WO2006125560A1 - Verfahren und system zur vermeidung einer kollision eines kraftfahrzeugs mit einem objekt - Google Patents

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WO2006125560A1
WO2006125560A1 PCT/EP2006/004715 EP2006004715W WO2006125560A1 WO 2006125560 A1 WO2006125560 A1 WO 2006125560A1 EP 2006004715 W EP2006004715 W EP 2006004715W WO 2006125560 A1 WO2006125560 A1 WO 2006125560A1
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collision
motor vehicle
steering angle
acceleration
driver
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PCT/EP2006/004715
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Julien Chassot
Ottmar Gehring
Frédéric HOLZMANN
Sascha Paasche
Andreas Schwarzhaupt
Gernot Spiegelberg
Armin Sulzmann
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/18—Steering angle

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for avoiding a collision of a motor vehicle with any object, for example a pedestrian, a vehicle or other objects.
  • the invention provides a method for avoiding a collision of a motor vehicle with an object, the method comprising the following steps; namely
  • the feedback signal is output to the driver in order to prompt him to change the acceleration / steering angle combination set by him, so that the motor vehicle is brought from the driving state with risk of collision into the safe driving state or into a safer driving state.
  • the feedback signal can also be supplied as a control signal to a driving system, that by a braking intervention, engine intervention, steering intervention or a combination of these interventions an automatic change of the acceleration-steering angle combination corresponding to the feedback signal causes.
  • the essential advantage of the evaluation of the current acceleration-steering angle combination on the basis of the collision state map is that it enables a predictive evaluation of the risk of collision for various possible acceleration and steering angle values of the motor vehicle in a simple and fast manner, so that when there are several possible collision-avoiding measures or at least collision-sequence-reducing measures will indicate the measure most suitable for the current traffic situation as a feedback signal.
  • the collision state map is created by predetermining a trajectory of the at least one object in the near future as a function of sensory object positions of the object by further including a plurality of hypothetical trajectories of the motor vehicle, along which this is adhered to while maintaining predetermined acceleration. Steering angle combinations would probably be determined in the near future and, based on the hypothetical trajectories of the motor vehicle and the predicted trajectory of the at least one object, those of the predefined acceleration
  • Steering angle combinations are identified in the near future, i. within a predetermined period of time, likely to lead to a collision of the motor vehicle with the at least one object.
  • Identification of the acceleration-steering angle combinations resulting in a collision can be performed in a slide gram with the acceleration and the steering angle as axes, the amount of acceleration-steering angle combinations that correspond to a driving state with risk of collision, be differentiated from the set of other acceleration-steering angle combinations and thus the collision state map are created.
  • an emergency braking and / or an automatic steering intervention is automatically initiated when the driver does not have enough reaction time to bring the vehicle without additional system support in the safe driving condition.
  • the feedback signal is delivered haptically, visually or acoustically to the driver.
  • the collision state map is calculated as a map or table with the acceleration and the steering angle of the motor vehicle as parameters, the calculation depending on the sensed driving speed of the motor vehicle and in dependence on a sensory detected position of the object, an object speed and a collision angle between the trajectory of the motor vehicle and the trajectory of the object.
  • at least one collision energy state map is generated which, for different acceleration-steering angle combinations, respectively indicates a quality factor which is determined by a collision energy which occurs in the event of a collision of the motor vehicle with an object.
  • the collision energy corresponds to the kinetic energy destroyed by a collision.
  • the collision energy state map is calculated as a function of the vehicle speed, the object speed, the collision angle and in dependence on a detected object type.
  • the current acceleration-steering angle combination actuated by the driver of the motor vehicle is compared with the calculated collision energy state map for generating a feedback signal for the driver, which instructs the driver to change the currently operated by him acceleration steering angle combination such that the collision energy is minimal.
  • the calculated collision energy of the collision energy state map is weighted according to the detected object type.
  • the collision Condition map in addition to the collision Condition map additionally generates a distance state map that indicates a total distance of the motor vehicle to at least one object and to a lane edge for each vehicle acceleration and for each vehicle steering angle.
  • the current accelerator-steering angle combination actuated by the driver of the motor vehicle is compared with the distance state map to generate a feedback signal for the driver instructs the driver to change the acceleration-steering angle combination currently actuated by him in such a way that the total distance is maximum.
  • the invention further provides a system for avoiding a collision of the motor vehicle with an object, the system comprising:
  • a sensor unit for detecting the current vehicle speed and the current vehicle steering angle of the motor vehicle
  • a sensor unit for detecting positions of at least one object
  • a calculation unit for calculating a plurality of hypothetical movement paths of the motor vehicle as a function of the detected vehicle speed and as a function of different hypothetical acceleration steering angle combinations and for calculating an anticipated movement path of at least one object as a function of sensory movement positions detected of the object, wherein the calculation unit is set up to identify, on the basis of the hypothetical movement paths of the motor vehicle and the prospective movement path of the at least one object, those of the hypothetical acceleration-steering angle combinations which are likely to lead to a collision between the motor vehicle and the at least one object,
  • a memory for storing a collision state map, which for each possible acceleration
  • Lenkstoffkombination indicates whether the motor vehicle is in a movement along a movement path corresponding to the respective combination in a safe driving state or in a driving state with risk of collision with respect to an object closest to the motor vehicle,
  • a comparison unit for comparing the current acceleration / steering angle combination actuated by a driver of the motor vehicle with the stored collision state map in order to determine whether the currently actuated acceleration / steering angle combination corresponds to a safe driving state or a driving state with the risk of collision
  • Figure 1 is a diagram for explaining the principle underlying the invention
  • Figure 2 is a diagram for explaining the operation of the method according to the invention for avoiding a collision of a motor vehicle with an object;
  • FIG. 3 shows an example of a collision status card for explaining the mode of operation of the method according to the invention
  • Figure 4 is a block diagram illustrating the preferred embodiment of the system according to the invention for preventing a collision of a motor vehicle with an object
  • FIG. 5 shows a flow chart for explaining a preferred embodiment of the method according to the invention for avoiding a collision of a motor vehicle with an object
  • FIG. 6 shows a diagram for explaining further status cards which can be stored in the system according to the invention.
  • FIG. 7 shows diagrams for different collision situations, which are taken into account in a collision energy condition map in a preferred embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a distance
  • the method according to the invention or the system according to the invention for avoiding a collision of a motor vehicle with an object serves to assist a driver in his reaction to environmental changes or to changes in his environment by means of a feedback signal.
  • the system according to the invention represents a driver assistance system which assists the driver in his autonomous decision to avoid a collision.
  • the environment of the motor vehicle is detected by sensors and evaluated by a data processing device.
  • the driver assistance system according to the invention can optionally act directly on the driving behavior of the motor vehicle if a reaction of the driver is no longer possible, in particular if the time still available is less than the reaction time of the driver. It is therefore the primary goal of the driver assistance system to avoid a possible collision of the motor vehicle with an object.
  • the collision consequences should be reduced in the event of an unavoidable collision.
  • FIG. 2 shows schematically a motor vehicle 1, which contains a system according to the invention for avoiding a collision.
  • the motor vehicle forms the origin.
  • the motor vehicle 1 moves at a certain speed in the Y direction, wherein an object or a movable obstacle 2, the trajectory of the motor vehicle 1, ie the driving course line, possibly crosses.
  • an object 2 moves towards the path of movement of the motor vehicle 1.
  • the current trajectory of the motor vehicle 1 results from the vehicle speed V VEH and the current vehicle steering angle ⁇ and the current vehicle acceleration ⁇ of the motor vehicle 1.
  • the expected trajectory of the object 2, ie its course line, depending on sensory detected object positions of the object 2 for the future will be interpolated.
  • FIG. 2 shows further hypothetical movement paths or driving course lines (FKL) of the motor vehicle 1, which deviate from the Y axis, for different acceleration-steering-angle combinations.
  • FKL driving course lines
  • FKL 1 FKL 1 ( ⁇ , G 1 ) (1)
  • the position of the obstacle or of the object 2 is detected by sensors of the motor vehicle 1, and from this the probable movement path of the object 2 and from this a probable location area of the object 2 are calculated.
  • the probable location area of the obstacle or object 2 is shown in FIG. Example in approximately elliptical.
  • the current movement speed V OBJ of the object can be calculated.
  • the object 2 moves in a southwesterly direction to the course line D of the motor vehicle 1. If there is a certain probability that the object 2 also decelerates to avoid a collision and then even moves in the opposite direction the possible location of the object is also behind the object. As can be seen from FIG.
  • some trajectories for example the trajectories A, B, have no collision intersection with the probable location area of the object 2.
  • Other trajectories such as the trajectories C, D, E, F lead to collision intersections between the trajectory of the motor vehicle 1 and a course line of the object 2.
  • the collision intersection points K c , K D , K E , K F are shown in Figure 2.
  • the trajectories A, B thus lead to a safe driving condition, while the trajectories C, D, E, F each lead to a driving condition with risk of collision.
  • a time period TTC time to collision
  • the trajectory of the motor vehicle 1 is calculated as a function of the detected vehicle speed V VEH and the detected current steering angle ⁇ .
  • hypothetical trajectories are calculated as the driving course lines that would be obtained if the motor vehicle moved in accordance with the respective acceleration-steering angle combination.
  • the probable course line of at least one object 2 as a function of sensory object positions of the Object 2 calculated and determined the probable location area of the object 2.
  • the cached collision state map is a two-dimensional binary data matrix as exemplified in FIG.
  • acceleration-steering angle combinations ⁇ , ⁇ lead to a driving state with risk of collision
  • other acceleration-steering angle combinations ⁇ , Y lead to a safe driving state, ie to a driving state without risk of collision.
  • a negative steering angle and a negative acceleration in a region I lead to a safe driving state
  • the others Acceleration-steering angle combinations in a range II lead to a driving condition with risk of collision.
  • the feedback signal can be supplied as a control signal to a driving system in order to change the current acceleration / steering angle combination by means of an automatic intervention and to change the driving state in the direction of the safe driving state.
  • IS A determines the system according to the invention, that the currently actuated by the driver acceleration steering angle combinations, that is, the position of the gas or brake pedal and the steering angle of the steering wheel, will lead to a collision with the object 2. Accordingly, an optical or acoustic and additional haptic feedback signal is transmitted to the driver, which stops the driver to change the currently operated by him acceleration-steering angle combination Y, ⁇ targeted so that a safe target state is reached.
  • the desired state as indicated in FIG. 3, is preferred.
  • the area center of gravity of the safe driving state area I is one embodiment.
  • the feedback signal is emitted optically and haptically to the driver.
  • the driver is visually informed by means of LEDs, whether he should brake little or strong.
  • the driver is informed via LEDs whether he has to move the steering wheel to the left or to the right. This is preferably supported by a haptic feedback signal on the steering wheel.
  • the driver preferably also receives a feedback signal in the safe driving state area I. If, for example, the current driving state is close to the boundary line between the safe driving state area I and the collision area II, the driver receives a feedback signal in order to reach the desired state. In the example shown in FIG. 3, the motor vehicle 1 is transferred from the actual state IST B into the setpoint state SOLL.
  • the feedback signal is first of all generated in such a way that the driving state of the motor vehicle 1 is removed as directly as possible from the border region, and only then is a feedback taken in order to reach the desired state.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the system according to the invention for avoiding a collision of the motor vehicle 1 with an object 2.
  • a calculation unit 3 receives sensor data from various sensor units 4A, 4B, 4C, 4D which map the driving state of the motor vehicle 1 and course lines of at least one object ,
  • a sensor unit 4A attached to a throttle valve of the engine supplies an acceleration sensor signal ⁇ to the data processing unit 3.
  • a further sensor unit 4B supplies the data processing unit 3 with the current steering angle ⁇ of the motor vehicle 1.
  • a third sensor unit 4C transmits the current vehicle speed V VEH of the motor vehicle 1 to the data processing unit 3.
  • a sensor unit 4D for example a camera system or a radar system, outputs position data POS OBJ of the objects or obstacles 2 to the data processing unit 3.
  • the positions of the objects are pre-evaluated by the sensor unit 4D, so that the data processing unit 3 also receives the speeds V OBJ of the relevant objects and the collision angles ⁇ between the movement path of the motor vehicle 1 and the course line of the respective object 2.
  • the sensor unit 4D supplies the object type or the type of the object 2 to the data processing unit 3.
  • the calculation unit 3 receives information about whether the object is a passerby, a car, a truck a rigid wall or the like.
  • the sensor unit 4D provides a distance d road of the motor vehicle 1 to the roadway edge.
  • the data processing unit 3 is connected to a data memory 5, in which the collision status card and optionally further state maps can be stored.
  • the data processing unit 3 controls via control lines a feedback unit 6 for outputting a feedback signal to the driver.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a preferred embodiment of the method according to the invention for avoiding a collision of a motor vehicle 1 with an object 2.
  • the inventive method as shown in Figure 5, is preferably carried out at regular short intervals, for example every 10 ms.
  • a first step S1 the data processing unit 3 calculates a current trajectory of the motor vehicle 1 as a function of a detected vehicle speed V VEH and a current steering angle ⁇ of the motor vehicle 1, which are sensed by the sensors 4B, 4C, as well as a plurality of hypothetical trajectories for certain predetermined or predefinable acceleration-steering angle combinations.
  • the data processing unit 3 calculates a course line of at least one object as a function of sensory object positions of the object 2.
  • the trajectories will look ahead for the near future, i. calculated for a given period of time.
  • the data processing unit calculates the coordinates of possible collision intersection points Ki between the movement paths of the motor vehicle 1 and the course line or the course lines of the object or the objects 2.
  • a step S5 that collision situation with the lowest time span is selected, that is, the most critical collision situation for the motor vehicle 1 is determined.
  • a binary collision state map is calculated which indicates for each possible acceleration-steering angle combination Y, ⁇ , whether this combination is a safe driving state or a driving state with risk of collision with respect to the object 2 forms.
  • additional state maps such as a collision energy state map or a distance state map, are calculated in addition to the collision state map.
  • a step S7 by the data processing unit 3, the acceleration-steering angle combination currently operated by the driver of the motor vehicle 1 is compared with the calculated collision state map to determine whether or not the currently actuated acceleration-steering angle combination corresponds to a safe driving state.
  • step S8 it is preferably additionally checked in a step S8 whether the driver can still avoid the collision by an independent steering movement and by independent braking. If this is not the case, emergency braking is initiated by the data processing unit 3 in a step S9, that is, the data processing unit 3 directly controls the brake system of the motor vehicle 1 directly. In addition, an automatic steering intervention can take place. If the time span up to the collision is higher than the usual reaction time of a driver and if this can thus avoid the collision automatically, the data processing unit 3 sends a feedback signal to the feedback unit 6 via control lines.
  • the driver receives preferably optically and haptically a feedback signal, which instructs the driver to change the actuated by him acceleration steering angle combination such that the motor vehicle 1 enters a safe driving condition.
  • the feedback signal is output by the data processing unit 3 to the driver in step S10.
  • the calculation of the collision state map in step S6 preferably takes place as a function of the sensor-detected vehicle acceleration Y, the vehicle steering angle ⁇ and the vehicle speed V VEH of the motor vehicle 1 and, depending on the sensory detected position of the object 2, the speed V O bj of the object 2 and a collision angle ⁇ between the trajectory of the motor vehicle 1 and the trajectory of the object 2.
  • a collision of the motor vehicle 1 with the object 2 is unavoidable.
  • the system according to the invention preferably provides the calculation of a further state map to minimize the collision energy and thus the damage that occurs in the inevitable collision.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining such another state map.
  • a quality factor Q aos evaluation parameter forms a three-dimensional function range over the two parameters vehicle steering angle ⁇ and vehicle acceleration Y, that is, such a state map forms a topological function map.
  • FIGS. 7A to 7C show different collision situations in which the motor vehicle 1 impinges on another motor vehicle, for example a car as an obstacle 2.
  • FIG. 7A shows the situation that the obstacle 2 impacts laterally on the own motor vehicle 1. This driving situation is particularly dangerous because it usually leads to significant injuries to the vehicle occupants of their own motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has a small crumple zone on its sides.
  • the driving situation illustrated in FIG. 7B shows a frontal collision of the two vehicles. This situation is less critical for the same energy conversion than the situation shown in Figure 7A, since the respective engine compartment of the two vehicles forms a crumple zone, which can absorb the energy.
  • FIG. 7C shows a situation in which two vehicles meet at a certain collision angle ⁇ .
  • the collision energy i. the kinetic energy, which is destroyed as a result of the collision of the two vehicles, can be assessed with a quality factor Q as follows:
  • the quality factor Q is between 0 and 100 and where X represents a constant that is determined experimentally and E represents the collision energy.
  • the collision energy depends on the orientation and the speed of the two vehicles.
  • the maximum collision On energy is represented by a Q value of 0 and the minimum collision energy is represented by a Q value of 100.
  • the acceleration steering angle combination currently actuated by the driver of the motor vehicle 1 is preferably compared with the calculated collision energy state map for generating a feedback signal for the driver the driver to change the acceleration he is currently
  • Steering angle combination instructs such that the collision energy or the risk potential of the inevitable collision is minimal.
  • the calculated collision energy or the quality factor Q is additionally weighted in accordance with the detected object type.
  • the object type of the obstacle or object 2 is determined, that is, the data processing unit 3 receives data on whether the obstacle 2 is a passerby, a car, a truck or a wall. For example, if the object is a passer, weighting is done such that a collision with that object is avoided at all costs, even if it results in a collision with another object or obstacle 2.
  • a distance state map is additionally generated for each possible vehicle acceleration Y and for each possible one Vehicle steering angle ⁇ indicates a total distance of the motor vehicle to the various objects and to a lane edge.
  • Figure 8 shows a motor vehicle 1, which moves on a roadway.
  • a rating or quality factor Q indicates the total distance between the motor vehicle 1 to the object 2 and to the lane edge.
  • the quality factor Q is between 100 and 255, where 100 stands for a very small distance and 255 for a very high distance.
  • the hazard potential of the situation is indirectly proportional to the calculated total distance.
  • the quality factor can be given by the following equation:
  • A represents a constant that is determined experimentally so that the range of values of Q does not exceed 255.
  • C represents the sum of all distances between the motor vehicle and the different objects and the roadway edge. A value of 100 is added to the product.
  • the distance state map calculated in this way serves to convert motor vehicle 1, even if it is in a safe driving state, into an optimal desired state, as shown in FIG. An optimal target state, the motor vehicle at a maximum distance to all obstacles 2 and the roadside.
  • the distance state map and the collision energy state map can be used to form a three-dimensional collision map with the acceleration ⁇ , the steering angle ⁇ , and the quality factor Q are summarized as parameters such that the quality factor Q for acceleration-steering angle combinations that correspond to a driving condition with collision risk, according to the collision energy state map and otherwise according to the distance state map apply becomes. It is thus possible to use a single such map to specify the optimum acceleration / steering angle combination ⁇ , ⁇ both for a safe driving state and for a driving state with a risk of collision.

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Abstract

Ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs (1 ) mit einem Objekt (2) basiert, auf der Erstellung einer Kollisions-Zustandskarte, die für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen (Ϝ,θ ) des Kraftfahrzeugs (1) angibt, ob sich dieses bei Einhaltung der jeweiligen Beschleunigungs-Lenkkombination in einem sicher Fahrzustand oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr befindet. Wenn eine erfass aktuelle Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination in der Kollisions-Zustandskarte einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht, wird ein entsprechendes Feedbacksignal an den Fahrer ausgegeben, um ihn aufzufordern, das Kraftfahrzeug durch eine gezielte Änderung der aktuellen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination in einen sicheren Fahrzustand zu bringen.

Description

Verfahren und System zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem beliebigen Objekt, beispielsweise einem Fußgänger, einem Fahrzeug oder sonstigen Gegenständen.
Durch die ständige Zunahme des Verkehrsaufkommens und somit der Verkehrsdichte wird es für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs ständig schwieriger, Kollisionen mit Objekten wie anderen Kraftfahrzeugen, Fußgängern oder Gebäuden zu vermeiden. Während Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Gebäuden zu Sachschäden führen, führen Kollisionen des Kraftfahrzeugs mit Fußgängern darüber hinaus auch noch zu Verletzungen des Fußgängers .
Aus der DE 4317960 Al ist ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt bekannt, bei dem eine voraussichtliche Bewegungsbahn des Objekts ermittelt wird und in Bezug auf eine Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs bewertet wird, um festzustellen, ob eine Kollisionsgefahr besteht. Im Falle einer bestehenden Kollisionsgefahr wird die Ausgabe einer entsprechenden Anzeige für den Fahrer des Kraftfahrzeugs oder ein automatischer Bremseingriff ausgelöst. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System zu schaffen, welches den Fahrer dabei unterstützt, Kollisionen mit beliebigen Objekten zu vermeiden, und welches eine genaue Abschätzung der Kollisionsgefahr ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein System mit den im Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist; nämlich
- Erstellen einer Kollisions-Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen angibt, ob sich das Kraftfahrzeug bei Einhaltung der jeweiligen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination in einem sicheren Fahrzustand befindet oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr befindet, in dem es in naher Zukunft mit mindestens einem Objekt voraussichtlich kollidieren wird;
- Ausgeben eines Feedbacksignals zur gezielten Änderung einer erfassten aktuellen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination, wenn diese Kombination in der Kollisions-Zustandskarte einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht.
Das Feedbacksignal wird dabei an den Fahrer ausgegeben, um ihn zu der Änderung der von ihm eingestellten Beschleuni- gungs-Lenkwinkelkombination aufzufordern, so dass das Kraftfahrzeug aus dem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr in den sicheren Fahrzustand oder in einen sichereren Fahrzustand gebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Feedbacksignal auch als Steuersignal einem Fahrsystem zugeführt werden, das durch einen Bremseingriff, Motoreingriff, Lenkeingriff oder eine Kombination dieser Eingriffe eine dem Feedbacksignal entsprechende automatische Änderung der Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination bewirkt.
Der wesentliche Vorteil der Bewertung der aktuellen Beschleu- nigungs-Lenkwinkelkombination anhand der Kollisions-Zustands- karte liegt darin, dass hierdurch auf einfache und schnelle Weise eine vorausschauende Bewertung der Kollisionsgefahr für verschiedene mögliche Beschleunigungs- und Lenkwinkelwerte des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird, so dass bei mehreren möglichen kollisionsvermeidenden oder zumindest kollisionsfol- genmindernden Maßnahmen die für die aktuelle Verkehrssituation am besten geeignete Maßnahme als Feedbacksignal anzeigt wird.
Vorzugsweise wird die Kollisions-Zustandkarte erstellt, indem eine Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts für die nahe Zukunft in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts prädiziert wird, indem weiterhin mehrere hypothetische Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs, entlang denen sich dieses bei Einhaltung von vorgegebenen Beschleuni- gungs-Lenkwinkelkombinationen in naher Zukunft voraussichtlich bewegen würde ermittelt werden, und indem basierend auf den hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs und der prädizierten Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts diejenigen der vorgegebenen Beschleunigungs-
Lenkwinkelkombinationen identifiziert werden, die in naher Zukunft, d.h. innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, voraussichtlich zu einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem mindestens einen Objekt führen werden.
Durch die Identifizierung der zu einer Kollision führenden Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen kann in einem Dia- gramm mit der Beschleunigung und dem Lenkwinkel als Achsen die Menge der Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen, die einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entsprechen, von der Menge der übrigen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen abgegrenzt werden und somit die Kollisions-Zustandskarte erstellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Abgeben des Feedbacksignals geprüft, ob der Fahrer noch genügend Reaktionszeit zur Vermeidung der Kollision hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird automatisch eine Notbremsung und/oder ein automatischer Lenkeingriff eingeleitet, wenn dem Fahrer nicht genügend Reaktionszeit verbleibt, um das Kraftfahrzeug ohne zusätzliche Systemunterstützung in den sicheren Fahrzustand zu bringen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Feedbacksignal haptisch, visuell oder a- kustisch an den Fahrer abgegeben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kollisions-Zustandskarte als Karte oder Tabelle mit der Beschleunigung und dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs als Parameter berechnet, wobei die Bere- chung in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sowie in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Position des Objekts, einer Objektgeschwindigkeit und einem Kollisionswinkel zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs und der Bewegungsbahn des Objekts berechnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben der Kollisions-Zustandskarte zusätzlich mindestens eine Kollisionsenergie-Zustandskarte erzeugt, die für verschiedene Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen jeweils einen Qualitätsfaktor angibt, der durch eine Kollisionsenergie bestimmt wird, die bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt auftritt. Die Kollisionsenergie entspricht dabei der durch eine Kollision vernichteten kinetischen Energie.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kollisionsenergie-Zustandskarte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Objektgeschwindigkeit, dem Kollisionswinkel und in Abhängigkeit von einer erkannten Objektart berechnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wenn eine Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt selbst bei einer Notbremsung unvermeidlich ist, die aktuelle von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der berechneten Kollisionsenergie-Zustandskarte zur Erzeugung eines Feedbacksignals für den Fahrer verglichen, welches den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination derart anweist, dass die Kollisionsenergie minimal ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die berechnete Kollisionsenergie der Kollisi- onsenergie-Zustandskarte entsprechend der erkannten Objektart gewichtet .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben der Kollisions- Zustandskarte zusätzlich eine Abstands-Zustandskarte erzeugt, die für jede Fahrzeugbeschleunigung und für jeden Fahrzeuglenkwinkel einen Gesamtabstand des Kraftfahrzeugs zu mindestens einem Objekt und zu einem Fahrbahnrand angibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wenn die aktuelle durch den Fahrer betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einen sicheren Fahrzustand bildet, die aktuelle von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der Abstands-Zustandskarte zur Erzeugung eines Feedbacksignals für den Fahrer verglichen, welches dem Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs-Lenkwinkel- kombination derart anweist, dass der Gesamtabstand maximal ist.
Die Erfindung schafft ferner ein System zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, wobei das System aufweist:
eine Sensoreinheit zur Erfassung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und des aktuellen Fahrzeuglenkwinkels des Kraftfahrzeugs,
eine Sensoreinheit zur Erfassung von Positionen von mindestens einem Objekt,
eine Berechnungseinheit zur Berechnung einer Mehrzahl von hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und in Abhängigkeit von verschiedenen hypothetischen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen sowie zur Berechnung einer voraussichtlichen Bewegungsbahn von mindestens einem Objekt in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Bewegungspositionen des Objekts, wobei die Berechnungseinheit eingerichtet ist, anhand der hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs und der voraussichtlichen Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts diejenigen der hypothetischen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen zu identifizieren, die voraussichtlich zu einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem mindestens einen Objekt führen werden,
einen Speicher zum Speichern einer Kollisions-Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleunigungs-
Lenkmittelkombination angibt, ob sich das Kraftfahrzeug bei einer Bewegung entlang einer der jeweiligen Kombination entsprechenden Bewegungsbahn in einem sicheren Fahrzustand oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr bezüglich eines zu dem Kraftfahrzeug nächstliegenden Objekts befindet,
eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der aktuell von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigten Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination mit der gespeicherten Kollisions- Zustandskarte, um festzustellen, ob die aktuell betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einem sicheren Fahrzustand oder einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht,
einen Einrichtung zum Abgeben eines Feedbacksignals an den Fahrer oder an ein Fahrsystem zur Änderung der aktuell durch den Fahrer betätigten Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination, wenn diese Kombination einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht .
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben. Es zeigen :
Figur 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips;
Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
Figur 3 ein Beispiel einer Kollisions-Zustandskarte zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 4 ein Blockschaltbild zur Darstellung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt;
Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung weiterer Zustandskar- ten, die beim erfindungsgemäßen System abspeicherbar sind;
Figur 7 Diagramme für verschiedene Kollisionssituationen, die bei einer Kollisionsenergiezustandskarte bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden; Figur 8 ein Diagramm zur Erläuterung einer Abstands-
Zustandskarte, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
Wie man aus Figur 1 erkennen kann, dient das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise das erfindungsgemäße System zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt dazu, einen Fahrer bei seiner Reaktion auf Umweltveränderungen beziehungsweise auf Änderungen in seiner Umgebung mittels eines Feedbacksignals zu unterstützen. Das erfindungsgemäße System stellt ein Fahrerassistenzsystem dar, welches den Fahrer bei seiner autonomen Entscheidung zur Vermeidung einer Kollision unterstützt. Hierzu wird die Umgebung des Kraftfahrzeugs sensorisch erfasst und durch eine Datenverarbeitungseinrichtung ausgewertet. Wie in Figur 1 angedeutet kann das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem optional direkt auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs einwirken, wenn eine Reaktion des Fahrers nicht mehr möglich ist, insbesondere wenn die noch zur Verfügung stehende Zeit geringer ist als die Reaktionszeit des Fahrers. Es ist demnach primäres Ziel des Fahrerassistenzsystems, eine mögliche Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt zu vermeiden. Als sekundäres Ziel sollen im Falle einer unvermeidbaren Kollision die Kollisionsfolgen gemindert werden.
Figur 2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1, welches ein erfindungsgemäßes System zur Vermeidung einer Kollision enthält. Im Koordinatensystem des Kraftfahrzeug 1 bildet das Kraftfahrzeug den Ursprung. Wie man aus Figur 2 erkennen kann, bewegt sich das Kraftfahrzeug 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Y-Richtung, wobei ein Objekt beziehungsweise ein bewegliches Hindernis 2 die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1, d. h. dessen Fahrkurslinie, möglicherweise quert. Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel bewegt sich ein Objekt 2 auf die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 zu. Die aktuelle Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 ergibt sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und dem aktuellen Fahrzeuglenkwinkel θ und der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung γ des Kraftfahrzeugs 1. Der zu erwartende Bewegungsbahn des Objekts 2, d.h. dessen Kurslinie, kann in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2 für die Zukunft interpoliert werden. Figur 2 zeigt weitere hypothetische Bewegungsbahnen oder Fahrkurslinien (FKL) des Kraftfahrzeugs 1, die von der Y-Achse abweichen, für verschiedene Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen.
FKL1 = FKL1 (γ,; G1) (1)
Wenn der Fahrer beispielsweise stark bremst, d.h. negativ beschleunigt und gleichzeitig den Lenkwinkel nach rechts einschlagt, ergibt sich beispielsweise die Bewegungsbahn A. Bewegt der Fahrer den Lenkwinkel nur leicht nach rechts und bremst weniger stark ab, ergibt sich beispielsweise eine Bewegungsbahn B. Bei nur geringem Lenkwinkeleinschlag nach rechts sowie geringfügigem Bremsen ergibt sich beispielsweise eine Bewegungsbahn C. Ohne Reaktion des Fahrers ergibt sich die Bewegungsbahn D. Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel ergeben sich ferner bei leichten bzw. stärkerem Lenkwinkeleinschlag nach links sowie entsprechender negativer Beschleunigung die Bewegungsbahnen E und F.
Die Position des Hindernisses beziehungsweise des Objekts 2 wird durch Sensoren des Kraftfahrzeugs 1 erfasst und daraus die voraussichtliche Bewegungsbahn des Objekts 2 und hieraus ein wahrscheinlicher Aufenthaltsbereich des Objekts 2 berechnet. Der wahrscheinliche Aufenthaltsbereich des Hindernisses beziehungsweise Objekts 2 ist bei dem in Figur 2 dargestell- ten Beispiel in etwa ellipsenförmig . Durch Vergleich verschiedener Positionen des Hindernisses 2 kann die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit VOBJ des Objekts berechnet werden. Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel bewegt sich das Objekt 2 in südwestlicher Richtung hin zu der Kurslinie D des Kraftfahrzeugs 1. Besteht eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt 2 zur Vermeidung einer Kollision ebenfalls abbremst und sich dann sogar in Entgegengesetzte Richtung bewegt, so erstreckt sich der mögliche Aufenthaltsbereich des Objekts auch hinter das Objekt. Wie man aus Figur 2 erkennen kann, weisen manche Bewegungsbahnen, wie beispielsweise die Bewegungsbahnen A, B keinen Kollisionsschnittpunkt mit dem wahrscheinlichen Aufenthaltsbereich des Objekts 2 auf. Andere Bewegungsbahnen, wie beispielsweise die Bewegungsbahnen C, D, E, F führen zu Kollisionsschnittpunkten zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und einer Kurslinie des Objekts 2. Die Kollisionsschnittpunkte Kc, KD, KE, KF sind in Figur 2 dargestellt. Die Bewegungsbahnen A, B führen somit zu einem sicheren Fahrzustand, während die Bewegungsbahnen C, D, E, F jeweils zu einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr führen. Zu jedem Kollisionsschnittpunkt K kann ferner eine Zeitspanne TTC (time to collision) bis zum Auftreten der Kollision berechnet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit von der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und dem erfassten aktuellen Lenkwinkel θ berechnet. Zusätzlich werden für verschiedene Beschleu- nigungs-Lenkwinkelkombinationen hypothetische Bewegungsbahnen als Fahrkurslinien berechnet, die man erhalten würde, wenn sich das Kraftfahrzeug entsprechend der jeweiligen Beschleu- nigungs-Lenkwinkelkombination bewegen würde. Weiterhin wird die voraussichtliche Kurslinie von mindestens einem Objekt 2 in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2 berechnet und der wahrscheinliche Aufenthaltsbereich des Objekts 2 ermittelt. Bei der Erfassung mehrerer Objekte wird dies für jedes dieser Objekte getan. In einem weiteren Schritt werden die möglichen Kollisionsschnittpunkte Ki zwischen den verschiedenen Bewegungsbahnen FKLi des Kraftfahrzeugs 1 und dem wahrscheinlichen Aufenthaltsbereich des Objekts 2 bzw. den wahrscheinlichen Aufenthaltsbereichen der Objekte sowie die entsprechenden Zeitspannen TTCi bis zu der jeweiligen Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Objekt 2 oder den Objekten berechnet.
Aus den berechneten Zeitspannen TTCi wird die minimale Zeitspanne bis zur Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem nächsten Objekt selektiert und somit die für das Kraftfahrzeug 1 kritischste Kollisionssituation ermittelt. Sobald die kritischste Kollisionssituation selektiert ist, wird für diese durch das erfindungsgemäße Verfahren eine zugehörige Kollisi- ons-Zustandskarte berechnet und zwischengespeichert. Diese Kollisions-Zustandskarte gibt für jede mögliche Beschleuni- gungs-Lenkwinkelkombination Y θ des Kraftfahrzeugs 1 an, ob diese Kombination zu einem sicheren Fahrzustand führt, oder ob diese Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr bezüglich des kritischsten Objekts bildet. Die zwischengespeicherte Kollisions-Zustandskarte ist eine zweidimensionale binäre Datenmatrix, wie sie beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist. Gewisse Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen γ, θ führen zu einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr, während andere Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen θ, Y zu einem sicheren Fahrzustand, d.h. zu einem Fahrzustand ohne Kollisionsgefahr führen. Bei dem in Figur 3 dargestellten Beispiel führen ein negativer Lenkwinkel und eine negative Beschleunigung in einem Bereich I zu einem sicheren Fahrzustand, während die übrigen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen in einem Bereich II zu einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr führen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigte Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination (= Istwert) mit der berechneten Kolli- sions-Zustandskarte verglichen, um festzustellen, ob die aktuell betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einen sicheren Fahrzustand oder einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr darstellt. Anschließend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Feedbacksignal an den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs-
Lenkwinkelkombination abgegeben, wenn der festgestellte Fahrzustand eine Kollisionsgefahr beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich kann das Feedbacksignal als Steuersignal einem Fahrsystem zugeführt, um durch einen automatischen Eingriff die aktuelle Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination zu ändern und den Fahrzustand in Richtung des sicheren Fahrzustands zu ändern .
Bei dem in Figur 3 dargestellten Beispiel sind drei verschiedene Istzustände beziehungsweise aktuelle Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen gezeigt. In einer ersten Fahrsituation ISTA stellt das erfindungsgemäße System fest, dass die aktuell durch den Fahrer betätigte Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen, das heißt die Stellung des Gas- beziehungsweise Bremspedals und der Einschlagswinkel des Lenkrads, zu einer Kollision mit dem Objekt 2 führen wird. Dementsprechend wird dem Fahrer ein optisches oder akustisches und zusätzliches haptisches Feedbacksignal übermittelt, welches den Fahrer dazu anhält, die aktuell durch ihn betätigte Beschleunigung-Lenkwinkelkombination Y, θ zielgerecht derart zu ändern, dass ein sicherer Sollzustand erreicht wird. Der Sollzustand, wie er in Figur 3 angedeutet ist, ist Vorzugs- weise der Flächenschwerpunkt des sicheren Fahrzustandsbe- reichs I. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Feedbacksignal an den Fahrer optisch und haptisch abgegeben. Hierzu wird der Fahrer optisch mittels Leuchtdioden informiert, ob er wenig oder stark bremsen soll. Ferner wird über Leuchtdioden dem Fahrer angezeigt, ob er das Lenkrad nach links oder rechts zu bewegen hat. Dies wird vorzugsweise durch ein haptisches Feedbacksignal am Lenkrad unterstützt.
Wie aus Figur 3 zu erkennen ist, erhält der Fahrer auch im sicheren Fahrzustandsbereich I vorzugsweise ein Feedbacksignal. Befindet sich beispielsweise der aktuelle Fahrzustand nahe an der Grenzlinie zwischen dem sicheren Fahrzustandsbereich I und dem Kollisionsbereich II erhält der Fahrer ein Feedbacksignal, um in den Sollzustand zu gelangen. In dem in Figur 3 dargestellten Beispiel wird das Kraftfahrzeug 1 aus dem Istzustand ISTB in den Sollzustand SOLL überführt.
Befindet sich der Fahrzustand sehr nahe an der Grenzlinie ISTC wird erfindungsgemäß das Feedbacksignal zunächst derart generiert, dass sich der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 aus dem Grenzbereich möglichst direkt entfernt, und erst anschließend erfolgt ein Feedback, um in den Sollzustand zu gelangen.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit einem Objekt 2. Eine Berechnungseinheit 3 erhält von verschiedenen Sensoreinheiten 4A, 4B, 4C, 4D Sensordaten, welche den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 und Kurslinien von mindestens einem Objekt abbilden. Eine an einer Drosselklappe des Motors angebrachte Sensoreinheit 4A liefert ein Beschleunigungssensorsignal γ an die Datenverarbeitungseinheit 3. Eine weitere Sensoreinheit 4B liefert der Datenverarbeitungseinheit 3 den aktuell eingeschlagenen Lenkwinkel θ des Kraftfahrzeugs 1. Eine dritte Sensoreinheit 4C gibt die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH des Kraftfahrzeugs 1 an die Datenverarbeitungseinheit 3 weiter. Eine Sensoreinheit 4D, beispielsweise ein KameraSystem oder ein Radarsystem, gibt Positionsdaten POSOBJ der Objekte beziehungsweise Hindernisse 2 an die Datenverarbeitungseinheit 3 ab. Darüber hinaus werden durch die Sensoreinheit 4D die Positionen der Objekte vorausgewertet, so dass die Datenverarbeitungseinheit 3 ferner die Geschwindigkeiten VOBJ der relevanten Objekte sowie die Kollisionswinkel φ zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und der Kurslinie des jeweiligen Objekts 2 erhält. Nach Auswertung durch eine entsprechende Erkennungssoftware liefert darüber hinaus die Sensoreinheit 4D die Objektart beziehungsweise den Typ des Objekts 2 an die Datenverarbeitungseinheit 3. Beispielsweise erhält die Berechnungseinheit 3 Informationen darüber, ob es sich bei dem Objekt um einen Passanten, einen PKW, einen LKW, um eine starre Wand oder dergleichen handelt. Darüber hinaus liefert die Sensoreinheit 4D einen Abstand droad des Kraftfahrzeugs 1 zu dem Fahrbahnrand.
Die Datenverarbeitungseinheit 3 ist an einen Datenspeicher 5 angeschlossen, in welchem die Kollisions-Zustandskarte und gegebenenfalls weitere Zustandskarten abspeicherbar sind. Die Datenverarbeitungseinheit 3 steuert über Steuerleitungen eine Feedbackeinheit 6 zur Abgabe eines Feedbacksignals an den Fahrer an.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Objekt 2. Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in Figur 5 dargestellt wird, wird vorzugsweise in regelmäßigen kurzen Zeitabständen, beispielsweise alle 10 ms durchgeführt.
In einem ersten Schritt Sl berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 eine aktuelle Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 in Abhängigkeit von einer erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH und einem aktuellen Lenkwinkel θ des Kraftfahrzeugs 1, welche sensorisch durch die Sensoren 4B, 4C erfasst werden, sowie mehrere hypothetische Bewegungsbahnen für bestimmte vorgegebene oder vorgebbare Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen .
Anschließend berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 eine Kurslinie von mindestens einem Objekt in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Objektpositionen des Objekts 2.
Die Bewegungsbahnen werden dabei vorausschauen für die nahe Zukunft, d.h. für eine vorgegebene Zeitspanne berechnet.
In einem weiteren Schritt S3 berechnet die Datenverarbeitungseinheit die Koordinaten von möglichen Kollisionsschnittpunkten Ki zwischen den Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs 1 und der Kurslinie oder den Kurslinien des Objekts bzw. der Objekte 2.
Darüber hinaus berechnet die Datenverarbeitungseinheit 3 im Schritt S4 Zeitspannen (Time To Collision = TTC) bis zur Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem jeweiligen Objekt 2.
In einem Schritt S5 wird diejenige Kollisionssituation mit der niedrigsten Zeitspanne selektiert, das heißt, es wird die für das Kraftfahrzeug 1 kritischste Kollisionssituation ermittelt . In einem weiteren Schritt S6 wird für die kritischste beziehungsweise am nächsten in der Zukunft liegende Kollision eine binäre Kollisions-Zustandskarte berechnet, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination Y, θ angibt, ob diese Kombination einen sicheren Fahrzustand oder einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr bezüglich des Objekts 2 bildet. Optional werden neben der Kollisions-Zustandskarte weitere Zustandskarten, beispielsweise Kollisionsenergie- Zustandskarte oder eine Abstands-Zustandskarte berechnet.
In einem Schritt S7 wird durch die Datenverarbeitungseinheit 3, die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der berechneten Kollisions-Zustandskarte verglichen, um festzustellen, um die aktuell betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination einem sicheren Fahrzustand entspricht oder nicht.
Besteht Kollisionsgefahr wird vorzugsweise zusätzlich in einem Schritt S8 geprüft, ob der Fahrer durch eine eigenständige Lenkbewegung und durch eigenständiges Bremsen die Kollision noch vermeiden kann. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt S9 durch die Datenverarbeitungseinheit 3 eine Notbremsung eingeleitet, das heißt, die Datenverarbeitungseinheit 3 steuert direkt automatisch die Bremsanlage des Kraftfahrzeugs 1 an. Zusätzlich kann auch ein automatischer Lenkeingriff erfolgen. Ist die Zeitspanne bis zur Kollision höher als die gewöhnliche Reaktionszeit eines Fahrers und kann dieser somit selbständig die Kollision vermeiden, gibt die Datenverarbeitungseinheit 3 über Steuerleitungen ein Feedbacksignal an die Feedbackeinheit 6 ab. Der Fahrer erhält dabei vorzugsweise optisch und haptisch ein Feedbacksignal, welches den Fahrer dazu anweist, die von ihm betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination derart zu ändern, dass das Kraftfahrzeug 1 in einen sicheren Fahrzustand gelangt. Das Feedbacksignal gibt die Datenverarbeitungseinheit 3 im Schritt SlO an den Fahrer ab.
Die Berechnung der Kollisions-Zustandskarte im Schritt S6 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der sensorisch erfass- ten Fahrzeugbeschleunigung Y, dem Fahrzeuglenkwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit VVEH des Kraftfahrzeugs 1 sowie in Abhängigkeit von der sensorisch erfassten Position des Objekts 2, der Geschwindigkeit VObj des Objekts 2 und einem Kollisionswinkel φ zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs 1 und der Bewegungsbahn des Objekts 2.
In vielen Situationen ist eine Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Objekt 2 unvermeidlich. Läuft beispielsweise ein Passant plötzlich auf die Strasse, kann es sein, dass selbst eine Notbremsung, wie sie im Schritt S9 vorgesehen ist, eine Kollision nicht mehr verhindern kann. Für Fälle, in denen die Kollision nicht mehr vermeidbar ist, sieht daher das erfindungsgemäße System vorzugsweise die Berechnung einer weiteren Zustandskarte vor, um die Kollisionsenergie und somit den Schaden, der bei der unvermeidlichen Kollision auftritt, zu minimieren. Figur 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer derartigen weiteren Zustandskarte. Ein Qualitätsfaktor Q aos Bewertungsparameter bildet ein dreidimensionales Funktionsgebirge über den beiden Parametern Fahrzeuglenkwinkel θ und Fahrzeugbeschleunigung Y, das heißt, eine derartige Zustandskarte bildet eine topologische Funktionskarte.
Ist eine Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Hindernis 2 unvermeidlich, wird mittels einer berechneten Kollisionsener- gie-Zustandskarte versucht, den Aufprallschaden zu minimieren . Die Figuren 7A bis 7C zeigen verschiedene Kollisionssituation bei dem das Kraftfahrzeug 1 auf ein anderes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen PKW als Hindernis 2 aufprallt.
Figur 7A zeigt die Situation, dass das Hindernis 2 seitlich auf das eigene Kraftfahrzeug 1 prallt. Diese Fahrsituation ist besonders gefährlich, da sie in der Regel zu erheblichen Verletzungen der Fahrzeuginsassen des eigenen Kraftfahrzeugs 1 führt. Das Kraftfahrzeug 1 weist nämlich an seinen Seiten eine geringe Knautschzone auf.
Die in Figur 7B dargestellt Fahrsituation zeigt einen Frontalaufprall der beiden Fahrzeuge. Diese Situation ist bei gleichem Energieumsatz weniger kritisch als die in Figur 7A dargestellte Situation, da der jeweilige Motorraum der beiden Fahrzeuge eine Knautschzone bildet, welche die Energie aufnehmen kann.
Figur 7C zeigt eine Situation, bei der zwei Fahrzeuge in einem bestimmten Kollisionswinkel φ aufeinander treffen.
Die Kollisionsenergie, d.h. die kinetische Energie, die in Folge der Kollision der beiden Fahrzeuge vernichtet wird, kann mit einem Qualitätsfaktor Q wie folgt bewertet werden:
cos φ
Q = X
100
wobei der Qualitätsfaktor Q zwischen 0 und 100 liegt und wobei X eine Konstante darstellt, die experimentell ermittelt wird, und E die Kollisionsenergie darstellt.
Die Kollisionsenergie hängt von der Orientierung und der Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge ab. Die maximale Kollisi- onsenergie wird durch einen Q-Wert von 0 und die minimale Kollisionsenergie wird durch einen Q-Wert von 100 repräsentiert.
Ist die Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit dem Objekt 2 selbst bei einer Notbremsung unvermeidlich, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigte Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination mit der berechneten Kollisionsenergie- zustandskarte zur Erzeugung eines Feedbacksignals für den Fahrer verglichen, welches den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs-
Lenkwinkelkombination derart anweist, dass die Kollisionsenergie beziehungsweise das Gefahrenpotenzial der unvermeidlichen Kollision minimal ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird die berechnete Kollisionsenergie beziehungsweise der Qualitätsfaktor Q entsprechend der erkannten Objektart zusätzlich gewichtet. Mittels der Sensoreinheit 4D wird die Objektart des Hindernisses beziehungsweise Objekts 2 ermittelt, das heißt, die Datenverarbeitungseinheit 3 erhält Daten darüber, ob es sich bei dem Hindernis 2 um einen Passanten, einen PKW, einen LKW oder eine Wand handelt. Beispielsweise wird, wenn es sich bei dem Objekt um einen Passanten handelt, eine Gewichtung derart vorgenommen, dass eine Kollision mit diesem Objekt unter allen Umständen vermieden wird, selbst wenn dies zu einer Kollision mit einem anderen Gegenstand beziehungsweise Hindernis 2 führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben der Kollisionsenergie-Zustandskarte zusätzlich eine Abstands-Zustandskarte erzeugt, die für jede mögliche Fahrzeugbeschleunigung Y und für jeden möglichen Fahrzeuglenkwinkel θ einen Gesamtabstand des Kraftfahrzeugs zu den verschiedenen Objekten und zu einem Fahrbahnrand angibt.
Figur 8 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, welches sich auf einer Fahrbahn bewegt. Ein Bewertungs- beziehungsweise Qualitätsfaktor Q gibt den Gesamtabstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 zu dem Objekt 2 sowie zu dem Fahrbahnrand an. Beispielsweise liegt der Qualitätsfaktor Q zwischen 100 und 255, wobei 100 für einen sehr geringen Abstand und 255 für einen sehr hohen Abstand steht. Das Gefahrenpotenzial der Situation ist indirekt proportional zu dem berechneten Gesamtabstand.
Der Qualitätsfaktor kann durch folgende Gleichung angegeben werden:
Q = [A ■ C + 10O]255
wobei A eine Konstante darstellt, die experimentell ermittelt wird, so dass der Wertebereich von Q nicht über den Wert 255 hinausreicht. C stellt die Summe aller Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug und den unterschiedlichen Objekten und dem Fahrbahnrand dar. Zu dem Produkt wird ein Wert von 100 hinzuaddiert .
Die derart berechnete Abstands-Zustandskarte dient dazu, dass Kraftfahrzeug 1, auch wenn dieses sich in einem sicheren Fahrzustand befindet, in einen optimalen Sollzustand zu überführen, wie er in Figur 3 dargestellt ist. Einen optimalen Sollzustand weist das Kraftfahrzeug bei einem maximalen Abstand zu allen Hindernissen 2 sowie zum Fahrbahnrand auf.
Die Abstands-Zustandskarte und die Kollisionsenergie- Zustandskarte können zu einer dreidimensionalen Kollisionszu- standskarte mit der Beschleunigung γ, dem Lenkwinkel θ, und dem Qualitätsfaktor Q als Parameter derart zusammengefasst werden, dass der Qualitätsfaktor Q für Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen, die einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entsprechen, gemäß der Kollisionsenergie- Zustandskarte und ansonsten gemäß der Abstands-Zustandskarte gelten vorgegeben wird. Es ist somit möglich, mit einer einzigen derartigen Karte die optimale Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination γ, θ sowohl für einen sicheren Fahrzustand als auch für eine Fahrzustand mit Kollisionsgefahr anzugeben .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem Objekt (2) , gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Erstellen einer Kollisions-Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen (Y, θ) des Kraftfahrzeugs (1) angibt, ob sich dieses bei Einhaltung der jeweiligen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination in einem sicheren Fahrzustand befindet oder in einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr befindet, in dem es in naher Zukunft mit dem mindestens einen Objekt (2) voraussichtlich kollidieren wird;
- Abgeben (SlO) eines Feedbacksignals zur gezielten Änderung einer erfassten aktuellen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination (Y, θ) , wenn diese Kombination in der Kollisions-Zustandskarte einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung der Kollisions-Zustandkarte folgende Schritte durchgeführt werden: - Prädiktion einer Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts (2) für die nahe Zukunft in Abhängigkeit von sensorisch er- fassten Objektpositionen (x, y) des Objekts (2);
- Ermittlung vom mehreren hypothetischen Bewegungsbahnen (A, B, C, D, E, F) des Kraftfahrzeugs (1), entlang denen sich das Kraftfahrzeug (1) bei Einhaltung von vorgegebenen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen (γ, θ) in naher Zukunft voraussichtlich bewegen wird;
- Identifizierung der zu einer Kollision führenden Beschleu- nigungs-Lenkwinkelkombinationen (γ, θ) anhand der ermittelten hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs (1) und der prädizierten Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts (2) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abgeben des Feedbacksignals geprüft wird (S8), ob dem Fahrer genügend Reaktionszeit zum Vermeiden einer Kollision zur Verfügung steht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine automatische Notbremsung (S9) oder ein automatischer Lenkeingriff eingeleitet werden, wenn dem Fahrer nicht genügend Reaktionszeit verbleibt, um das Kraftfahrzeug (1) in den sicheren Fahrzustand zu bringen.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedbacksignal haptisch, visuell oder akustisch an den Fahrer abgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisions-Zustandskarte als Karte oder Tabelle mit der Beschleunigung (γ) und dem Lenkwinkel (θ) des Kraftfahrzeugs (1) als Parameter berechnet wird, wobei die Berechnung in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit (VVEH) des Kraftfahrzeugs (1) sowie in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Position des Objekts (2), einer Objekt-Geschwindigkeit (VOBJ) und einem Kollisionswinkel (φ) zwischen der Bewegungsbahn des Kraftfahrzeugs (1) und der Bewegungsbahn des Objekts (2) erfolgt .
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Kollisions-Zustandskarte zusätzlich mindestens eine Kollisionsenergie-Zustandskarte erzeugt wird, die für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination (Y, θ) einen Qualitätsfaktor (Q) angibt, der durch eine Kollisionsenergie bestimmt wird, die bei einer Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt (2) auftritt, wenn das Kraftfahrzeug auf der der jeweiligen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination entsprechenden Bewegungsbahn bewegt wird .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisionsenergie-Zustandkarte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (VVEH) , der Objektgeschwindigkeit (VObj) r dem Kollisionswinkel (φ) und in Abhängigkeit von einer erkannten Objektsart berechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Kollision des Kraftfahrzeugs (1) mit dem Objekt (2) selbst bei einer Notbremsung unvermeidlich ist, die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs (1) betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination (Y, θ) mit der berechneten Kollisionsenergie-Zustandskarte zur Erzeugung des Feedbacksignals für den Fahrer verglichen wird, wobei das Feedbacksignal den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination derart anweist, dass die Kollisionsenergie der unvermeidlichen Kollision minimal ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Kollisionsenergie der Kollisionsenergie- Zustandskarte entsprechend der erkannten Objektart gewich- tet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Kollisionsenergie-Zustandskarte zusätzlich eine Abstands-Zustandskarte erzeugt wird, die für jede mögliche Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination (γ, θ) einen Gesamtabstand des Kraftfahrzeugs zu dem mindestens einem Objekt (2) und zu einem Fahrbahnrand angibt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die aktuell durch den Fahrer betätigte Beschleuni- gungs-Lenkwinkelkombination (Y, θ) einen sicheren Fahrzustand bildet, die aktuell von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination mit der berechneten Abstands-Zustandskarte zur Erzeugung eines Feedbacksignal für den Fahrer verglichen wird, welches den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigte Beschleunigungs-Lenkwinkelkombination derart anweist, dass der Gesamtabstand maximal ist.
13. System zur Vermeidung einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, wobei das System aufweist:
(a) eine Sensoreinheit (4B, 4C) zur Erfassung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (VVEH) des Kraftfahrzeugs (1) und des aktuellen Fahrzeuglenkwinkels (θ) des
Kraftfahrzeugs (1);
(b) eine Sensoreinheit (4D) zur Erfassung einer Position (x, y) von mindestens einem Objekt (2);
(c) eine Berechnungseinheit (3) zur Berechnung einer Mehrzahl von hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs (1) in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit (VVEH) und in Abhängigkeit von verschiedenen vorgegebenen Beschleunigungs-Lenkwinkelkombinationen (γ, θ) sowie zur Prädiktion einer voraussichtlichen Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts (2) in Abhängigkeit von den erfassten Objektpositionen (x, y) des Objekts (2), wobei die Berechnungseinheit (3) anhand der hypothetischen Bewegungsbahnen des Kraftfahrzeugs (1) und der prädizierten Bewegungsbahn des mindestens einen Objekts (2) diejenigen Beschleunigungs- Lenkwinkelkombinationen (γ, θ) identifiziert, die voraussichtlich zu einer Kollision des Kraftfahrzeugs (1) mit dem Objekt (2) führen werden;
(d) einen Speicher (5) zur Abspeicherung einer Kollisions- Zustandskarte, welche für jede mögliche Beschleuni- gungs- Lenkwinkelkombinationen (Y, θ) angibt, ob sich das Fahrzeug bei einer Bewegung entsprechend der jeweiligen Kombination in einem sicheren Fahrzustand jeweiligen Kombination in einem sicheren Fahrzustand befindet oder einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr befindet, in dem es in naher Zukunft voraussichtlich mit dem mindesten einen Objekt (2) kollidieren wird;
(e) eine Vergleichseinheit (3), die die aktuell von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs (1) betätigte Beschleuni- gungs-Lenkwinkelkombination (Y, θ) mit der gespeicherten Kollisions-Zustandskarte vergleicht, um festzustellen, ob die aktuell betätigte Beschleunigungs- Lenkwinkelkombination einem sicheren Fahrzustand oder einen Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht;
(f) eine Feedbackeinrichtung (6) zur Abgabe eines Feedbacksignals an den Fahrer zur Änderung der aktuell durch ihn betätigten Beschleunigungs-
Lenkwinkelkombination (Y, θ) , wenn die Vergleichseinheit (3) feststellt, dass die aktuell betätigte Beschleunigungs Lenkwinkelkombination (Y, θ) einem Fahrzustand mit Kollisionsgefahr entspricht.
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