kollision.
Innerhalb einer definierten Zeitspanne tWarn vor der Teilver¬ zögerung 10 wird erfindungsgemäß eine Informations- und/oder Warnfunktion aktiviert, deren Auslösezeitpunkt mit einer Li¬ nie 11 gekennzeichnet ist. Die Zeitspanne tWarn bleibt bei einer niedrigeren und höheren relativen Geschwindigkeit nahe¬ zu gleich. Lediglich bei einer potentiellen Kollision mit ei¬ nem fast gleich schnellen Objekt, also bei einer relativen Geschwindigkeit von weniger als etwa 5 km/h, ist die Zeit¬ spanne tWarn' geringer, d.h. die Warnfunktion erfolgt später als bei einer höheren relativen Geschwindigkeit.
Einer gestrichelte Linie 17 zeigt einen Zeitpunkt des Einset¬ zens einer bisherigen Abstandswarnung vor einem Systemein¬ griff durch einen Notbremsung mittels eines so genannten „ad- vanced brake assistant" (ABA) an, der mit einer Linie 18 ge¬ kennzeichnet ist. Aus der Figur ist erkennbar, dass die bis¬ herige Abstandswarnung 17 gerade bei hohen relativen Ge¬ schwindigkeiten zeitlich weit vor dem Auslösezeitpunkt 11 für die erfindungsgemäße Informations- und Warnfunktion liegt. Die Zahl von unnötigen Warnungen wird somit vorteilhafterwei¬ se bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zur bis-
herigen Warnung erheblich reduziert . Gerade bei hohen Ge¬ schwindigkeiten können derartige verfrühte Warnungen zu Fehl- reaktionen führen. Lediglich bei einer sehr niedrigen relati¬ ven Geschwindigkeit (Vrel < 10 km/h) bezogen auf den poten¬ tiellen Kollisionsbereich deckt sich der Zeitpunkt der Warn¬ funktion zwischen dem bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren. Ebenso ist ersichtlich, dass das Einsetzen des bisherigen Bremsassistenten ABA 18 früher erfolgt als die Teilverzögerung 10 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Es wird somit erfindungsgemäß die Zahl von unnötigen Notbremsun¬ gen reduziert .
Eine weitere Reduktion ergibt sich durch die Verwendung einer Gütebewertung bei der Erkennung durch Umgebungserfassende Sensoren, wobei für unbewegliche potentielle Kollisionspart¬ ner ein anderer Anforderungskatalog an die umgebungserfassen- den Sensoren festgelegt wird, als bei beweglichen potentiel¬ len Kollisionspartnern. Es soll damit eine Reaktion auf Falschziele weitgehend unterbunden werden.