WO2023208981A1 - Verfahren zum vermeiden einer kollision eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2023208981A1
WO2023208981A1 PCT/EP2023/060885 EP2023060885W WO2023208981A1 WO 2023208981 A1 WO2023208981 A1 WO 2023208981A1 EP 2023060885 W EP2023060885 W EP 2023060885W WO 2023208981 A1 WO2023208981 A1 WO 2023208981A1
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WO
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signal
vehicle
yaw rate
collision
radar
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PCT/EP2023/060885
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Katharina FOELL
Thomas MITTERMAYR
Frank Bender
Maximilian Artner
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
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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
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    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/095—Predicting travel path or likelihood of collision
    • B60W30/0953—Predicting travel path or likelihood of collision the prediction being responsive to vehicle dynamic parameters
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2540/18—Steering angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/80—Spatial relation or speed relative to objects

Definitions

  • the present invention relates to a method for avoiding a collision of a vehicle.
  • the subject of the present invention is also a computer program.
  • a collision of the vehicle with objects in the surrounding area can be predicted and avoided in a particularly material- and cost-saving and safe manner. Because only a few components are required in the system to execute the method, a required performance level (PLr) can be easily achieved because the chaining of the failure probabilities is less critical.
  • the approach presented here creates a method for avoiding a collision of a vehicle, which includes at least a yaw rate sensor, a speed sensor and a radar device.
  • the procedure has the following steps:
  • a speed signal from a speed interface to the Speed sensor and a radar signal from a radar interface to the radar device, wherein the yaw rate signal represents a current yaw rate of at least part of the vehicle and wherein the speed signal represents a speed of the vehicle's own movement and wherein the radar signal represents a relative position and a relative speed between the vehicle and one in one represents the object detected around the vehicle,
  • the vehicle path signal representing a projected path of movement of the vehicle
  • the collision signal indicating a risk of collision between the vehicle and the object.
  • the vehicle can, for example, be a work machine whose size and vehicle structure can make it difficult or impossible for the driver to have a complete view of the danger area in front of, behind or next to the machine. In conjunction with frequent shunting operations, this can easily create dangerous situations for people and vehicles in the immediate vicinity or for the machine and its driver itself.
  • the driver can also only monitor one area at any time, which means that new dangerous situations can arise unnoticed in other areas. Dangerous situations can arise, for example, from objects in close proximity directly to the machine or from objects that are somewhat further away but are moving towards the machine at a corresponding relative speed, so that a collision could occur. In any case, a collision must be avoided or mitigated so that damage to people and the vehicle can be avoided.
  • the presented approach can be used in connection with a mobile work machine, which can be equipped with a hydrostatic drive, partly with electro-hydraulic control or an electrified drive.
  • Operation such as specifying the driving speed or reducing it, braking and steering, can be the responsibility of a driver, who can be supported by the approach described here.
  • the driver can rely on his sensory organs (vision, hearing), supported by rear-view mirrors and sometimes reversing or birdview cameras.
  • the driver can typically only monitor a limited area, but new dangerous situations can arise at any time in the danger zone around the vehicle, for example due to the vehicle's own movement and foreign objects, for example people or other vehicles.
  • the approach described can be used as a supplement to systems known from the automotive sector that are based on environmental sensors (radar, lidar, ultrasound, cameras) for collision warning and avoidance. Such systems can also be used for construction machinery.
  • the central challenge is a high detection rate of real dangerous situations while at the same time keeping the false detection rate (false positives) as low as possible.
  • the influence of false positives is to be assessed as critical because, on the one hand, it negatively influences trust in the assistance function, and on the other hand, active vehicle deceleration caused by a false detection can even cause a dangerous situation, for example by hitting a following vehicle.
  • steering angle sensors can be used, which can, among other things, cause increased costs and an increased load on the entire system.
  • a steering angle sensor can be dispensed with using the method presented here.
  • a yaw rate sensor that is already required to operate a radar sensor can be used instead, which can be, for example, an inertial measurement unit (IMU).
  • IMU inertial measurement unit
  • a prediction of vehicle movement can then based on the vehicle speed and the yaw movement of the vehicle detected by the yaw rate sensor.
  • Yaw rate sensors can advantageously be constructed on a MEMS basis and impress with their low costs and simple and flexible integration into the vehicle. Since they are typically required to operate the radar sensor anyway, since the radar sensors require this information for internal signal processing, there are advantageously no additional system costs.
  • a relative position (x,y) and a relative speed (vx, vy) of a detected object relative to the radar sensor and thus relative to the vehicle can be displayed via the radar signal.
  • a distance between the vehicle and the object can be calculated.
  • the existence probabilities of detected objects can be determined using the radar signal. For example, a corresponding probability of existence for the object can be determined using the radar signal, or a corresponding probability of existence for the object can be indicated directly from the radar signal.
  • the object located in the area surrounding the vehicle can be recognized by carrying out an object recognition method.
  • the object recognition can be based on data recorded by the radar sensor and additionally or alternatively on data recorded by another environment detection device.
  • the method presented here offers the advantage that costs related to the sensor itself and the integration of the sensor can be avoided.
  • improved system availability can result, as the risk of system failure can be reduced through reduced sensor utilization during system operation.
  • Functional safety requirements can also be advantageously reduced, as the effort required to calculate the achievable performance level can be reduced.
  • the numerical effort on the control unit can be optimized in order to predict the vehicle movement based on the steering angle information and the vehicle kinematics.
  • the sensors mentioned can be arranged, for example, on a front part of the vehicle or on a rear part of the vehicle. Additional sensors can also be used so that both vehicle parts can be equipped with suitable sensors.
  • the vehicle path signal can be determined without using a steering angle signal from a steering angle sensor. This means that a steering angle sensor on the vehicle can be saved and a safe collision warning can still be implemented.
  • a time signal in the step of determining, can be determined using the object path signal and the vehicle path signal, wherein the time signal can represent a calculated time period between a current time and a collision time.
  • the collision signal can be output in order, for example, to provide a person controlling the vehicle, in addition to the spatial distance between the vehicle and the object, with a time period calculated using the current speed and the distance, for example in seconds, until a possible collision to display.
  • This period of time can also be referred to as time-to-collision. This advantageously makes it possible to predict how much time is available for a reaction, for example to redirect or brake the vehicle.
  • the method may have a step of detecting, in which the relative position and the relative speed between the vehicle and the object are determined using the radar device and additionally or alternatively the yaw rate sensor and additionally or alternatively the Speed sensor is detected.
  • the object can be detected, for example, by means of the radar device and the relative position and the relative speed can be calculated using further sensor data, such as the vehicle's own movement and the current yaw rate.
  • collision avoidance can be optimized in this way.
  • the radar signal in the reading step, can represent the relative position and the relative speed within a close range of a maximum of 5 meters between the vehicle and the object.
  • the radar device can be used to detect obstacles that can be located immediately in front of, behind or next to the vehicle. These can be, for example, larger stones that can be hidden from the driver by the vehicle itself or attachments, or they can be people who can come from an area that cannot be seen.
  • a direct collision can be avoided in this way.
  • the radar signal in the reading step, can represent the relative position and the relative speed within a long range of at least 5 meters between the vehicle and the object.
  • the radar device can be used to detect obstacles in a long range of more than 5 m, for example up to 10 m, up to 15 m or up to 20 m.
  • the far area can also be defined laterally at least by the width of the vehicle or by an additional, wider safety area. This has the advantage that possible collision risks can be recognized at an early stage and, for example, a change in the vehicle path can be controlled to avoid the collision.
  • the method may include a step of calculating an area to be monitored in the area surrounding the vehicle using the yaw rate signal and the speed signal.
  • the collision signal can indicate a risk of collision between the vehicle and the object within the area to be monitored.
  • steps of the procedure can be carried out can be carried out efficiently because sensor information relating to outside the area to be monitored can be discarded.
  • the monitoring area can be determined without using a steering angle signal from a steering angle sensor.
  • the vehicle can be designed as an articulated work vehicle with a front vehicle part and a rear vehicle part, wherein the yaw rate sensor and the radar device can be arranged on the front vehicle part and wherein a further yaw rate sensor and a further radar device can be arranged on the rear vehicle part.
  • the step of determining the object path signal can be carried out when a direction signal indicates forward travel.
  • the two vehicle parts can each have their own drive and be movably coupled to one another by a joint.
  • the work vehicle can be an articulated work vehicle, such that the two vehicle parts can be movable or pivotable relative to one another due to the joint arranged between them.
  • Both the front and the rear vehicle part can each have a radar device for detecting objects and a yaw rate sensor for detecting the respective yaw rate of the respective vehicle part.
  • a radar device for detecting objects
  • a yaw rate sensor for detecting the respective yaw rate of the respective vehicle part.
  • signals from both the rear and front radar devices and yaw rate sensors can also be read in continuously, with the signals from the rear part of the vehicle being classified as negligible, for example during forward movement.
  • the method can also be used on work machines, which, due to their structure, can be more confusing than smaller vehicles and can also have a higher potential for damage in the event of a collision. This can be advantageously reduced by the method described here.
  • a further yaw rate signal can be read in from a further yaw rate interface to the further yaw rate sensor and a further radar signal from a further radar interface to the further radar device.
  • the further yaw rate signal can represent a current yaw rate of the rear part of the vehicle and the further radar signal can represent a relative position and a relative speed of the vehicle to a further object detected in the area surrounding the vehicle.
  • a further object path signal can be determined using the further yaw rate signal and the further radar signal if the direction of travel signal indicates reverse travel, wherein the further object path signal can represent an expected movement path of the further object.
  • the vehicle path signal can be determined using the further yaw rate signal and the speed signal, wherein in the step of determining the collision signal can be determined using the further object path signal and the vehicle path signal.
  • the collision signal can indicate a risk of collision between the vehicle and the other object.
  • the method described can be optimally applied even when the vehicle is moving backwards.
  • the collision signal in the step of outputting, can be output to a user interface in order to generate a visual and additionally or alternatively auditory and additionally or alternatively haptic warning message.
  • a display can be displayed on a display visible to a driver of the vehicle, which can show the risk of collision and, for example, the position of the detected object and additionally or alternatively the distance between the vehicle and the object or the time until the predicted collision.
  • a warning tone can be emitted using a loudspeaker, or an element touched by the driver can issue a warning by vibrating.
  • a person driving the vehicle can be made aware of the risk of collision and can react accordingly.
  • the method may include a step of deactivating a traction drive of the vehicle using the collision signal.
  • the drive can be switched off and the vehicle brought to a standstill if, for example, the distance to a collision point of the detected collision risk falls below a certain limit.
  • a collision can be avoided even without manual intervention.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard drive memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, particularly if the program product or program is executed on a computer or device.
  • FIG. 1 shows a flowchart of a method for avoiding a collision of a vehicle according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle with a device for avoiding a collision
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for avoiding a collision of a vehicle according to an exemplary embodiment
  • 4 shows a flowchart of a method for avoiding a collision of a vehicle according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a vehicle with a device for avoiding a collision
  • FIG. 6A shows a schematic representation of the kinematic relationships on a vehicle according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6B shows a schematic representation of the kinematic relationships on a vehicle according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a line diagram of a calculated yaw movement of a front vehicle part according to an exemplary embodiment.
  • the vehicle represents any type of moving machine.
  • the vehicle includes at least one yaw rate sensor, a speed sensor and a radar device.
  • the method 100 includes a step 105 of reading in a yaw rate signal from a yaw rate interface to the yaw rate sensor, a speed signal from a speed interface to the speed sensor and a radar signal from a radar interface to the radar device.
  • the yaw rate signal represents a current yaw rate at least part of the vehicle.
  • the speed signal represents a speed of the vehicle's own movement and, according to one exemplary embodiment, the radar signal represents a distance of the vehicle to an object detected in an environment of the vehicle and additionally or alternatively a relative position and a relative speed between the vehicle and the object.
  • the method 100 includes a step 110 of determining an object path signal using the yaw rate signal, the speed signal and the radar signal.
  • the object path signal represents an expected movement path of the object.
  • the object represents a third-party vehicle.
  • the method 100 includes a step 115 of determining a vehicle path signal using the yaw rate signal and the speed signal.
  • the vehicle path signal represents an expected movement path of the vehicle.
  • step 110 of determining an object path signal and step 115 of determining a vehicle path signal are performed simultaneously. If both the movement path of the vehicle, i.e. a future trajectory of the vehicle, and the movement path of the object, i.e. a future trajectory of the object, are known, a risk of collision between the vehicle and the object can be estimated.
  • the steps 110, 115 of determining are therefore followed by a step 120 of determining a collision signal using the object path signal and the vehicle path signal, the collision signal indicating a risk of collision between the vehicle and the object.
  • the radar signal is read in, which indicates the relative position and the relative speed between the vehicle and the detected object within a close range of, for example, 5 meters represented.
  • a close range of, for example, 5 meters represented.
  • a time signal is also determined using the object path signal and the vehicle path signal.
  • the time signal represents a calculated time period between a current point in time and a collision point in time.
  • step 120 of determining is followed by step 125 of deactivation.
  • step 125 merely by way of example, a traction drive of the vehicle is deactivated using the collision signal in order to bring the vehicle to a standstill and thus avoid a collision.
  • All or some steps of the method 100 can be carried out repeatedly so that certain movement paths can be continuously updated.
  • the vehicle 200 includes a yaw rate sensor 210, which is designed, merely by way of example, as a MEMS-based inertial measurement unit (IMU) to detect a yaw rate of the vehicle 200 and to provide a yaw rate signal 212 representing the yaw rate to a yaw rate interface 217 to the device 205.
  • IMU inertial measurement unit
  • the vehicle 200 includes a speed sensor 220, which is designed to detect a current speed of a proper movement of the vehicle 200 and to provide a speed signal 222 representing the speed to a yaw rate interface 227 to the device 205.
  • the vehicle 200 includes a radar device 230, which is designed to detect an environment of the vehicle 200 and to provide a radar signal 232 to a radar interface 237 to the device 205.
  • the radar signal 232 represents a relative position and a relative speed of the vehicle 200 to one another Object 240 detected in the surroundings of the vehicle 200.
  • the radar device 230 is designed with a radar by means of which a close range of only, for example, 5 meters can be detected.
  • the device 205 is designed to read in the signals 212, 222, 232 provided.
  • the device 205 is designed to determine an object path signal 252 using the yaw rate signal 212, the speed signal 222 and the radar signal 232, the object path signal 252 representing an expected movement path 254 of the object 240.
  • the device 205 is configured to determine a vehicle path signal 256 using the yaw rate signal 212 and the speed signal 222, the vehicle path signal 256 representing an expected movement path 258 of the vehicle 200.
  • the object path signal 252 can be provided when a direction signal 265, provided merely by way of example by a direction unit 260 for detecting a direction of travel, indicates that the vehicle 200 is traveling forward.
  • the device 205 includes a determination unit 270 for determining a collision signal 272 using the object path signal 252 and the vehicle path signal 256, wherein the collision signal 272 indicates a risk of collision between the vehicle 200 and the object 240.
  • the determination unit is also designed to use the object path signal 252 and the vehicle path signal 256 to determine a time signal 276 that represents a calculated time period between a current time and a collision time.
  • the collision signal 272 can be determined using the time signal 276 purely as an example.
  • the device 205 is designed to control and deactivate a travel drive 280 of the vehicle 200 using the collision signal 272. By switching off the traction drive 280, one The vehicle 200's own movement is interrupted and a collision between the vehicle 200 and the object 240 can be avoided.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method 100 for avoiding a collision of a vehicle according to an exemplary embodiment.
  • the method 100 shown here corresponds to or is similar to the method shown in the previous FIG. 1, with the difference that it has additional or alternative steps.
  • step 105 of reading is preceded by step 300 of detecting, in which, merely as an example, the yaw rate of the vehicle is detected using the yaw rate sensor and the speed of the vehicle is detected using the speed sensor. Using the corresponding read-in signals, the vehicle's own movement is determined, for example.
  • this is followed by a step 305 of transmitting the self-motion to the radar device.
  • a step 310 of further detecting in this exemplary embodiment, the relative position and the relative speed and optionally the distance between the vehicle and objects in the environment are detected using the radar device.
  • the radar signal or the radar information representing this distance is read in only as an example in a step 315 of the further reading.
  • step 110 of determining the object path signal in which, for example, a prediction of the movement paths of all detected objects is made.
  • step 115 of determining the vehicle path signal follows, in which a prediction of the movement path of the vehicle is made.
  • step 300 of detecting is repeatedly performed to determine the vehicle path signal using the current yaw rate signal and speed signal.
  • the detecting step 300 is repeatedly performed to perform a step 320 of calculating a near and far range to be monitored using the current yaw rate signal and speed signal.
  • a position and extent of the area to be monitored can be indicated, for example, by an area signal calculated in step 320. This makes it possible, for example, to filter out sensor information that lies outside the area to be monitored.
  • the movement paths of both the vehicle and the object can only be tracked in the area to be monitored.
  • the area to be monitored can be determined without using a steering angle sensor.
  • step 120 of determining the collision signal follows, in which a collision prediction is made.
  • step 120 includes a sub-step 325 of determining the time signal, in which a so-called time-to-collision is calculated and provided using the time signal.
  • the time signal represents a calculated time period between a current point in time and a collision point in time.
  • the step 120 of determining in this exemplary embodiment includes a substep 330 of determining a warning and a possible delay intervention.
  • the deceleration intervention is implemented in step 125 of deactivating the traction drive.
  • the warning is implemented in a further sub-step 335 of the transmission, in which a position of critical objects is transmitted to a user interface (HMI) using the collision signal.
  • a purely exemplary step 340 of generation a purely exemplary visual and auditory and haptic warning message is then generated on the user interface.
  • step 105 of reading is preceded by step 300 of recording.
  • step 300 for example, the distance and additionally or alternatively the relative position and the relative speed between the vehicle and the object are recorded using the radar device and, for example, the yaw rate sensor and, for example, the speed sensor.
  • the radar signal read in in step 105 of reading represents the relative position and speed within a long range of only, for example, 10 meters between the vehicle and the object.
  • the vehicle is designed as an articulated work vehicle with a front vehicle part and a rear vehicle part, with the yaw rate sensor and the radar device being arranged on the front vehicle part. Additionally or alternatively, a further yaw rate sensor and a further radar device are arranged on the rear part of the vehicle.
  • a further yaw rate signal is read in from a further yaw rate interface to the further yaw rate sensor and a further radar signal is read in from a further radar interface to the further radar device.
  • the further yaw rate signal represents a current yaw rate of the rear part of the vehicle and the further radar signal represents a relative position and speed of an object in relation to the vehicle.
  • a further object path signal is determined using the further yaw rate signal and the further radar signal when a direction signal indicates that the vehicle is traveling backwards.
  • the further object path signal represents a probable movement path of the further object.
  • the vehicle path signal is determined using the further yaw rate signal and the speed signal
  • the collision signal is determined, for example, using the further object path signal and the vehicle path signal.
  • the collision signal shows, for example, a risk of collision between the vehicle and the other object.
  • the collision signal is output to a user interface in order to generate a visual or acoustic warning message on a display, for example. This alerts a person driving the vehicle to the possible collision and has the opportunity to steer the vehicle in a different direction or reduce the speed.
  • FIG 5 shows a schematic side view of a vehicle 200 with a device 205 for avoiding a collision.
  • the vehicle 200 shown here and the device 205 shown correspond or are similar to the vehicle and the device described in the previous FIG. 2, the device being designed to implement a method as described in the previous FIGS. 1, 2 and 4 , to control.
  • the vehicle 200 is designed as an articulated work vehicle, which is merely an example of a dump truck or a so-called dumper.
  • the dump truck comprises a front vehicle part 500 and a rear vehicle part 505 coupled via an articulated joint M, with the yaw rate sensor 210, the radar device 230 and, by way of example only, the speed sensor 220 also being arranged on the front vehicle part 500.
  • a further yaw rate sensor 510 is arranged on the rear vehicle part 505. This is designed, for example, to detect a yaw rate of the rear vehicle part and to provide it to the device 205 using a further yaw rate signal 512 to a further yaw rate interface 517.
  • a further radar device 530 is arranged on the rear vehicle part 505, which is designed to provide a further radar signal 532 to a further radar interface 537 to the device 205.
  • the further radar signal 532 represents a relative position and relative speed between the vehicle 200 and a further object 540 detected in the environment.
  • the further radar device 530 is designed merely as an example in order to monitor a rear area 550 of the environment around the rear vehicle part 505, which merely by way of example includes both a close range of, for example, 0 to 5 meters and a long range of, for example, 5 to 10 meters.
  • the radar device 230 is designed, for example, to monitor a front area 550 of the environment around the front vehicle part 500, which also includes a short area and a long area, merely by way of example.
  • monitoring areas can be defined in different directions, for example “front” and “back”.
  • Various system components are required for a monitored area, such as radar sensors for detecting objects, yaw rate sensors for detecting the yaw rate of the radar or the respective vehicle part and sensors for detecting the vehicle's longitudinal speed, for example a speed sensor on the output side.
  • a control device that is a device 205, for electronically processing the sensor data, for predicting the own movement, for predicting the movement of detected objects and for calculating the warning or intervention signals.
  • the device 205 is designed to determine a further object path signal using the further yaw rate signal 512 and the further radar signal 532 when a direction signal, as described in the previous FIG. 2, indicates that the vehicle 200 is traveling backwards.
  • the further object path signal represents a probable movement path of the further object 540.
  • the device 205 is further designed to generate the vehicle path signal using the further yaw rate signal 512 and the speed signal determine and determine the collision signal 272 using the further object path signal and the vehicle path signal.
  • the collision signal 272 represents a risk of collision between the vehicle 200 and the further object 540.
  • the device 205 is further designed to use the collision signal 272 to control a user interface 555, which is merely an example of a display in a driver's cab in the front part of the vehicle 500.
  • a warning message regarding the risk of collision for a driver of the vehicle 200 can be issued via the user interface 555, merely as an example.
  • Figures 6A and 6B each show a schematic representation of the kinematic relationships on a vehicle 100 according to an exemplary embodiment, the vehicle 100 described here corresponding or being similar to the vehicle described in the previous Figures 2 and 5.
  • 6A shows a determination of a predicted travel corridor or the movement path of the vehicle 100 from the rotation rate and in FIG are rotatably coupled.
  • a radar installed on the front part of the vehicle 500 is considered. If the heading angle 9F is known, the speeds of the front part of the vehicle are 500 at point F with vF as the longitudinal velocity.
  • the articulation point M coincides for the front and rear parts of the vehicle 100, that is
  • FIG. 7 shows a line diagram of a calculated yaw movement of a front vehicle part according to an exemplary embodiment.
  • the x-axis shows the time in seconds and the y-axis shows the yaw rate (PsiDot) in rad/s.
  • the yaw movements shown here are based merely as an example on measurements on an articulated vehicle and different calculations, as described in the previous Figures 6A and 6B. You can see periodic cornering and the change in steering angle of the vehicle is shown.
  • the yaw rate 700 shown with a continuous line is based on an exemplary measurement by a yaw rate sensor.
  • the second yaw rate 705, shown with a dashed line, is based, for example, on the measured steering angle and the equation (Dl) described in the previous FIG. 6B.
  • the third yaw rate 710, shown with a dotted line, is based, for example, on the measured steering angle and the simplified equation (D2) described in the previous FIG. 6B.
  • Measure 3 in particular requires knowledge of the vehicle (dimensions, type of steering such as articulated steering), but also additional information about the condition and control of the vehicle.
  • a steering angle sensor is often used to predict vehicle movement, in conjunction with the current vehicle speed and a kinematic model of the vehicle.
  • a statement can be made about the critical area to be monitored for a certain period of time, for example the next 5 seconds, assuming that the current driving situation remains unchanged. Only objects detected by the radar in this predicted driving range are then considered critical and only these objects can trigger a warning or an intervention.
  • the solution requires a steering angle sensor, for example in the form of a steering sensor on the steering wheel or an angle sensor on the articulated joint or a position measuring system on the steering cylinder in articulated vehicles.
  • This sensor causes, for example, additional costs due to the sensor itself, additional costs due to the integration of the sensor (deflection mechanisms or integration into the hydraulic cylinder), reduced system availability, as the risk of system failure increases due to an additional sensor required to operate the system, as well Increased requirements for functional safety, as an additional sensor required to operate the system increases the effort required to calculate the achievable performance level.
  • Another element in the FuSi chain poses a risk of no longer achieving the required performance level.
  • the sensor requires increased numerical effort on the control unit in order to predict the vehicle movement based on the steering angle information and the vehicle kinematics.
  • the steering angle sensor and information about the vehicle kinematics are advantageously dispensed with and instead a yaw rate sensor (for example an inertial measuring unit), which is already required for operating the radar sensor, is used.
  • a prediction of the vehicle movement is made based on the vehicle speed and the yaw movement of the vehicle detected by the yaw rate sensor.
  • Yaw rate sensors are often designed on a MEMS basis and impress with their low costs and simple and flexible integration into the vehicle. Since they are required to operate the radar sensor anyway (the radar sensors need this information for internal signal processing), there are no additional system costs. Although the steering angle cannot be derived from the yaw rate (integration is not possible due to measured offsets and unknown initial conditions), this is only noticeable when the vehicle is stationary, although in this situation intervention is not possible anyway (the vehicle is already stationary ).

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Abstract

Ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs (200) umfasst ein Einlesen eines Gierratensignals (212), eines Geschwindigkeitssignals (222) und eines Radarsignals (232), wobei das Gierratensignal (212) eine aktuelle Gierrate, das Geschwindigkeitssignal (222) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (200) und das Radarsignal (232) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in einer Umgebung erfassten Objekt (240) repräsentiert. Ein Objektpfadsignal (252), das einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254 258) des Objekts (240) repräsentiert, wird unter Verwendung des Gierratensignals (212), des Geschwindigkeitssignals (222) und des Radarsignals (232) bestimmt. Ein Fahrzeugpfadsignal (256), das einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254, 258) des Fahrzeugs (200) repräsentiert, wird unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222) bestimmt. Ein Kollisionssignal (272), das eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) anzeigt, wird unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256) ermittelt.

Description

Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm .
Mobile Arbeitsmaschinen bewegen sich häufig in einem unübersichtlichen Gelände, so dass eine erhöhte Kollisionsgefahr mit anderen Arbeitsmaschinen, Personen oder Objekten besteht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Vorteilhafterweise kann mit dem hier vorgestellten Verfahren eine Kollision des Fahrzeugs mit Objekten in der Umgebung auf besonders material- und kostensparende und sichere Weise vorhergesagt und vermieden werden. Indem zur Ausführung des Verfahrens nur wenige Komponenten im System benötigt werden, kann ein benötigter Performance Level (PLr) gut erreicht werden, weil die Verkettung der Ausfallwahrscheinlichkeiten weniger kritisch ist.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs, das mindestens einen Gierratensensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Radareinrichtung umfasst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Einlesen eines Gierratensignals von einer Gierratenschnittstelle zu dem Gierratensensor, eines Geschwindigkeitssignals von einer Geschwindigkeitsschnittstelle zu dem Geschwindigkeitssensor und eines Radarsignals von einer Radarschnittstelle zu der Radareinrichtung, wobei das Gierratensignal eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs repräsentiert und wobei das Geschwindigkeitssignal eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs repräsentiert und wobei das Radarsignal eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und einem in einer Umgebung des Fahrzeugs erfassten Objekt repräsentiert,
Bestimmen eines Objektpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals, des Geschwindigkeitssignals und des Radarsignals, wobei das Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Objekts repräsentiert,
Bestimmen eines Fahrzeugpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals, wobei das Fahrzeugpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Fahrzeugs repräsentiert, und
Ermitteln eines Kollisionssignals unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals, wobei das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt anzeigt.
Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um eine Arbeitsmaschine handeln, deren Größe und Fahrzeugaufbau eine vollständige Einsicht in den Gefahrenbereich vor, hinter oder neben der Maschine durch den Fahrer erschwert oder unmöglich machen kann. In Verbindung mit häufigem Rangierbetrieb können dadurch leicht Gefahrensituationen für Menschen und Fahrzeuge in unmittelbarer Umgebung oder die Maschine und deren Fahrer selbst entstehen. Vom Fahrer kann zudem nur ein Bereich zu jedem Zeitpunkt überwacht werden, das heißt in anderen Bereichen können sich unbemerkt neue Gefahrensituationen ergeben. Gefahrensituationen können sich zum Beispiel durch Objekte im Nahbereich direkt an der Maschine ergeben oder auch durch etwas weiter entfernte Objekte, die sich aber mit entsprechender Relativgeschwindigkeit auf die Maschine zubewegen, so dass es zu einer Kollision kommen könnte. In jedem Fall ist eine Kollision zu vermeiden oder abzuschwächen, so dass Schaden an Mensch und Fahrzeug vermieden werden kann. Beispielsweise lässt sich der vorgestellte Ansatz im Zusammenhang mit einer mobilen Arbeitsmaschine einsetzen, die einen hydrostatischen Fahrantrieb, zum Teil mit elektrohydraulischer Ansteuerung oder aber einem elektrifizierten Fahrantrieb ausgestattet sein kann. Die Bedienung, wie zum Beispiel eine Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise deren Reduzierung und Bremsen sowie Lenken, kann einem Fahrer obliegen, der durch den hier beschriebenen Ansatz unterstützt werden kann. Zur Überwachung des Umfeldes kann der Fahrer auf seine Sinnesorgane (Sehen, Hören) angewiesen sein, unterstützt durch Rückfahrspiegel, bisweilen Rückfahr- oder Birdview-Kameras. Vom Fahrer kann dabei typischerweise nur ein beschränkter Bereich überwacht werden, es können jedoch im Gefahrenbereich um das Fahrzeug jederzeit neue Gefahrensituationen entstehen, beispielsweise durch Fahrzeugeigenbewegung und Fremdobjekte, zum Beispiel Personen oder andere Fahrzeuge.
Der beschriebene Ansatz kann als Ergänzung zu aus dem Automotive-Bereich bekannten Systemen verwendet werden, die auf Umfeldsensorik (Radar, Lidar, Ultraschall, Kameras) zur Kollisionswarnung und Vermeidung basieren. Auch für Baumaschinen lassen sich derartige Systeme anwenden. Zentrale Herausforderung ist eine hohe Detektionsrate von echten Gefahrensituationen bei einer gleichzeitig möglichst niedrigen Falscherkennungsrate (False-Positives). Der Einfluss von False- Positives ist als kritisch zu bewerten, weil er zum einen das Vertrauen in die Assistenzfunktion negativ beeinflusst, zum anderen kann eine aktive Fahrzeugverzögerung verursacht durch eine Falscherkennung sogar eine gefährliche Situation verursachen, zum Beispiel durch Auffahren eines nachfolgenden Fahrzeugs. Zum Reduzieren solcher Falscherkennungsmomente können Lenkwinkelsensoren eingesetzt werden, die unter anderem erhöhte Kosten und eine erhöhte Belastung des Gesamtsystems verursachen können. Vorteilhafterweise kann mittels des hier vorgestellten Verfahrens auf die Verwendung eines Lenkwinkelsensors verzichtet werden. Hierfür kann stattdessen ein ohnehin zum Betrieb eines Radarsensors erforderlicher Gierratensensor verwendet werden, bei dem es sich zum Beispiel um eine Inertialmesseinheit (IMU) handeln kann. Eine Vorhersage der Fahrzeugbewegung kann dann basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der vom Gierratensensor erfassten Gierbewegung des Fahrzeuges erfolgen.
Vorteilhafterweise können Gierratensensoren auf MEMS-Basis konstruiert sein und durch niedrige Kosten, sowie eine einfache und flexible Integration am Fahrzeug bestechen. Da sie zum Betrieb des Radarsensors typischerweise ohnehin erforderlich sind, da die Radarsensoren diese Information für die interne Signalverarbeitung benötigen, entstehen vorteilhafterweise keine zusätzlichen Systemkosten. Vorteilhafterweise kann über das Radarsignal eine Relativposition (x,y) und eine Relativgeschwindigkeit (vx, vy) eines erfassten Objekts relativ zum Radarsensor und somit relativ zum Fahrzeug angezeigt werden. Unter Verwendung des Radarsignals kann eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt berechnet werden. Optional kann unter Verwendung des Radarsignals eine Existenzwahrscheinlichkeiten von erkannten Objekten bestimmt werden. Beispielsweise kann eine entsprechende Existenzwahrscheinlich für das Objekt unter Verwendung des Radarsignals bestimmt werden oder es kann eine entsprechende Existenzwahrscheinlich für das Objekt direkt von dem Radarsignal angezeigt werden.
Das sich in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche Objekt kann unter Durchführung eines Verfahrens zur Objekterkennung erkannt werden. Dabei kann die Objekterkennung auf von dem Radarsensor und zusätzlich oder alternativ auf von einer weiteren Umfelderfassungseinrichtung erfassten Daten basieren.
Insgesamt bietet das hier vorgestellt Verfahren den Vorteil, dass Kosten durch den Sensor selbst sowie durch die Integration des Sensors vermieden werden können. Zudem kann sich eine verbesserte Systemverfügbarkeit ergeben, da durch eine verringerte sensorische Auslastung im Betrieb des Systems das Risiko eines Systemausfalls gemindert werden kann. Auch Anforderungen an die Funktionale Sicherheit können vorteilhafterweise verringert werden, da der Aufwand für die Berechnung des erreichbaren Performance Levels gemindert werden kann. Durch eine geringere Anzahl von Elementen in der FuSi-Kette kann die Gefahr, das erforderliche Performance Level nicht mehr zu erreichen, verringert werden. Zudem kann ein numerischer Aufwand auf dem Steuergerät optimiert werden, um basierend auf der Lenkwinkelinformation und der Fahrzeugkinematik die Fahrzeugbewegung zu prädizieren.
Wenn das Fahrzeug als ein knickgelenktes Fahrzeug ausgeführt ist, können die genannten Sensoren beispielsweise an einem vorderen Fahrzeugteil oder an einem hinteren Fahrzeugteil angeordnet sein. Auch können weiterer Sensoren verwendet werden, sodass beide Fahrzeugteile mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet werden können.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeugpfadsignals ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt werden. Dadurch kann ein Lenkwinkelsensor am Fahrzeug eingespart werden und dennoch eine sichere Kollisionswarnung realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ein Zeitsignal ermittelt werden, wobei das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentieren kann. Beispielsweise kann unter Verwendung des Zeitsignals das Kollisionssignal ausgegeben werden, um zum Beispiel einer das Fahrzeug steuernden Person zusätzlich zu der räumlichen Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt eine mittels der aktuellen Geschwindigkeit und der Entfernung errechnete Zeitspanne, beispielsweis in Sekunden, bis zu einer möglichen Kollision anzuzeigen. Diese Zeitspanne kann auch als time-to-collision bezeichnet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch vorhergesagt werden, wie viel Zeit für eine Reaktion zur Verfügung steht, beispielsweise um das Fahrzeug umzulenken oder abzubremsen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens aufweisen, in dem die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt unter Verwendung der Radareinrichtung und zusätzlich oder alternativ dem Gierratensensor und zusätzlich oder alternativ dem Geschwindigkeitssensor erfasst wird. Dabei kann das Objekt beispielsweise mittels der Radareinrichtung erfasst und unter Verwendung weiterer Sensordaten, wie der Eigenbewegung des Fahrzeugs und der aktuellen Gierrate, die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit errechnet werden. Vorteilhafterweise kann die Kollisionsvermeidung dadurch optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens das Radarsignal die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Nahbereichs von maximal 5 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt repräsentieren. Beispielsweise kann die Radareinrichtung verwendet werden, um Hindernisse zu erkennen, die unmittelbar vor, hinter oder neben dem Fahrzeug angeordnet sein können. Dies können zum Beispiel größere Steine sein, die für den Fahrer durch das Fahrzeug selbst oder Anbauteile verdeckt sein können, oder es kann sich um Personen handeln, die aus einem uneinsichtigen Bereich kommen können. Vorteilhafterweise kann dadurch eine direkte Kollision vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens das Radarsignal die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von mindestens 5 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt repräsentieren. Beispielsweise kann die Radareinrichtung verwendet werden, um Hindernissen in einem Fernbereich auch von mehr als 5 m, zum Beispiel bis zu 10 m, bis zu 15 m oder bis zu 20 m zu erfassen. Der Fembereich kann seitlich ebenfalls wenigstens durch die Fahrzeugbreite definiert sein oder auch durch einen zusätzlichen breiteren Sicherheitsbereich. Das hat den Vorteil, dass mögliche Kollisionsgefahren schon frühzeitig erkannt werden können und beispielsweise eine Änderung des Fahrzeugpfads zum Vermeiden der Kollision angesteuert werden kann.
Das Verfahren kann einen Schritt des Berechnens eines zu überwachenden Bereichs im Umfeld des Fahrzeugs unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals umfassen. Im Schritt des Ermittelns kann das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt innerhalb des zu überwachenden Bereichs anzeigen. Auf diese Weise können Schritte des Verfahrens effizient ausgeführt werden, da sich auf außerhalb des zu überwachenden Bereichs beziehende Sensorinformationen verworfen werden können. Vorteilhafterweise kann der überwachende Bereich ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fahrzeug als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil und einem hinteren Fahrzeugteil ausgebildet sein, wobei der Gierratensensor und die Radareinrichtung am vorderen Fahrzeugteil angeordnet sein können und wobei am hinteren Fahrzeugteil ein weiterer Gierratensensor und eine weitere Radareinrichtung angeordnet sein können. Dabei kann der Schritt des Bestimmens des Objektpfadsignals durchgeführt werden, wenn ein Fahrtrichtungssignal eine Vorwärtsfahrt anzeigt. Beispielsweise können die beiden Fahrzeugteile jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen und durch ein Gelenk miteinander beweglich gekoppelt sein. Anders formuliert kann sich bei dem Arbeitsfahrzeug um ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug, derart, dass die beiden Fahrzeugteile aufgrund des zwischen ihnen angeordneten Gelenks relativ zueinander bewegbar beziehungsweise verschwenkbar sein können. Dabei können sowohl das vordere als auch das hintere Fahrzeugteil jeweils eine Radareinrichtung zum Erfassen von Objekten und ein Gierratensensor zum Erfassen der jeweiligen Gierrate des jeweiligen Fahrzeugteils aufweisen. Dabei können beispielsweise während einer Vorwärtsfahrt nur die Signale des vorderen Radars und Gierratensensors eingelesen und ein entsprechender Objektbewegungspfad bestimmt werden. Alternativ können auch kontinuierlich Signale von sowohl den hinteren als auch den vorderen Radareinrichtungen und Gierratensensoren eingelesen werden, wobei beispielsweise während der Vorwärtsbewegung die Signale aus dem hinteren Fahrzeugteil als vernachlässigbar eingestuft werden können. Vorteilhafterweise kann das Verfahren dadurch auch bei Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, die Aufgrund ihres Aufbaus unübersichtlicher sein können, als kleiner Fahrzeuge, und zudem bei einer Kollision ein höheres Schadenspotenzial aufweisen können. Durch das hier beschriebene Verfahren kann dies vorteilhafterweise vermindert werden. Zudem kann im Schritt des Einlesens ein weiteres Gierratensignal von einer weiteren Gierratenschnittstelle zu dem weiteren Gierratensensor und ein weiteres Radarsignal von einer weiteren Radarschnittstelle zu der weiteren Radareinrichtung eingelesen werden. Dabei kann das weitere Gierratensignal eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils repräsentieren und das weitere Radarsignal kann eine Relativposition und ein Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu einem in der Umgebung des Fahrzeugs erfassten weiteren Objekt repräsentieren. Dabei kann im Schritt des Bestimmens eines Objektpfadsignals ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des weiteren Radarsignals bestimmt werden, wenn das Fahrtrichtungssignal eine Rückwärtsfahrt anzeigt, wobei das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts repräsentieren kann. Zudem kann im Schritt des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals bestimmt werden, wobei im Schritt des Ermittelns das Kollisionssignal unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ermittelt werden kann. Dabei kann das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem weiteren Objekt anzeigen.
Vorteilhafterweise kann dadurch auch bei einer Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs das beschrieben Verfahren optimal angewandt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausgebens das Kollisionssignal an eine Nutzerschnittstelle ausgegeben wird, um eine visuelle und zusätzlich oder alternativ auditive und zusätzlich oder alternativ haptische Warnmeldung zu erzeugen. Beispielsweise kann unter Verwendung des Kollisionssignals eine Anzeige auf einem für einen Fahrer des Fahrzeugs sichtbaren Display angezeigt werden, das die Kollisionsgefahr sowie beispielsweise die Position des erfassten Objekts und zusätzlich oder alternativ die Distanz zwischen Fahrzeug und Objekt oder die Zeitspanne bis zur vorhergesagten Kollision anzeigen kann. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise mittels eines Lautsprechers ein Warnton ausgegeben werden oder ein vom Fahrer berührtes Element kann eine Warnung mittels Vibrieren ausgeben. Vorteilhafterweise kann dadurch eine das Fahrzeug steuernde Person auf die Kollisionsgefahr aufmerksam gemacht werden und entsprechend reagieren. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren einen Schritt des Deaktivierens eines Fahrantrieb des Fahrzeugs unter Verwendung des Kollisionssignals umfassen. Beispielsweise kann der Antrieb abgeschaltet und das Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden, wenn zum Beispiel ein bestimmter Grenzwert in der Entfernung zu einem Kollisionspunkt der erkannten Kollisionsgefahr unterschritten wird. Vorteilhafterweise kann dadurch auch ohne manuelles Eingreifen eine Kollision vermieden werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Vermeiden einer Kollision;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Vermeiden einer Kollision;
Fig. 6A eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6B eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein Liniendiagramm einer berechneten Gierbewegung eines vorderen Fahrzeugteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug steht dabei stellvertretende für jede Art von beweglicher Maschine. Dabei umfasst das Fahrzeug mindestens einen Gierratensensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Radareinrichtung. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 105 des Einlesens eines Gierratensignals von einer Gierratenschnittstelle zu dem Gierratensensor, eines Geschwindigkeitssignals von einer Geschwindigkeitsschnittstelle zu dem Geschwindigkeitssensor und eines Radarsignals von einer Radar Schnittstelle zu der Radareinrichtung. Dabei repräsentiert das Gierratensignal eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs. Das Geschwindigkeitssignal repräsentiert eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs und das Radarsignal repräsentiert gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Entfernung des Fahrzeugs zu einem in einer Umgebung des Fahrzeugs erfassten Objekts und zusätzlich oder alternativ eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt.
Weiterhin umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals, des Geschwindigkeitssignals und des Radarsignals. Dabei repräsentiert das Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Objekts. Beispielsweise stellt das Objekt ein Fremdfahrzeug dar.
Zudem umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals unter Verwendung des Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals. Dabei repräsentiert das Fahrzeugpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des Fahrzeugs.
In einem Ausführungsbeispiel werden der Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals und der Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals gleichzeitig durchgeführt. Wenn sowohl der Bewegungspfad des Fahrzeugs, also eine zukünftige Trajektorie des Fahrzeugs, also auch der Bewegungspfad des Objekts, also eine zukünftige Trajektorie des Objekts, bekannt sind, kann eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt abgeschätzt werden.
Auf die Schritte 110, 115 des Bestimmens folgt daher ein Schritt 120 des Ermittelns eines Kollisionssignals unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals, wobei das Kollisionssignal eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt anzeigt.
Dabei wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 105 des Einlesens das Radarsignal eingelesen, das die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem erfassten Objekt innerhalb eines Nahbereichs von beispielhaft 5 Metern repräsentiert. Mit anderen Worten wird in dem Schritt 120 ermittelt, ob, wo und wann sich der Objektpfad und der Fahrzeugpfad überschneiden, beziehungsweise ob sich das Fahrzeug und das Objekt beispielhaft innerhalb des Nahbereichs aufeinander zu bewegen. In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 120 des Ermittelns zudem unter Verwendung des Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ein Zeitsignal ermittelt. Lediglich beispielhaft repräsentiert das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt.
In einem Ausführungsbeispiel folgt auf den Schritt 120 des Ermittelns ein Schritt 125 des Deaktivierens. In diesem Schritt 125 wird lediglich beispielhaft ein Fahrantrieb des Fahrzeugs unter Verwendung des Kollisionssignals deaktiviert, um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen und so eine Kollision zu vermeiden.
Alle oder einige Schritt des Verfahrens 100 können fortlaufend wiederholt ausgeführt werden, sodass bereits bestimmte Bewegungspfade fortlaufend aktualisiert werden können.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200 mit einer Vorrichtung 205 zum Vermeiden einer Kollision, wobei die Vorrichtung 105 ausgebildet ist, um ein Verfahren, wie es in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde, zu steuern. Das Fahrzeug 200 umfasst einen Gierratensensor 210, der lediglich beispielhaft als eine Inertialmesseinheit (IMU) auf MEMS-Basis ausgebildet ist, um eine Gierrate des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein die Gierrate repräsentierendes Gierratensignal 212 an eine Gierratenschnittstelle 217 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Zudem umfasst das Fahrzeug 200 einen Geschwindigkeitssensor 220, der ausgebildet ist, um eine aktuelle Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein die Geschwindigkeit repräsentierendes Geschwindigkeitssignal 222 an eine Gierratenschnittstelle 227 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Weiterhin umfasst das Fahrzeug 200 eine Radareinrichtung 230, die ausgebildet ist, um eine Umgebung des Fahrzeugs 200 zu erfassen und ein Radarsignal 232 an eine Radarschnittstelle 237 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Dabei repräsentiert das Radarsignal 232 eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs 200 zu einem in einer Umgebung des Fahrzeugs 200 erfassten Objekt 240. In einem Ausführungsbeispiel ist die Radareinrichtung 230 mit einem Radar ausgebildet, mittels dem ein Nahbereich von lediglich beispielhaft 5 Metern erfassbar ist.
Die Vorrichtung 205 ist ausgebildet, um die bereitgestellten Signale 212, 222, 232 einzulesen. Mittels einer beispielhaften Bestimmungseinheit 250 ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des Gierratensignals 212, des Geschwindigkeitssignals 222 und des Radarsignals 232 ein Objektpfadsignal 252 zu bestimmen, wobei das Objektpfadsignal 252 einen voraussichtlichen Bewegungspfad 254 des Objekts 240 repräsentiert. In ähnlicher Weise ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des Gierratensignals 212 und des Geschwindigkeitssignals 222 ein Fahrzeugpfadsignal 256 zu bestimmen, wobei das Fahrzeugpfadsignal 256 einen voraussichtlichen Bewegungspfad 258 des Fahrzeugs 200 repräsentiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Objektpfadsignal 252 bereitstellbar, wenn ein lediglich beispielhaft von einer Richtungseinheit 260 zum Erfassen einer Fahrtrichtung bereitgestelltes Fahrtrichtungssignal 265 eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 200 anzeigt.
Die Vorrichtung 205 umfasst in einem Ausführungsbeispiel eine Ermittlungseinheit 270 zum Ermitteln eines Kollisionssignals 272 unter Verwendung des Objektpfadsignals 252 und des Fahrzeugpfadsignals 256, wobei das Kollisionssignal 272 eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug 200 und dem Objekt 240 anzeigt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Ermittlungseinheit zudem ausgebildet, um unter Verwendung des Objektpfadsignals 252 und des Fahrzeugpfadsignals 256 ein Zeitsignal 276 zu ermitteln, das eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentiert. Lediglich beispielhaft ist das Kollisionssignal 272 unter Verwendung des Zeitsignals 276 ermittelbar.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung der Kollisionssignals 272 einen Fahrantrieb 280 des Fahrzeugs 200 anzusteuern und zu deaktivieren. Durch ein Abschalten des Fahrantriebs 280 ist eine Eigenbewegung des Fahrzeugs 200 unterbrochen und eine Kollision zwischen dem Fahrzeug 200 und dem Objekt 240 vermeidbar.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 100 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen Fig. 1 dargestellten Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche beziehungsweise alternative Schritte aufweist.
In diesem Ausführungsbeispiel geht dem Schritt 105 des Einlesens ein Schritt 300 des Erfassens voraus, in dem lediglich beispielhaft die Gierrate des Fahrzeugs mittels des Gierratensensors erfasst wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels des Geschwindigkeitssensors. Unter Verwendung der entsprechenden eingelesenen Signale wird beispielhaft die Eigenbewegung des Fahrzeugs ermittelt.
In einem Ausführungsbeispiel folgt daraufhin ein Schritt 305 des Übermittelns der Eigenbewegung an die Radareinrichtung. In einem beispielhaften Schritt 310 des weiteren Erfassens wird in diesem Ausführungsbeispiel die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit und optional die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und Objekten in der Umgebung unter Verwendung der Radareinrichtung erfasst. Das diese Entfernung repräsentierende Radarsignal beziehungsweise die Radarinformation wird lediglich beispielhaft in einem Schritt 315 des weiteren Einlesens eingelesen.
Daraufhin folgt in diesem Ausführungsbeispiel der Schritt 110 des Bestimmens des Objektpfadsignals, in dem beispielhaft eine Vorhersage der Bewegungspfade aller erkannten Objekte getroffen wird. In einem Ausführungsbeispiel folgt anschließend der Schritt 115 des Bestimmens des Fahrzeugpfadsignals, in dem eine Vorhersage des Bewegungspfads des Fahrzeugs getroffen wird. Lediglich beispielhaft wird parallel zum Schritt 115 des Bestimmens der Schritt 300 des Erfassens wiederholt durchgeführt, um das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des aktuellen Gierratensignals und Geschwindigkeitssignals zu bestimmen. Ebenso wird der Schritt 300 des Erfassens in einem Ausführungsbeispiel wiederholt durchgeführt, um unter Verwendung des aktuellen Gierratensignals und Geschwindigkeitssignals einen Schritt 320 des Berechnens eines zu überwachenden Nah- und Fernbereichs durchzuführen. Eine Position und Ausdehnung des zu überwachenden Bereichs kann beispielsweise durch ein im Schritt 320 berechnetes Bereichssignal angezeigt werden. Dadurch können beispielsweise Sensorinformationen ausgefiltert werden, die außerhalb des zu überwachenden Bereichs liegen. Auch können die Bewegungspfade sowohl des Fahrzeugs als auch des Objekts nur dem zu überwachenden Bereich verfolgt werden. Vorteilhafterweise lässt sich der zu überwachende Bereich ohne Verwendung eines Lenkwinkelsensors bestimmen.
In diesem Ausführungsbeispiel folgt anschließend der Schritt 120 des Ermittelns des Kollisionssignals, in dem eine Kollisionsvorhersage getroffen wird. Lediglich beispielhaft umfasst der Schritt 120 in einen Teilschritt 325 des Ermittelns des Zeitsignals, in dem eine sogenannte time-to-collision berechnet und unter Verwendung des Zeitsignals bereitgestellt wird. Dabei repräsentiert das Zeitsignal eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt. Weiterhin umfasst der Schritt 120 des Ermittelns in diesem Ausführungsbeispiel einen Teilschritt 330 des Bestimmens einer Warnung und eines möglichen Verzögerungseingriffs. Der Verzögerungseingriff wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 125 des Deaktivierens des Fahrantriebs umgesetzt. Die Warnung wird in einem Ausführungsbeispiel in einem weiteren Teilschritt 335 des Übermittels umgesetzt, in dem unter Verwendung des Kollisionssignals eine Position von kritischen Objekten an eine Nutzerschnittstelle (HMI) übermittelt wird. In einem lediglich beispielhaften Schritt 340 des Erzeugens wird daraufhin eine lediglich beispielhaft visuelle und auditive und haptische Warnmeldung an der Nutzerschnittstelle erzeugt.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 100 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren 1 und 3 dargestellten Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche beziehungsweise alternative Schritte aufweist. So geht in diesem Ausführungsbeispiel dem Schritt 105 des Einlesens ein Schritt 300 des Erfassens voraus. In diesem Schritt 300 wird beispielhaft die Entfernung und zusätzlich oder alternativ die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt unter Verwendung der Radareinrichtung und beispielhaft dem Gierratensensor und beispielhaft dem Geschwindigkeitssensor erfasst.
Dabei repräsentiert in diesem Ausführungsbeispiel das im Schritt 105 des Einlesens eingelesene Radarsignal die Relativposition und -geschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von lediglich beispielhaft 10 Metern zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil und einem hinteren Fahrzeugteil ausgebildet, wobei der Gierratensensor und die Radareinrichtung am vorderen Fahrzeugteil angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ sind am hinteren Fahrzeugteil ein weiterer Gierratensensor und eine weitere Radareinrichtung angeordnet. Lediglich beispielhaft wird dabei im Schritt 105 des Einlesens ein weiteres Gierratensignal von einer weiteren Gierratenschnittstelle zu dem weiteren Gierratensensor und ein weiteres Radarsignal von einer weiteren Radarschnittstelle zu der weiteren Radareinrichtung eingelesen. Das weitere Gierratensignal repräsentiert in diesem Ausführungsbeispiel eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils und das weitere Radarsignal eine Relativposition und -geschwindigkeit eines Objektes in Bezug zu dem Fahrzeug. Entsprechend wird lediglich beispielhaft im Schritt 110 des Bestimmens eines Objektpfadsignals ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des weiteren Radarsignals bestimmt, wenn ein Fahrtrichtungssignal eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs anzeigt. Dabei repräsentiert das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts. Im Schritt 115 des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals wird in diesem Ausführungsbeispiel das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals und des Geschwindigkeitssignals bestimmt und im Schritt 120 des Ermittelns wird beispielhaft das Kollisionssignal unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals ermittelt. Dabei zeigt das Kollisionssignal beispielhaft eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem weiteren Objekt an.
Weiterhin wird in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 120 des Ermittelns das Kollisionssignals an eine Nutzerschnittstelle ausgegeben, um lediglich beispielhaft eine visuelle oder akustische Warnmeldung beispielhaft auf einem Display zu erzeugen. Dadurch wird eine das Fahrzeug steuernde Person auf die mögliche Kollision aufmerksam gemacht und hat die Möglichkeit, das Fahrzeug in eine andere Richtung zu lenken oder die Geschwindigkeit zu drosseln.
Fig. 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 200 mit einer Vorrichtung 205 zum Vermeiden einer Kollision. Das hier dargestellte Fahrzeug 200 sowie die dargestellte Vorrichtung 205 entsprechen oder ähneln dem in der vorangegangenen Fig. 2 beschriebenen Fahrzeug und der beschriebenen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um ein Verfahren, wie es in den vorangegangenen Figuren 1, 2 und 4 beschrieben wurde, zu steuern.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 200 als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug ausgebildet, bei dem es sich lediglich beispielhaft um einen Kipplaster beziehungsweise einen sogenannten Dumper handelt. Der Kipplaster umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen vorderen Fahrzeugteil 500 und einen über ein Knickgelenk M gekoppeltes hinteren Fahrzeugteil 505, wobei der Gierratensensor 210, die Radareinrichtung 230 und lediglich beispielhaft auch der Geschwindigkeitssensor 220 am vorderen Fahrzeugteil 500 angeordnet sind.
Am hinteren Fahrzeugteil 505 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein weiterer Gierratensensor 510 angeordnet. Dieser ist beispielhaft ausgebildet, um eine Gierrate des hinteren Fahrzeugteils zu erfassen und unter Verwendung eines weiteren Gierratensignals 512 an eine weitere Gierratenschnittstelle 517 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Zudem ist in diesem Ausführungsbeispiel am hinteren Fahrzeugteil 505 eine weitere Radareinrichtung 530 angeordnet, die ausgebildet ist, um ein weiteres Radarsignal 532 an eine weitere Radarschnittstelle 537 zu der Vorrichtung 205 bereitzustellen. Dabei repräsentiert das weitere Radarsignal 532 eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 200 und einem in der Umgebung erfassten weiteren Objekts 540. Hierfür ist die weitere Radareinrichtung 530 lediglich beispielhaft ausgebildet, um einen hinteren Bereich 550 der Umgebung um den hinteren Fahrzeugteil 505 zu überwachen, der lediglich beispielhaft sowohl einen Nahbereich von beispielhaft 0 bis 5 Metern als auch einen Fernbereich von beispielhaft 5 bis 10 Metern umfasst. In ähnlicher Weise ist die Radar einrichtung 230 beispielhaft ausgebildet, um einen vorderen Bereich 550 der Umgebung um den vorderen Fahrzeugteil 500 zu überwachen, der lediglich beispielhaft ebenfalls einen Nahbereich sowie einen Fernbereich umfasst.
Es können prinzipiell in unterschiedliche Richtungen Überwachungsbereiche definiert werden, zum Beispiel „Vorne“ und „Hinten“. Für einen überwachten Bereich werden verschiedene Systemkomponenten benötigt, wie Radarsensoren zur Erfassung von Objekten, Gierratensensoren zur Erfassung der Gierrate des Radars beziehungsweise des jeweiligen Fahrzeugteils und Sensoren zur Erfassung der Fahrzeug- Längsgeschwindigkeit, zum Beispiel ein Drehzahl sensor abtriebseitig. Weiterhin ein Steuergerät, das heißt eine Vorrichtung 205, zur elektronischen Verarbeitung der Sensordaten, zur Prädiktion der Eigenbewegung, zur Vorhersage der Bewegung von erkannten Objekten und zur Berechnung der Warn- beziehungsweise Eingriffsignale.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 ausgebildet, um unter Verwendung des weiteren Gierratensignals 512 und des weiteren Radarsignals 532 ein weiteres Objektpfadsignal zu bestimmen, wenn ein Fahrtrichtungssignal, wie es in der vorangegangenen Fig. 2 beschrieben wurde, eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs 200 anzeigt. Dabei repräsentiert das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts 540. Die Vorrichtung 205 ist in diesem Ausführungsbeispiel weiterhin ausgebildet, um das Fahrzeugpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals 512 und des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen und unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals das Kollisionssignal 272 zu ermitteln. Dabei repräsentiert das Kollisionssignal 272 in diesem Ausführungsbeispiel eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug 200 und dem weiteren Objekt 540.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 205 weiterhin ausgebildet, um unter Verwendung des Kollisionssignals 272 eine Nutzerschnittstelle 555 anzusteuern, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein Display in einer Fahrerkabine im vorderen Fahrzeugteil 500 handelt. Über die Nutzerschnittstelle 555 ist lediglich beispielhaft eine Warnmeldung bezüglich der Kollisionsgefahr für einen Fahrer des Fahrzeugs 200 ausgebbar.
Die Figuren 6A und 6B zeigen jeweils eine schematische Darstellung der kinematischen Zusammenhänge an einem Fahrzeug 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei das hier beschriebene Fahrzeug 100 dem in den vorangegangenen Figuren 2 und 5 beschrieben Fahrzeug entspricht oder ähnelt. Dabei ist in Figur 6A eine Bestimmung eines prädizierten Fahrkorridors beziehungsweise des Bewegungspfads des Fahrzeugs 100 aus der Drehrate skizziert und in Figur 6B sind die kinematischen Zusammenhänge an einem knickgelenkten Fahrzeug 100 dargestellt, bei dem der vordere Fahrzeugteil 500 und der hintere Fahrzeugteil 505 über das Knickgelenk M drehbar gekoppelt sind.
Die Zusammenhänge zwischen Lenkwinkel, Drehrate von Vorder- und Hinterwagen und der Fahrzeuggeschwindigkeit insbesondere in Figur 6B dargestellt. Zur Vorhersage gemäß Figur 6A basierend auf einem Lenkwinkelsensor sind die folgend beschriebenen Gleichungen auf dem Steuergerät beziehungsweise der in den vorangegangenen Figuren 2 und 5 beschriebenen Vorrichtung zu lösen.
Betrachtet wird ein auf dem vorderen Fahrzeugteil 500 installiertes Radar. Bei bekanntem Heading-Winkel 9F ergibt sich für die Geschwindigkeiten des vorderen Fahrzeugteils 500 im Punkt F
Figure imgf000021_0001
mit vF als Longitudinalgeschwindigkeit. Der Gelenkpunkt M fällt für den vorderen und hinteren Teil des Fahrzeugs 100 zusammen, das heißt
Figure imgf000022_0001
Durch die Annahme, dass vF und vH die gleiche Änderungsrate besitzen, ergibt sich unter Betrachtung der Geschwindigkeit am Punkt M
Figure imgf000022_0002
und mit der geometrischen Beziehung
Figure imgf000022_0003
ergibt sich für die Winkelgeschwindigkeit an Vorder- und Hinterachse
Figure imgf000022_0004
Mit der Annahme, dass die Änderung des Lenkwinkels ebenfalls 0 ist, folgt
Figure imgf000022_0005
Auf diese Schritte kann vollständig verzichtet werden, wenn die Drehrate direkt vom Gierratensensor übernommen wird. Es ist anzumerken, dass eine Vorhersage des Fahrkorridors ohne Lenkwinkelerfassung nur bei einer Fahrgeschwindigkeit ungleich 0 möglich ist, da nur in solchen Situationen eine Winkelgeschwindigkeit ungleich 0 am Vorder- oder Hinterwagen auftritt.
Fig. 7 zeigt ein Liniendiagramm einer berechneten Gierbewegung eines vorderen Fahrzeugteils gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist auf der x-Achse die Zeit in Sekunden angegeben und auf der y-Achse die Gierrate (PsiDot) in rad/s. Die hier dargestellten Gierbewegungen basieren lediglich beispielhaft auf Messungen an einem knickgelenkten Fahrzeug und unterschiedlichen Berechnungen, wie sie in den vorangegangenen Figuren 6A und 6B beschrieben wurden. Zu sehen ist eine periodische Kurvenfahrt, dargestellt ist die Lenkwinkeländerung des Fahrzeugs. Dabei beruht die mit einer durchgehenden Linie dargestellte Gierrate 700 auf einer beispielhaften Messung durch einen Gierratensensor. Die mit einer gestrichelten Linie dargestellte zweite Gierrate 705 beruht beispielhaft auf dem gemessenen Lenkwinkel und der in der vorangegangenen Figur 6B beschriebenen Gleichung (Dl). Die mit einer gepunkteten Linie dargestellte dritte Gierrate 710 beruht beispielhaft auf dem gemessenen Lenkwinkel und der in der vorangegangenen Figur 6B beschriebenen vereinfachten Gleichung (D2).
Mit anderen Worten lässt sich das in den vorangegangenen Figuren beschriebene Verfahren sowie die das Verfahren steuernde Vorrichtung an einem Fahrzeug wie folgt beschreiben und dabei optional auch mit anderen im Folgenden genannten Verfahren kombinieren.
So sind auf Umfeldsensorik (Radar, Lidar, Ultraschall, Kameras) basierende Systeme zur Kollisionswarnung und Vermeidung aus dem Automotive-Bereich bekannt. Auch für Baumaschinen lassen sich derartige Systeme anwenden. Zentrale Herausforderung ist eine hohe Detektionsrate von echten Gefahrensituationen bei einer gleichzeitig möglichst niedrigen Falscherkennungsrate (False-Positives). Der Einfluss von False- Positives ist als kritisch zu bewerten, weil er zum Einen das Vertrauen in die Assistenzfunktion negativ beeinflusst, zum anderen kann eine aktive Fahrzeugverzögerung verursacht durch eine Falscherkennung sogar eine gefährliche Situation verursachen (zum Beispiel durch Auffahren eines nachfolgenden Fahrzeugs).
Zur Reduzierung von False Positives können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
1. Modellannahmen (spezifisch für Anwendung und Einsatzgebiet, zum Beispiel „kein querender Verkehr auf Autobahn“)
2. Zusätzliche Umfeldsensorik (Sensorfusion mehrerer Radar-Sensoren, Hinzunahme Kamera, Lidar, Ultraschallsysteme)
3. Ausnutzen von Fahrzeugwissen, insbesondere Vorhersage der Fahrzeugeigenbewegung und Beschränkung der Überwachung auf den für eine Kollision kritischen Bereich.
Insbesondere Maßnahme 3 setzt eine Kenntnis über das Fahrzeug voraus (Abmessungen, Art der Lenkung wie zum Beispiel Knicklenkung), aber auch zusätzliche Informationen über den Zustand und die Ansteuerung des Fahrzeuges. Bei bekannten Lösungen wird häufig ein Lenkwinkelsensor zur Vorhersage der Fahrzeugbewegung genutzt, in Verbindung mit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einem kinematischen Modell des Fahrzeuges.
Basierend auf diesen Informationen kann für einen bestimmten Zeitraum, zum Beispiel die nächsten 5 Sekunden, unter Annahme einer Beibehaltung der aktuellen Fahrsituation eine Aussage über den kritischen, zu überwachenden Bereich getätigt werden. Nur vom Radar erkannte Objekte in diesem prädizierten Fahrbereich werden dann als kritisch erachtet und nur diese Objekte können eine Warnung beziehungsweise einen Eingriff auslösen.
Die Lösung benötigt einen Lenkwinkelsensors, zum Beispiel in Form eines Lenksensors am Lenkrad oder eines Winkelsensors am Knickgelenk oder eines Wegmesssystems am Lenkzylinder bei knickgelenkten Fahrzeugen. Dieser Sensor versursacht beispielsweise zusätzliche Kosten durch den Sensor selbst, zusätzliche Kosten durch die Integration des Sensors (Umlenkmechanismen oder die Integration in den hydraulischen Zylinder), reduzierte Systemverfügbarkeit, da durch einen zusätzlichen, zum Betrieb des Systems erforderlichen Sensor das Risiko eines Systemausfalls steigt, sowie erhöhte Anforderungen an die Funktionale Sicherheit, da durch einen zusätzlichen, zum Betrieb des Systems erforderlichen Sensor der Aufwand für die Berechnung des erreichbaren Performance Levels steigt. Durch ein weiteres Element in der FuSi-Kette besteht die Gefahr, den erforderlichen Performance Level nicht mehr zu erreichen. Zudem erfordert der Sensor einen erhöhten numerischen Aufwand auf dem Steuergerät, um basierend auf der Lenkwinkelinformation und der Fahrzeugkinematik die Fahrzeugbewegung zu prädizieren.
Es ist daher erstrebenswert, auf einen Lenkwinkelsensor verzichten zu können, aber dennoch eine Vorhersage über die Fahrzeugbewegung treffen zu können, um Falscherkennungen zu minimieren.
Bei dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Verfahren sowie dem Fahrzeug mit der das Verfahren steuernden Vorrichtung wird vorteilhafterweise auf den Lenkwinkelsensor und Informationen zur Fahrzeugkinematik verzichtet und stattdessen ein ohnehin zum Betrieb des Radarsensors erforderlicher Gierratensensor (zum Beispiel eine Inertialmesseinheit) genutzt. Eine Vorhersage der Fahrzeugbewegung erfolgt basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der vom Gierratensensor erfassten Gierbewegung des Fahrzeuges.
Gierratensensoren sind häufig auf MEMS-Basis konstruiert und bestechen durch niedrige Kosten, eine einfache und flexible Integration am Fahrzeug. Da sie zum Betrieb des Radarsensors ohnehin erforderlich sind (die Radarsensoren benötigen diese Information für die interne Signalverarbeitung), entstehen keine zusätzlichen Systemkosten. Zwar kann aus der Gierrate nicht der Lenkwinkel abgeleitet werden (eine Integration ist aufgrund von gemessenen Offsets und unbekannten Anfangsbedingungen nicht möglich), dies macht sich jedoch nur im Fahrzeugstillstand bemerkbar, wobei in dieser Situation ja ein Eingriff ohnehin nicht möglich ist (Fahrzeug steht ja bereits).
Bezugszeichenliste
100 Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs
105 Schritt des Einlesens
110 Schritt des Bestimmens eines Objektpfadsignals
115 Schritt des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals
120 Schritt des Ermittelns
125 Schritt des Deaktivierens
200 Fahrzeug
205 Vorrichtung
210 Gierratensensor
212 Gierratensignal
217 Gierratenschnittstelle
220 Geschwindigkeitssensor
222 Geschwindigkeitssignal
227 Geschwindigkeitsschnittstelle
230 Radareinrichtung
232 Radarsignal
237 Radarschnittstelle
240 Objekt
250 Bestimmeinheit
252 Objektpfadsignal
254 Bewegungspfad des Objekts
256 Fahrzeugpfadsignal
258 Bewegungspfad des Fahrzeugs
260 Richtungseinheit
265 Fahrtrichtungssignal
270 Ermittlungseinheit
272 Kollisionssignal
276 Zeitsignal
280 Fahr antrieb
300 Schritt des Erfassens 305 Schritt des Übermittelns
310 Schritt des weiteren Erfassens
315 Schritt des weiteren Einlesens
320 Schritt des Berechnens
325 Teilschritt des Ermittelns
330 Teilschritt des Bestimmens
335 Teilschritt des Übermittelns
340 Schritt des Erzeugens
500 vorderer Fahrzeugteil
505 hinterer Fahrzeugteil
510 weiterer Gierratensensor
512 weiteres Gierratensignal
517 weitere Gierratenschnittstelle
530 weitere Radareinrichtung
532 weiteres Radarsignal
537 weitere Radarschnittstelle
540 weitere Objekt
545 vorderer Bereich
550 hinterer Bereich
555 Nutzerschnittsteil e
700 Gi errate
705 zweite Gierrate
710 dritte Gierrate M Knickgelenk

Claims

Ansprüche Verfahren (100) zum Vermeiden einer Kollision eines Fahrzeugs (200), das mindestens einen Gierratensensor (210), einen Geschwindigkeitssensor (220) und eine Radareinrichtung (230) umfasst, wobei das Verfahren (100) folgende Schritte (105, 110, 115, 120) aufweist:
Einlesen (105) eines Gierratensignals (212) von einer Gierratenschnittstelle (217) zu dem Gierratensensor (210), eines Geschwindigkeitssignals (222) von einer Geschwindigkeitsschnittstelle (227) zu dem Geschwindigkeitssensor (220) und eines Radarsignals (232) von einer Radarschnittstelle (237) zu der Radareinrichtung (230), wobei das Gierratensignal (212) eine aktuelle Gierrate zumindest eines Teils des Fahrzeugs (200) repräsentiert und wobei das Geschwindigkeitssignal (222) eine Geschwindigkeit einer Eigenbewegung des Fahrzeugs (200) repräsentiert und wobei das Radarsignal (232) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in einer Umgebung des Fahrzeugs (200) erfassten Objekt (240) repräsentiert;
Bestimmen (110) eines Objektpfadsignals (252) unter Verwendung des Gierratensignals (212), des Geschwindigkeitssignals (222) und des Radarsignals (232), wobei das Objektpfadsignal (252) einen voraussichtlichen Bewegungspfad (254) des Objekts (240) repräsentiert;
Bestimmen (115) eines Fahrzeugpfadsignals (256) unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222), wobei das Fahrzeugpfadsignal (256) einen voraussichtlichen Bewegungspfad (258) des Fahrzeugs (200) repräsentiert; und
Ermitteln (120) eines Kollisionssignals (272) unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256), wobei das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) anzeigt.
2. Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt des Bestimmens (115) des Fahrzeugpfadsignals (256), das Fahrzeugpfadsignals (256) ohne Verwendung eines Lenkwinkelsignals eines Lenkwinkelsensors bestimmt wird.
3. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (120) des Ermittelns unter Verwendung des Objektpfadsignals (252) und des Fahrzeugpfadsignals (256) ein Zeitsignal (276) ermittelt wird, wobei das Zeitsignal (276) eine berechnete Zeitspanne zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Kollisionszeitpunkt repräsentiert.
4. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (300) des Erfassens der Relativposition und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) unter Verwendung der Radareinrichtung (230) und/oder dem Gierratensensor (210) und/oder dem Geschwindigkeitssensor (220).
5. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (105) des Einlesens das Radarsignal (232) die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Nahbereichs von maximal 5 Metern zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) repräsentiert.
6. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Schritt (105) des Einlesens das Radarsignal (232) die Relativposition und die Relativgeschwindigkeit innerhalb eines Fernbereichs von mindestens 5 Metern zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) repräsentiert.
7. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (320) des Berechnens eines zu überwachenden Bereichs im Umfeld des Fahrzeugs (200) unter Verwendung des Gierratensignals (212) und des Geschwindigkeitssignals (222), wobei im Schritt des Ermittelns (120) das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem Objekt (240) innerhalb des zu überwachenden Bereichs anzeigt. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Fahrzeug (200) als ein knickgelenktes Arbeitsfahrzeug mit einem vorderen Fahrzeugteil (500) und einem hinteren Fahrzeugteil (505) ausgebildet ist, wobei der Gierratensensor (210) und die Radareinrichtung (230) am vorderen Fahrzeugteil (500) angeordnet sind und wobei am hinteren Fahrzeugteil (505) ein weiterer Gierratensensor (510) und eine weitere Radareinrichtung (530) angeordnet sind, wobei der Schritt (110) des Bestimmens des Objektpfadsignals (252) durchgeführt wird, wenn ein Fahrtrichtungssignal (265) eine Vorwärtsfahrt anzeigt. Verfahren (100) gemäß Anspruch 8, wobei im Schritt (105) des Einlesens ein weiteres Gierratensignal (512) von einer weiteren Gierratenschnittstelle (517) zu dem weiteren Gierratensensor (510) und ein weiteres Radarsignal (532) von einer weiteren Radarschnittstelle (537) zu der weiteren Radareinrichtung (530) eingelesen wird, wobei das weitere Gierratensignal (512) eine aktuelle Gierrate des hinteren Fahrzeugteils (505) repräsentiert und wobei das weitere Radarsignal (532) eine Relativposition und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug (200) und einem in der Umgebung des Fahrzeugs (200) erfassten weiteren Objekt (540) repräsentiert, wobei im Schritt (110) des Bestimmens eines Objektpfadsignals (252) ein weiteres Objektpfadsignal unter Verwendung des weiteren Gierratensignals (512) und des weiteren Radarsignals (532) bestimmt wird, wenn das Fahrtrichtungssignal (265) eine Rückwärtsfahrt anzeigt, wobei das weitere Objektpfadsignal einen voraussichtlichen Bewegungspfad des weiteren Objekts (540) repräsentiert, und wobei im Schritt (115) des Bestimmens eines Fahrzeugpfadsignals (256) das Fahrzeugpfadsignal (256) unter Verwendung des weiteren Gierratensignals (512) und des Geschwindigkeitssignals (222) bestimmt wird, und wobei im Schritt (120) des Ermittelns das Kollisionssignal (272) unter Verwendung des weiteren Objektpfadsignals und des Fahrzeugpfadsignals (256) ermittelt wird, wobei das Kollisionssignal (272) eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (200) und dem weiteren Objekt (540) anzeigt. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (120) des Ermittelns das Kollisionssignals (272) an eine Nutzerschnittstelle (555) ausgegeben wird, um eine visuelle und/oder auditive und/oder haptische Warnmeldung zu erzeugen. Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (125) des Deaktivierens eines Fahrantriebs (280) des Fahrzeugs (200) unter Verwendung des Kollisionssignals (272). Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuem. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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