DE102014016567A1

DE102014016567A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Ausweichtrajektorie und Fahrerassistenzsystem dafür

Info

Publication number: DE102014016567A1
Application number: DE102014016567.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Maier
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2014-11-08
Filing date: 2014-11-08
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Ausweichtrajektorie (11) für ein Fahrzeug hat die Schritte a) Bestimmen (S1) eines zum Umfahren eines Hindernisses (17) erforderlichen Seitwärtsversatzes (a + d + c) des Fahrzeugs (3); b) Bestimmen (S2) einer zum Erzielen des Seitwärtsversatzes (2A, a + d + c) verfügbaren Zeit (T); c) Festlegen (S3) der Ausweichtrajektorie (11) in Form einer Cosinuskurve, deren Amplitude (A) dem halben Seitwärtsversatz entspricht und deren Periode dem Zweifachen der verfügbaren Zeit (T) entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Bestimmen einer Ausweichtrajektorie für ein Fahrzeug, mit der einer Gefahrensituation ausgewichen werden kann.
Vorrichtungen, die eine von einem Fahrzeug abzufahrende Trajektorie festlegen und anschließend die Bewegung des Fahrzeugs entlang der Trajektorie steuern, sind als Einparkassistenten seit längerem bekannt. Die Geschwindigkeit, mit denen sich ein von einem solchen Einparkassistenten gesteuertes Fahrzeug bewegt, ist niedrig, so dass auch bei begrenzter Rechenleistung des Einparkassistenten genügend Zeit zur Verfügung steht, um eine geeignete Trajektorie zu finden. Außerdem erlaubt die niedrige Geschwindigkeit, den Einfluss von Massenträgheit auf die Bewegung des Fahrzeugs zu vernachlässigen. Um in einer Gefahrensituation bei normaler Fahrgeschwindigkeit eine Ausweichtrajektorie zu ermitteln und diese exakt abzufahren, ist ein herkömmlicher Einparkassistent nicht geeignet.
Aus DE 10 2012 215 562 A1 sind ein Verfahren und ein Fahrerassistenzsystem bekannt, bei denen bei der Festlegung einer Trajektorie auch Beschleunigungen quer zur Fahrtrichtung berücksichtigt werden, die beim Fahren dieser Trajektorie auf das Fahrzeug und seine Insassen wirken würden. Die Trajektorie wird jeweils in Form einer Funktion y(x) angegeben, wobei x eine Koordinate des Fahrzeugs, gemessen in Richtung einer ursprünglichen Fahrtrichtung, und y eine dazu orthogonale Koordinate ist. Die y-Koordinate der Ausweichtrajektorie wird als Polynom zweiter Ordnung eines Gewichtungsfaktors spezifiziert, wobei die Koeffizienten dieses Polynoms wiederum Polynome von bis zu siebter Ordnung in x sind. Die Polynome hoher Ordnung machen die Berechnung der Ausweichtrajektorie zeitaufwändig, was sich insbesondere dann störend bemerkbar macht, wenn zur Ermittlung einer idealen Ausweichtrajektorie ein iterativer Prozess erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Bestimmen einer Ausweichtrajektorie für ein Fahrzeug anzugeben, das schnell und mit geringem Rechenaufwand funktioniert.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ausweichtrajektorie für ein Fahrzeug mit den Schritten

a) Bestimmen eines gewünschten Seitwärtsversatzes des Fahrzeugs;
b) Bestimmen einer zum Erzielen des Seitwärtsversatzes verfügbaren Zeit;
c) Festlegen der Ausweichtrajektorie in Form einer Cosinuskurve, deren Amplitude dem halben Seitwärtsversatz entspricht und deren Periode dem Zweifachen der verfügbaren Zeit entspricht.

Der gewünschte Seitwärtsversatz kann insbesondere der zum Umfahren eines Hindernisses erforderliche Seitwärtsversatz sein.
Alternativ kann der gewünschte Seitwärtsversatz auch der Abstand eines Fahrzeugs von der Mitte seiner Fahrspur oder die Differenz zwischen einem Sollabstand und einem tatsächlichen Abstand des Fahrzeugs von einem Rand der Fahrspur sein.
Der erforderliche Seitwärtsversatz ist in der Regel ohne Schwierigkeiten bestimmbar, wenn die dafür eingesetzten Sensoren nicht nur die Existenz eines Hindernisses anzeigen, sondern auch Daten über dessen Abmessungen liefern. Eine Kamera, die am Fahrzeug angebracht ist, um den vor dem Fahrzeug liegenden Verkehrsraum zu überwachen, ist in Verbindung mit einer geeigneten Bildauswertungssoftware, eventuell kombiniert mit einem Radarsensor für die Messung des Abstands zum Hindernis, in der Lage, diese Daten zu liefern. Die zum Erzielen des Seitwärtsversatzes verfügbare Zeit kann bestimmt werden anhand eines ebenfalls aus den Bildern der Kamera geschätzten oder vom Radarsensor gemessenen Abstands zum Hindernis und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Stützpunkte für die Cosinuskurve können in einer Nachschlagetabelle hinterlegt sein, so dass der Verlauf der Ausweichtrajektorie mit geringem Aufwand berechnet werden kann.
Die Cosinusform der Trajektorie macht es überdies einfach, den Krümmungsradius entlang der Ausweichtrajektorie zu berechnen und anhand dieses Krümmungsradius zu entscheiden, ob die Ausweichtrajektorie stabil fahrbar ist oder ob die Gefahr besteht, dass die Räder des Fahrzeugs seitlich wegrutschen.
Wenn festgestellt wird, dass die Ausweichtrajektorie nicht stabil fahrbar ist, kann es zweckmäßig oder notwendig sein, das Fahrzeug zu verzögern.
Kräfte in Fahrzeuglängsrichtung, die aufgrund einer solchen Verzögerung zwischen den Rädern des Fahrzeugs und der Fahrbahn auftreten, können ihrerseits die Neigung des Fahrzeugs zum Rutschen erhöhen. Um das Fahrzeug dennoch stabil zu halten, ist es zweckmäßig, die einwirkenden Flieh- und Trägheitskräfte für Vorder- und Hinterachse, für rechte und linke Fahrzeugseite oder für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln zu berechnen und basierend auf dieser Berechnung die Verzögerung für Vorder- und Hinterachse, für rechte und linke Fahrzeugseite oder für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln zu steuern. Wenn das Fahrzeug mit konstanter Gierrate und Geschwindigkeit eine Kurve fährt, wirken Fliehkräfte an Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs in gleicher Weise. Ändert sich jedoch die Gierrate, etwa aufgrund eines entlang der Kurve variablen Krümmungsradius, so tritt am Fahrzeug ein Trägheitsmoment auf, das die Querkräfte an den Rädern einer Achse reduziert, an denen der anderen Achse aber erhöht. Dem kann Rechnung getragen werden, wenn je nach Änderungstendenz der Gierrate Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeugs stärker gebremst wird.
Indem rechte und linke Räder jeweils unterschiedlich stark gebremst werden, kann ein Drehmoment auf das Fahrzeug ausgeübt werden. Deshalb ist es möglich, durch unterschiedlich starkes Bremsen von linker und rechter Fahrzeugseite das Fahrzeug entlang der Ausweichtrajektorie zu lenken oder wenigstens die Verfolgung der Ausweichtrajektorie zu unterstützen.
Beide Ansätze sind miteinander kombinierbar, wenn die Bremskraft für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln gesteuert wird.
Zweckmäßigerweise sollte in Schritt a) der erforderliche Seitwärtsversatz einen Sicherheitsabstand zum Hindernis beinhalten, um sicherzustellen, dass das Hindernis auch dann noch passiert werden kann, wenn das Fahrzeug unvorhersehbaren Störeinflüssen wie etwa Seitenwind ausgesetzt ist. Wenn sich jedoch ergibt, dass die Ausweichtrajektorie nicht stabil fahrbar ist, insbesondere dann, wenn auch eine Verzögerung des Fahrzeugs zur Instabilität führen könnte, kann es sinnvoll sein, den Sicherheitsabstand zu verringern und die oben angegebenen Schritte a) bis c) für den verringerten Sicherheitsabstand zu wiederholen. Die Schritte a) bis c) können auch mehrfach wiederholt werden, um eine stabil fahrbare Ausweichtrajektorie zu finden.
Anstelle der Bremsen oder ergänzend zu diesen kann ein Lenkaktuator angesteuert werden, um die Ausweichtrajektorie zu fahren. Wenn ein solcher Lenkaktuator mechanisch an das Lenkrad gekoppelt ist, kann der Fahrer den Eingriff anhand eines vom Lenkaktuator auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoment spüren und die Ausweichtrajektorie fahren, indem er diesem Drehmoment nachgibt. Andererseits behält er auch die Freiheit, den automatischen Lenkeingriff zu verwerfen und eine alternative Ausweichtrajektorie zu fahren, indem er beim Lenken das vom Lenkaktuator auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment überwindet.
Bevor der Lenkaktuator tatsächlich angesteuert wird, um die Ausweichtrajektorie zu fahren, kann überprüft werden, dass die Ausweichtrajektorie frei von Hindernissen, insbesondere von anderen Fahrzeugen ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Ausweichtrajektorie auf eine benachbarte Fahrspur führt oder über diese verläuft.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Fahrerassistenzsystem, das zur Durchführung des oben beschriebenen Fahrens eingerichtet ist, bzw. ein Fahrerassistenzsystem mit

– Mitteln zum Bestimmen eines gewünschten, insbesondere eines zum Umfahren eines Hindernisses erforderlichen Seitwärtsversatzes des Fahrzeugs;
– Mitteln zum Bestimmen einer zum Erzielen des Seitwärtsversatzes verfügbaren Zeit; und
– Mitteln zum Festlegen der Ausweichtrajektorie in Form einer Cosinuskurve, deren Amplitude dem halben Seitwärtsversatz entspricht und deren Periode dem Zweifachen der verfügbaren Zeit entspricht.

Das Fahrerassistenzsystem kann ferner Mittel umfassen zum Erfassen des Abstands eines Fahrzeugs von der Mitte seiner Fahrspur oder der Differenz zwischen einem Sollabstand und einem tatsächlichen Abstand des Fahrzeugs von einem Rand der Fahrspur.
Des weiteren können Mittel vorgesehen sein zum

– Berechnen des Krümmungsradius entlang der Ausweichtrajektorie und
– Entscheiden, anhand dieses Krümmungsradius, ob die Ausweichtrajektorie stabil fahrbar ist, sowie gegebenenfalls, zum
– Verzögern des Fahrzeugs, wenn die Ausweichtrajektorie nicht stabil fahrbar ist.

Ferner kann das Fahrerassistenzsystem Mittel aufweisen, um die einwirkenden Flieh- und Trägheitskräfte für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln zu berechnen und die Verzögerung für Vorder- und Hinterachse oder für rechte und linke Fahrzeugseite oder für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln zu steuern.
Wenn das Fahrerassistenzsystem den erforderlichen Seitwärtsversatz einschließlich eines Sicherheitsabstands zum Hindernis berechnet, können ferner Mittel vorgesehen sein, um diesen Sicherheitsabstand zu verringern und anschließend die verfügbare Zeit und die Ausweichtrajektorie erneut zu bestimmen.
Das Fahrerassistenzsystem sollte, um die Ausweichtrajektorie zu fahren, auch über Mittel zum Ansteuern eines Lenkaktuators verfügen.
Auch Mittel zum Überprüfen, dass die Ausweichtrajektorie frei von Hindernissen, insbesondere von anderen Fahrzeugen ist, sollten vorgesehen sein.
Weitere Erfindungsgegenstände sind ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die einen Computer befähigen, das Verfahren wie oben beschrieben auszuführen, bzw. ein computerlesbarer Datenträger, auf den Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen das besagte Verfahren auszuführen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine exemplarische Anwendungssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems zur Durchführung des Verfahrens;
3 ein Flussdiagramm gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens; und
4 ein Flussdiagramm gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Straße, hier eine Schnellstraße mit zwei in gleicher Richtung befahrenen Fahrspuren 1, 2, und mehreren Fahrzeugen 3 bis 6. Das Fahrzeug 3 ist mit dem erfindungsgemäßen Assistenzsystem ausgestattet und wird im Folgenden zur Unterscheidung von den übrigen Fahrzeugen 4 bis 6 als Ego-Fahrzeug bezeichnet.
Das Fahrzeug 4 befindet sich auf der gleichen Fahrspur 1 wie das Ego-Fahrzeug 3 und ist langsamer als dieses. Das Ego-Fahrzeug 3 ist bislang auf der Spur 1 entlang einer geraden Trajektorie 7 gefahren, würde es diese fortsetzen, dann würde es in Kürze auf das Heck des Fahrzeugs 4 auffahren. Das Heck des Fahrzeugs 4 stellt also ein Hindernis dar, dem ausgewichen werden muss.
Wie aus 2 hervorgeht, ist eine Zentraleinheit 8 des Fahrerassistenzsystems mit einer auf den vor dem Ego-Fahrzeug 3 liegenden Verkehrsraum ausgerichteten Kamera 9 über eine Bildverarbeitungseinheit 10 verbunden, die programmiert ist, um in den von der Kamera 9 gelieferten Bildern Hindernisse wie etwa Personen oder Tiere am Fahrbahnrand, Fremdkörper auf der Fahrbahn oder vorausfahrende Fahrzeuge wie hier das Fahrzeug 4 zu erkennen. Die Bildverarbeitungseinheit 10 kann programmiert sein, um den Abstand eines erkannten Hindernisses vom Ego-Fahrzeug 3 anhand der Bilder abzuschätzen, alternativ kann ein Radarsensor vorgesehen sein, um eine Abstandsmessung vorzunehmen. Anhand dieses Abstandes berechnet die Bildverarbeitungseinheit 10 die Abmessungen des Hindernisses quer zur Fahrtrichtung und übermittelt diese an die Zentraleinheit 8.
Wenn die Zentraleinheit 8 einen Hinweis auf das Vorhandensein eines solchen Hindernisses empfängt, generiert sie eine Ausweichtrajektorie 11 in Form einer Cosinusschwingung in einem x-y-Koordinatensystem, dessen x-Richtung die Richtung der Fahrspuren 1, 2 bzw. der ursprünglichen Trajektorie 7 orientiert ist. Die Periode der Cosinuskurve ist von der Zentraleinheit 8 so gewählt, dass sie ihren Punkt 12 maximaler Abweichung in y-Richtung von der Trajektorie 7 dann erreicht, wenn in x-Richtung der Abstand zwischen dem Ego-Fahrzeug 3 und dem Hindernis, hier dem Heck des Fahrzeugs 4, null wird.
Indem die Zentraleinheit 8 mithilfe eines Stellglieds 13 im Bedarfsfall in die Lenkung des Ego-Fahrzeugs 3 eingreift, ist es möglich, das Ego-Fahrzeug 3 am Heck des Fahrzeugs 4 vorbei zu lenken und so eine Kollision auch dann zu vermeiden, wenn der Fahrer des Ego-Fahrzeugs 3 unaufmerksam ist und die Annäherung an das Fahrzeug 4 nicht wahrnimmt.
2 zeigt eine zweite Kamera 15, die ebenfalls über eine Bildverarbeitungseinheit 16 mit der Zentraleinheit 8 verbunden ist, um Informationen über Hindernisse, insbesondere Drittfahrzeuge, hinter dem Ego-Fahrzeug 3 und seitlich von diesem zu liefern.
Zentraleinheit 8 und Bildverarbeitungseinheiten 10, 16 können auf einem gleichen Computer implementiert sein und jeweils einen Teil von dessen Verarbeitungskapazität beanspruchen.
Ein Arbeitsverfahren der Zentraleinheit 8 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des Flussdiagramms der 3 erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 ermittelt die Zentraleinheit 8 den zum Umfahren eines erfassten Hindernisses, hier des Hecks des Fahrzeugs 4, erforderlichen Seitwärtsversatz für das Ego-Fahrzeug 3. Im einfachsten Fall kann, sofern sich das Hindernis 17 vollständig auf derselben Fahrspur 1 wie das Ego-Fahrzeug 3 befindet, die von der Sensorverarbeitungseinheit 10 der Fahrzeugumgebungs-Erfassungs-Sensorik 9 abgeleitete Breite der Fahrspur 1 als erforderlicher Versatz angenommen werden. Alternativ schätzt die Zentraleinheit 8 denjenigen Anteil a der Breite des Hindernisses ab, der sich vom Schnittpunkt 18 der optischen Achse der Fahrzeugumgebungs-Erfassungs-Sensorik 9 mit dem Hindernis 17 bis zu dessen in Richtung des Ausweichmanövers liegender Kante erstreckt, addiert dazu den bekannten Abstand c zwischen der optischen Achse und der zur Ausweichrichtung entgegengesetzten Flanke des Ego-Fahrzeugs 3 sowie einen Sicherheitsabstand d.
In Schritt S2 wird die Zeit T ermittelt, die zur Verfügung steht, um die Ausweichtrajektorie 11 bis zum Scheitelpunkt 12 zu durchfahren. Im Falle eines stationären Hindernisses wird diese Zeit anhand des aus den Bildern der Kamera 9 oder von einem Hilfssensor, etwa einem Radarsensor, ermittelten Abstands zwischen Fahrzeug 3 und Hindernis 17 und der von einem Tachometer 14 zur Verfügung gestellten Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs 3 berechnet. Wenn, wie im hier betrachteten Fall, das Hindernis 17 beweglich ist, wird die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Hindernis 17 und dem Ego-Fahrzeug 3 anhand von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abstandsmessungen ermittelt und die Zeit T wird berechnet, indem der aktuelle Abstand durch diese Geschwindigkeitsdifferenz geliefert wird.
Anhand des Versatzes und der Zeit legt die Zentraleinheit 8 die Ausweichtrajektorie y(t) fest: y(t) = Acos(ωt) – A, (1) wobei A die Hälfte des in S1 berechneten Seitwärtsversatzes und ω = ·/T ist.
In Schritt S4 wird der Krümmungsradius r(t) der Ausweichtrajektorie 11 berechnet. Dies ist für die Ausweichtrajektorie gemäß Gl. (1) besonders einfach, da die dafür benötigten Ableitungen wiederum Sinus- bzw. Cosinusfunktionen sind. Unter der vereinfachenden Annahme, dass x ∝ ωt ist, ergibt sich:
Der Gesamtbetrag der zwischen der Fahrbahnoberfläche und den Reifen des Fahrzeugs in oberflächenparalleler Richtung wirkenden Kräfte darf eine maximale Reibkraft nicht überschreiten, damit das Fahrzeug nicht ins Rutschen kommt. Solange das Fahrzeug sich gleichförmig bewegt, tritt zwischen Fahrzeug und Fahrbahn nur eine Zentrifugalkraft
auf, wobei m die Masse des Fahrzeugs und r der Radius der gefahrenen Kurve ist. Damit die Zentrifugalkraft die maximale Reibkraft nicht übersteigt, muss der Krümmungsradius r(t) entlang der gesamten Ausweichtrajektorie 11 größer sein als ein geschwindigkeitsabhängiger Schwellwert thr:
In Schritt S5 überprüft die Zentraleinheit 8, ob für die geplante Ausweichtrajektorie 11 diese Bedingung erfüllt ist.
Wenn an einer Stelle der Ausweichtrajektorie 11 der Krümmungsradius r den Grenzwert thr unterschreitet, besteht beim Fahren der Ausweichtrajektorie Schleudergefahr. Um die Schleudergefahr zu beseitigen oder zu reduzieren, verzweigt das Verfahren zu Schritt 6, in dem das Fahrzeug 3 entweder gebremst oder der in Schritt S1 festgelegte Versatz reduziert wird. Wenn Schritt S6 zum ersten Mal durchlaufen wird, kann zunächst die Auswirkung eines Bremsens auf den Ausweichvorgang untersucht werden. Dazu kann beispielsweise für einen vorgegebenen Bruchteil der in Schritt S2 ermittelten Zeit eine Vollbremsung des Fahrzeugs bei Beibehaltung der geradlinigen Trajektorie 7 angenommen werden. Die Verzögerung sollte idealerweise dazu führen dass, wenn anschließend Schritt S2 wiederholt wird, die nach dem Verzögern für das Ausweichmanöver verfügbare Zeit länger ist als zuvor, so dass, wenn anschließend in Schritt S4 die Ausweichtrajektorie 11 neu festgelegt wird, diese entweder den Schwellwert thr einhält oder ihn zumindest weniger weit überschreitet als die zuvor versuchte Ausweichtrajektorie. Schritt S6 kann dann so oft wiederholt werden, wie erforderlich, um eine Ausweichtrajektorie 11 zu finden, die die Überprüfung des Schrittes 5 besteht. Wenn sich das Bremsen als ungeeignet erweist, um eine stabil, ohne Rutschen fahrbare Ausweichtrajektorie zu finden, oder die Länge der dafür erforderlichen Bremsphase zu groß ist, kann alternativ in Schritt S6 auch der Versatz reduziert werden. Auch dies kann in mehreren Iterationen des Schritts S6 erfolgen, wobei der Versatz nicht kleiner werden darf als a + c.
Wenn auf diese Weise eine stabil befahrbare Ausweichtrajektorie 11 gefunden ist, kann eine Überprüfung, ob diese ohne Kollision mit einem anderen Fahrzeug wie etwa 5 fahrbar ist, dem Fahrer des Ego-Fahrzeugs 3 überlassen bleiben; vorzugsweise nimmt die zentrale Einheit 8 selbst eine solche Überprüfung in Schritt S7 anhand der Daten des Fahrzeugumgebungs-Erfassungs-Systems 15 vor. Wenn sich dabei zeigt, dass eine Kollision mit dem Fahrzeug 5 zu erwarten ist, muss das Ego-Fahrzeug 3 auf der Fahrspur 1 bleiben und bremsen (S8). Da sich dabei die Position des Ego-Fahrzeugs 3 relativ zum Fahrzeug 5 laufend ändert, kehrt das Verfahren nach einer kurzen Zeit des Bremsens zum Ausgang zurück, um zu ermitteln, ob nun eine Ausweichtrajektorie existiert, die ohne Behinderung durch das Fahrzeug 5 gefahren werden kann.
Wenn eine stabil fahrbare und nicht durch andere Fahrzeuge blockierte Ausweichtrajektorie existiert, greift die Zentraleinheit 8 in Schritt S9 in die Lenkung des Fahrzeugs ein, um diese Ausweichtrajektorie 11 zu fahren. Der Lenkeingriff kann insbesondere darin bestehen, dass das Stellglied 13 ein Drehmoment auf die Lenksäule des Fahrzeugs ausübt, so dass der Eingriff für den Fahrer am Lenkrad spürbar wird. Wenn er dem Drehmoment nachgibt, wird die Ausweichtrajektorie 11 gefahren. Der Fahrer hat aber auch die Möglichkeit, das Drehmoment des Stellglieds 13 zu überwinden und nach seinem Gutdünken zu lenken, wenn er eine andere Ausweichtrajektorie als die von der Zentraleinheit 8 festgelegte bevorzugt.
Denkbar wäre auch, dass die Zentraleinheit 8 anstatt in die Lenkung einzugreifen den Fahrer auf die Ausweichtrajektorie hinweist und das Lenken entlang dieser Trajektorie ihm überlässt, zum Beispiel indem, insbesondere mittels eines Headup-Displays, ein Signal an den Fahrer ausgegeben wird, das diesem wenigstens die Seite des Fahrzeugs 3 anzeigt, zu der hin das Ausweichmanöver möglich ist.
Wenn in Schritt S5 festgestellt wird, dass der Krümmungsradius auf der gesamten Ausweichtrajektorie 11 deutlich über der Schwelle thr liegt, dann kann in Schritt S9 der Lenkeingriff auch erfolgen, in dem die Zentraleinheit 8 die Räder an linker und rechter Seite des Fahrzeugs 3 unterschiedlich stark bremst. Konkret kann im Fall der 1 ein Drehmoment, mit dem das Fahrzeug entlang der Ausweichtrajektorie 11 gelenkt wird, auch erzeugt werden, wenn zu Beginn der Ausweichtrajektorie 11, solange diese nach links gekrümmt ist, die Bremsen an der linken Fahrzeugseite betätigt werden, die auf der rechten hingegen nicht. Ab dem Punkt 19 ist die Ausweichtrajektorie 11 nach rechts gekrümmt, nach Passieren dieses Punktes können daher die Bremsen auf der rechten Fahrzeugseite betätigt werden, um das Fahrzeug entlang der Ausweichtrajektorie 11 zu lenken.
Da aus der in 1 gezeigten Perspektive des Ego-Fahrzeugs 3 heraus die Länge des Fahrzeugs 4 nicht beurteilt werden kann, kann aus dieser Perspektive heraus auch noch nicht entschieden werden, ob das Ego-Fahrzeug 3 der Ausweichtrajektorie 11 über den Punkt 12 hinaus folgen soll oder nicht. Daher wird spätestens bei Erreichen des Punktes 12 das Verfahren wiederholt. Zeigt sich dann kein Hindernis auf der Fahrspur 2, dann kann das Ego-Fahrzeug 3 auf unbestimmte Zeit auf dieser Spur bleiben, entsprechend der ab dem Punkt 12 gestrichelt eingezeichneten Trajektorie 7', und die Entscheidung, wann und wo das Ego-Fahrzeug 3 auf die Spur 1 zurückkehrt, kann dem Fahrer überlassen bleiben. Befindet sich jedoch auf der Fahrspur 2, wie in 1 gezeigt, ebenfalls ein Fahrzeug 6, zu dem das Ego-Fahrzeug 3 aufschließen würde, dann muss es auch diesem ausweichen. Solange das Ego-Fahrzeug 3 noch das Fahrzeug 4 überholt, könnten dafür zwar Ausweichtrajektorien existieren, die den Anforderungen des Schritts S5 genügen, die aber an Schritt S7 scheitern, da das Fahrzeug 4 ein Ausweichen zurück auf die Fahrspur 1 blockiert. Erst wenn das Fahrzeug 4 vollständig überholt ist, ab dem Punkt 20, kann eine zweite Ausweichtrajektorie 21 gefunden werden, mit der das Fahrzeug 3 auf die Fahrspur 1 zurückgelangt.
Wenn sich der Krümmungsradius der Ausweichtrajektorie 11 ändert, dann ändert sich auch die Gierrate des Fahrzeugs 3, wenn es die Ausweichtrajektorie 11 abfährt. Das Trägheitsmoment des Fahrzeugs 3 wirkt jeder Änderung der Gierrate entgegen und erzeugt einander entgegengesetzte Querkräfte an Vorder- und Hinterrädern, so dass sie an einer Achse des Fahrzeugs in Richtung der Zentrifugalkraft und an der anderen ihr entgegenwirken. Diese Querkräfte sind anhand der zeitlichen Ableitung von Gl. (2) berechenbar. Einer anhand von 4 erläuterten Variante des Verfahrens zufolge werden diese Querkräfte bei der Überprüfung, ob eine Ausweichtrajektorie stabil fahrbar ist, einbezogen.
Das Verfahren der 4 ist in den Schritten S1 bis S4 mit dem der 3 identisch. Die zeitliche Ableitung des in Schritt S4 erhaltenen Krümmungsradius r wird in Schritt S4' in eine Änderung der Gierrate des Fahrzeugs 3 umgerechnet. Um diese Änderung der Gierrate zu erhalten, muss ein entsprechendes Drehmoment zwischen den Rädern des Fahrzeugs und der Fahrbahn wirken. Vereinfachend kann angenommen werden, dass alle Räder den gleichen Beitrag zu diesem Drehmoment leisten, und darauf basierend wird für jedes Rad eine diesem Drehmoment entsprechende, in radialer Richtung der Kurve auswärts oder einwärts wirkende Kraft berechnet, die sich der an dem betreffenden Rad wirkenden Zentrifugalkraft zu einer Gesamtkraft ·F überlagert (S4''). In Schritt S5' wird geprüft, ob diese Kraft an jedem Rad kleiner ist als die maximale Reibkraft F_R, die dieses Rad aufnehmen kann, ohne zu verrutschen. Bei Überschreitung des Grenzwerts finden die oben mit Bezug auf Schritt S6 beschriebenen Optimierungsmaßnahmen statt, anderenfalls verzweigt das Verfahren zu Schritt S7 und schreitet fort wie mit Bezug auf 3 beschrieben.
Die gleiche Vorgehensweise kann auch auf eine weitere Fahrerassistenz-Funktion, das Lane-Centering, angewendet werden. Das Ziel dieser Funktion ist die Rückführung des Fahrzeugs auf die Mitte der Spur, falls dies nicht vom Fahrer selbst durchgeführt wird. 5 zeigt in einer zu 1 analogen Draufsicht eine Verkehrssituation, in der das Ego-Fahrzeug auf seiner Fahrspur 1 deutlich von der Fahrspurmitte, markiert durch eine gestrichelte Linie 22, zu einem linken Fahrbahnrand 23 versetzt ist. Der Versatz e zwischen der Mitte des Fahrzeugs 3 und der Fahrspurmitte 22 wird von der Bildverarbeitungseinheit 10 aus Bildern der Kamera 9 ermittelt, und die Zentraleinheit 8 wählt als Amplitude der Cosinusfunktion die des Versatzes e.
Alternativ könnte die Bildverarbeitungseinheit 10 den Abstand f zwischen einer seitlichen Flanke des Ego-Fahrzeugs 3 und einer zu dieser Flanke benachbarten Begrenzung 23 der Fahrspur 1 ermitteln und als Versatz die Differenz zwischen diesem Abstand f und einem Sollabstand festlegen.
Da beim Lane-Centering kein Hindernis existiert, das umfahren werden muss, muss die Periode der Cosinusfunktion anhand anderer Kriterien festgelegt werden. Als Kriterium kann hier der Fahrkomfort herangezogen werden, konkret die Anforderung, dass die Transversalbeschleunigung a_y, die bei einem Lane-Centering-Manöver auf Fahrzeug und Insassen wirkt, einen vorgegebenen Grenzwert a_y,max nicht übersteigen darf. Die Transversalbeschleunigung ist gegeben durch a_y = ν²/r, wobei r der Krümmungsradius gemäß Gl (2) ist. Da andererseits die Wegstrecke g, über die sich das Manöver erstreckt, nicht länger als nötig sein soll, wird die Winkelgeschwindigkeit · in Gl. (2) so gewählt, dass der Grenzwert a_y,max exakt erreicht wird. D. h. da v = ·g··· gilt, wählt die Zentraleinheit 8 den Wert von ·, der
erfüllt.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrspur
2: Fahrspur
3: Ego-Fahrzeug
4: Fahrzeug
5: Fahrzeug
6: Fahrzeug
7: Trajektorie
8: Zentraleinheit
9: Kamera
10: Bildverarbeitungseinheit
11: Ausweichtrajektorie
12: Punkt
13: Stellglied
14: Tachometer
15: Kamera
16: Bildverarbeitungseinheit
17: Hindernis
18: Schnittpunkt
19: Punkt
20: Punkt
21: Ausweichtrajektorie
22: Fahrspurmitte
23: Begrenzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012215562 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Ausweichtrajektorie (11) für ein Fahrzeug, mit den Schritten a) Bestimmen (S1) eines gewünschten Seitwärtsversatzes (2A, a + d + c) des Fahrzeugs (3); b) Bestimmen (S2) einer zum Erzielen des Seitwärtsversatzes (2A, a + d + c) verfügbaren Zeit (T); c) Festlegen (S3) der Ausweichtrajektorie (11) in Form einer Cosinuskurve, deren Amplitude (A) dem halben Seitwärtsversatz entspricht und deren Periode dem Zweifachen der verfügbaren Zeit (T) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der gewünschte Seitwärtsversatz der zum Umfahren eines Hindernisses (17) erforderliche Seitwärtsversatz (2A, a + d + c) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der gewünschte Seitwärtsversatz der Abstand (e) eines Fahrzeugs (3) von der Mitte (22) seiner Fahrspur (1) oder die Differenz zwischen einem Sollabstand und einem tatsächlichen Abstand (f) des Fahrzeugs (3) von einem Rand (23) der Fahrspur (1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den zusätzlichen Schritten: d) Berechnen (S4) des Krümmungsradius (r) entlang der Ausweichtrajektorie (11) und e) anhand dieses Krümmungsradius (r) Entscheiden (S5, S5'), ob die Ausweichtrajektorie (11) stabil fahrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, mit dem Schritt f) Verzögern (S6) des Fahrzeugs (3), wenn die Ausweichtrajektorie nicht stabil fahrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einwirkenden Flieh- und Trägheitskräfte für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln berechnet werden und die Verzögerung für Vorder- und Hinterachse oder für rechte und linke Fahrzeugseite oder für jedes Rad des Fahrzeugs einzeln gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem in Schritt a) der erforderliche Seitwärtsversatz (2A) einschließlich eines Sicherheitsabstands (d) zum Hindernis (17) berechnet wird, mit dem zusätzlichen Schritt g) wenn die Ausweichtrajektorie (11) nicht stabil fahrbar ist, Verringern (S6) des Sicherheitsabstands (d) und Wiederholen der Schritte a) bis c).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem zusätzlichen Schritt: h) Ansteuern (S9) eines Lenkaktuators (13), um die Ausweichtrajektorie (11) zu fahren.
Verfahren nach Anspruch 8, mit dem zusätzlichen Schritt: g) Überprüfen (S8), dass die Ausweichtrajektorie (11) frei von Hindernissen, insbesondere von anderen Fahrzeugen (5), ist.
Fahrerassistenzsystem, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.