DE102014225085A1

DE102014225085A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche

Info

Publication number: DE102014225085A1
Application number: DE102014225085.4A
Authority: DE
Inventors: Kai Franke; Michael Düring
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105667519B; CN105667519A

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche zur Planung von Noteingriffen bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr mit einem vorausliegenden Hindernis für ein Kraftfahrzeug führen die folgenden Schritte aus: – Erkennung einer kollisionsgefährdenden Verkehrssituation, – Ausgeben einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges durch einen vorgegebenen Bremsruck, – Schätzung des aktuellen Reibwertes der Fahrbahn basierend auf dem Bremsruck, – Durchführen einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche beginnend mit dem Bremsruck, und – Planung und Durchführung eines Notmanövers basierend auf dem aktuellen Reibwert und der visuellen Prüfung der Fahrbahnoberfläche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Die Unfallvermeidung ist ein wesentlicher Gesichtspunkt bei Fahrerassistenzsystemen, wobei insbesondere Notbremssysteme in heutigen Kraftfahrzeugen und Ausweichfunktionen in zukünftigen Fahrzeugen an Bedeutung gewinnen. Deren Wirkung hängt jedoch entscheidend vom Reibwert bzw. Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche in Bezug zum Reifen des Fahrzeugs ab. So erniedrigt sich der Reibwert einer nassen Fahrbahn gegenüber derjenigen einer trockenen Fahrbahn erheblich.
Aus der Druckschrift WO 2012/110030 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reibwertschätzung mittels einer 3D-Kamera bekannt, wobei die 3D-Kamera ein Bild von der Umgebung des Fahrzeugs aufnimmt und aus den Bilddaten im gesamten Fahrzeugvorfeld ein Höhenprofil der Fahrbahnoberfläche erstellt. Aus dem Höhenprofil kann der zu erwartende lokale Reibwert der Fahrbahnoberfläche geschätzt werden. In die Auswertung können weitere Informationen aus den Bilddaten einfließen.
Die Druckschrift DE 10 2011 085 984 A1 beschreibt ein Verfahren zum radindividuellen Bestimmen des Reibwertes zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und der Fahrbahn, wobei das Radmoment gemäß eines definierten Momentenverlaufs an einem Rad des Fahrzeugs vorgegeben und als Reaktion auf das Radmoment die Raddrehzahl bestimmt wird. Aus der Phasenverschiebung zwischen Radmoment und Raddrehzahl kann der aktuelle Reibwert der Fahrbahnoberfläche bestimmt werden.
Die Druckschrift DE 10 2009 041 566 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwertes einer Fahrbahn. Dabei wird während der Fahrt einerseits eine ständig verfügbare Reibwertkenngröße ermittelt und aktualisiert und andererseits wird eine lediglich situationsbedingt aktualisierte und damit nicht ständig verfügbare Reibwertkenngröße ermittelt. Diese beiden Kenngrößen werden miteinander bewertend zu einem gemeinsamen Reibschätzwert verknüpft. Dabei wird die ständig während der Fahrt aktualisierte Reibwertkenngröße auf Basis einer Frequenzanalyse des Dreh- und/oder Schwingungsverhaltens der Räder bestimmt, während die lediglich situationsbedingt aktualisierte Reibwertkenngröße in Fahrsituationen ermittelt wird, in denen der Reibwert an mindestens einem Rad aufgrund einer einsetzbaren Schlupfregelung, einer hohen Radverzögerung bzw. einer hohen Radbeschleunigung schätzbar ist.
Die Druckschrift DE 10 2012 203 673 A1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei dem innerhalb einer Vorkollisionsphase zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver durchgeführt wird. Um das Manöver planen zu können, wird die Reibwertindikation zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn auf Basis einer Schätzung durchgeführt, wobei die Reibwertindikation aus einem fahrerunabhängigen oder einem fahrerausgelösten Bremseingriff ermittelt wird.
Nachteilig ist, dass eine Reibwertschätzung mittels einer Kamera keine verlässlichen Werte liefert, während eine Reibwertbestimmung anhand von Radparametern, beispielsweise durch Bremsen, nur eine lokale Aussage treffen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde zur Planung von Noteingriffen wie automatisches Ausweichen oder Bremsen die Ermittlung des Fahrbahnreibwertes zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schätzung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche zur Planung von Noteingriffen bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr mit einem vorausliegenden Hindernis für ein Kraftfahrzeug, weist die folgenden Schritte auf:

– Erkennung einer kollisionsgefährdenden Verkehrssituation,
– Ausgeben einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges durch einen vorgegebenen Bremsruck,
– Schätzung des aktuellen Reibwertes der Fahrbahn basierend auf dem Bremsruck,
– Durchführen einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche beginnend mit dem Bremsruck, und
– Planung und Durchführung eines Notmanövers basierend auf dem aktuellen Reibwert und der visuellen Prüfung der Fahrbahnoberfläche.

Durch die Verknüpfung des aktuellen Reibwertes mit den Ergebnissen einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche nach dem Bremsruck kann eine Projektion des aktuellen Bremsrucks in den Manöverraum des Notmanövers vorgenommen werden, wodurch die Sicherheit des Notmanövers erhöht wird.
Vorzugsweise wird die vorausliegende Fahrbahnoberfläche auf Änderungen gegenüber vergangenen Bildern der Fahrbahnoberfläche überprüft und der aktuelle Reibwert wird zur Planung und Durchführung des Notmanövers für die, einen Manöverraum für das Notmanöver bildende vorausliegende Fahrbahnoberfläche verwendet, wenn sich keine Änderung der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn ergibt. Mit anderen Worten, wenn sich die Fahrbahnoberfläche nicht geändert hat, so wird der lokal ermittelte Reibwert in den Manöverraum projiziert.
Weiter bevorzugt wird die vorausliegende Fahrbahnoberfläche bei Änderungen gegenüber vergangenen Bildern der Fahrbahnoberfläche optisch auf reibwertvermindernde Einflüsse überprüft. Reibwertvermindernde Einflüsse sind dabei solche, die den Reibwert der Fahrbahnoberfläche vermindern, wie beispielsweise Wasser, Eis oder Schnee auf der Fahrbahn. Derartige reibwertvermindernde Einflüsse können mittels Bildverarbeitungsverfahren oder durch Vergleich mit vorherigen Bildern der Fahrbahnoberfläche erkannt werden.
Weiter bevorzugt wird zur Planung des Notmanövers ein gegenüber dem aktuellen Reibwert verminderter Reibwert verwendet, wenn reibwertvermindernde Einflüsse erkannt werden.
Weiter bevorzugt wird der gemessene Bremsruck mit einem angestrebten Bremsruck verglichen und das Notmanöver wird zeitlich früher eingeleitet, wenn der gemessene Bremsruck gegenüber dem angestrebten Bremsruck abfällt.
Insbesondere kann der Bremsruck eine Stärke aufweisen, die dem Bremsvorgang des später angestrebten Notmanövers entspricht. Auf diese Weise wird die Planung des späteren Notmanövers vereinfacht.
Weiter bevorzugt wird auf eine Fahrbahnoberfläche mit vermindertem Reibwert geschlossen, wenn die Scheibenwischeranlage des Fahrzeugs in Betrieb ist. Da es unwahrscheinlich ist, dass eine Scheibenwischeranlage ohne Regen oder Schnee in Betrieb genommen wird, ist der Betrieb einer derartigen Scheibenwischeranlage ein starkes Indiz für eine Fahrbahnoberfläche mit einem verminderten Reibwert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Planung und Durchführung eines Notmanövers basierend auf einer gegebenen Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeuges mit einem vorausliegenden Hindernis, wobei die Vorrichtung zu Durchführung des im vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst

– eine Einrichtung zur Situationserkennung und Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit,
– eine Einrichtung zur Warnung des Fahrers vor einer möglichen bevorstehenden Kollision durch einen Bremsruck,
– eine Einrichtung zur Schätzung des aktuellen Fahrbahnreibwertes basierend auf dem Bremsruck,
– eine Einrichtung zur Durchführung einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche, und
– eine Einrichtung zur Planung und Durchführung eines Notmanövers,

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Durchführung der visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche durch eine Kamera realisiert.
Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung einen Speicher zur Speicherung von Bildern der Fahrbahnoberfläche auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
1 eine grafische Darstellung eines geplanten Notmanövers,
2 ein normaler Bremsruck zur Reibwertschätzung,
3 ein Bremsruckverlauf bei nicht ausreichendem Reibwert, und
4 ein Fahrerassistenzsystem zur Planung und Durchführung eines Notmanövers in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine typische Verkehrssituation, bei der eine Kollision droht und daher untersucht werden soll, ob ein Notmanöver ohne eine Kollision fahrbar ist oder nicht. Dabei befindet sich ein Fahrzeug 1 mit der Fahrtrichtung bzw. Fahrgeschwindigkeit 3 auf einer Fahrbahn 2, wobei auf der Fahrbahn 2 ein Hindernis 4 angeordnet ist, mit dem das Fahrzeug 1 bei einer Fortsetzung der Fahrt in die Richtung 3 kollidiert. Die mögliche Kollisionsgefahr wird durch eine entsprechende Sensorik eines Fahrerassistenzsystems bzw. Notmanöversystems im Fahrzeug 1 detektiert und es stellt sich die eingangs erwähnte Frage, ob ein Notmanöver durchführbar ist oder nicht. Das hier in Betracht gezogene Notmanöver zur Verhinderung einer Kollision besteht in dem Umfahren des Hindernisses 4 entlang einer Trajektorie 5, deren Verlauf vom Fahrerassistenzsystem geplant werden muss. Um den Verlauf der Trajektorie 5 planen zu können, ist die Kenntnis des Reibwertes zwischen den Reifen des Fahrzeugs und der Fahrbahn 2 hilfreich bzw. notwendig. Um den Fahrer vor der bevorstehenden möglichen Kollision zu warnen, setzt das Fahrerassistenzsystem zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine Warnung ab, der es ermöglicht mit einem Notmanöver wie eine Notbremsung oder einem Ausweichmanöver die Kollision zu vermeiden. Eine derartige Warnung kann beispielsweise durch einen kurzen Bremsruck erfolgen, der dem Fahrer die Dringlichkeit der Situation vor Augen führt.
2 zeigt einen derartigen normalen Bremsruck als Funktion der Zeit. Dabei ist im oberen Teil der 2 die Längsverzögerung a_l als Funktion der Zeit t dargestellt. Im unteren Teil der 2 ist die Verminderung der Raddrehzahl n als Funktion der Zeit t aufgrund der Längsverzögerung a_l des Bremsrucks dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Raddrehzahl n als Reaktion auf die Längsverzögerung a_l abnimmt. Aus der Abnahme der Raddrehzahl n über der Zeit t als Folge des Verlaufs der Längsverzögerung a_l des Bremsrucks kann ein Minimalwert des aktuellen Reibwertes zwischen Reifen und Fahrbahn geschätzt werden. Mit dem so ermittelten minimal verfügbaren Reibwert kann das beabsichtigte Manöver entlang der Trajektorie 5 der 1 geplant werden, wobei der Zeitpunkt eines Zwangseingriffs seitens des Fahrassistenzsystems ausreichend später liegt als die Warnung durch den Bremsruck, um dem Fahrer gegebenenfalls Zeit für eigene Maßnahmen zu lassen.
3 zeigt den Fall, bei dem der gestrichelt dargestellte angestrebte Bremsruck nicht realisiert werden kann, sondern mit dem Erreichen eines Maximalwertes die Längsverzögerung a_l auf den Wert Null abfällt, wie dies aus der durchgezogenen Kurve des tatsächlich gemessenen bzw. realisierten Bremsruckverlaufs ersichtlich ist. Mit dem Abfall der Längsverzögerung a_l auf den Wert Null fällt die Raddrehzahl n ebenfalls auf den Wert Null ab. Mit anderen Worten, das Rad blockiert und haftet nach dem Erreichen des dargestellten Maximalwerts der Längsverzögerung a_l nicht mehr auf der Fahrbahn. Auch in diesem Fall lässt sich ein Reibwert und damit eine maximale Bremsverzögerung bestimmen, mit denen ein Notmanöver geplant werden kann. Allerdings muss gegebenenfalls das Notmanöver aufgrund des niedrigen Reibwertes früher eingeleitet werden oder eine Kollision lässt sich eventuell nicht mehr verhindern, sondern nur noch deren Auswirkungen mindern. Ein ABS-System würde das Blockieren der Räder verhindern. Aus der angeforderten Verzögerung zum Zeitpunkt des ABS-Eingriffs kann jedoch ebenfalls der aktuelle Reibwert geschätzt werden.
In der 4 wird der in einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs erfolgte Ablauf des Verfahrens in Form von Modulen dargestellt. Dabei wird in einem ersten Modul 10 eine Situationserkennung des Umfelds des Kraftfahrzeugs mithilfe einer geeigneten Sensorik durchgeführt. Kommt die Situationserkennung 10 zu dem Schluss, dass eine Kollision mit einem in der 1 dargestellten Hindernis 4 bevorstehen könnte, so werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet bzw. geplant. Nach der Erkennung einer Kollisionsgefahr ist eine erste Maßnahme die Ausgabe einer Warnung über die kritische Verkehrssituation an den Fahrer des Kraftfahrzeugs. Im vorliegenden Fall erfolgt die Warnung des Fahrers des Kraftfahrzeuges mittels eines kurzen Bremsrucks, der von einem weiteren Modul 11 ausgegeben wird und den Fahrer für die kritische Fahrsituation sensibilisieren soll.
Der vom Warnmodul 11 ausgegebene Bremsruck dient hier nicht nur zur Warnung des Fahrers, sondern der erzeugte Bremsruck mit vorgegebenem Verlauf und Längsverzögerung dient ferner in einem Reibwertschätzungsmodul 12 zur Ermittlung bzw. Schätzung des Reibwertes zwischen Reifen und Fahrbahn, wie dies im vorangegangenen unter Bezug auf die 2 und 3 anschaulich erläutert wurde. Vorteilhafterweise wird dabei ein Bremsruck in der Stärke des später angestrebten Notmanövers verwendet. Falls sich dieser Bremsruck nicht vollständig darstellen lässt, wie dies in 3 dargestellt ist, so kann trotz des Haftungsverlustes des Rades mit der Fahrbahn ein aktueller Reibwert im Modul 12 ermittelt werden.
Es ist offensichtlich, dass der aktuell ermittelte Reibwert nur für den Ort der Fahrbahnoberfläche zum Zeitpunkt des Bremsrucks zutrifft. Daher wird in einem nachfolgenden Modul 13 eine visuelle Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche mithilfe eines geeigneten Sensors vorgenommen, um anhand optischer Kriterien zu prüfen, ob die Fahrbahnbeschaffenheit bzw. Oberflächenbeschaffenheit nach dem Bremsruck gleich bleibt oder sich verändert. Dabei wird überprüft, ob sich das Bild der aktuellen Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn gegenüber der Oberflächenbeschaffenheit zu vorangegangenen Zeiten verändert hat oder gleich geblieben ist. Ist das Bild gleich geblieben, so kann von einer gleich bleibenden Oberflächenbeschaffenheit ausgegangen werden, so dass der aktuell mithilfe des Bremsrucks bestimmte Reibwert für den Manöverraum des zukünftigen Notmanövers verwendet werden kann. Ergibt dagegen die Bildauswertung eine Änderung, indem beispielsweise das Oberflächenbild Lichtspiegelungen und Reflexionen aufweist, die auf eine nasse vorausliegende Fahrbahn hindeuten, so ist bei der Planung des Notmanövers davon auszugehen, dass dieses mit einem geringeren als dem gemessenen Reibwert geplant werden muss. Zur Durchführung des Vergleichs des aktuellen Bildes der vorausliegenden Fahrbahn mit vergangenen Bildern der Fahrbahnoberfläche ist ein Speichermodul 15 vorgesehen, der zum Speichern und Bereitstellen von Bildern von Fahrbahnoberflächen zu vorangegangenen Zeiten dient.
Nachdem in dem Modul 13 die visuelle Prüfung der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnstrecke durchgeführt wurde, wird in dem Notmanöver-Modul 14 basierend auf der Reibwertschätzung des Moduls 12 und der visuellen Prüfung des Moduls 13 das Notmanöver geplant und durchgeführt, wie dies im Beispiel der 1 anhand eines Umfahrens eines Hindernisses 4 durch das Kraftfahrzeug 1 mittels eines durch die Trajektorie 5 gegebenen Ausweichmanövers dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Fahrbahn
3: Geschwindigkeit/Richtung
4: Hindernis
5: Ausweichtrajektorie
a_l: Längsverzögerung
n: Raddrehzahl
t: Zeit
10: Modul Situationserkennung
11: Modul Bremsruck
12: Modul Reibwertschätzung
13: Modul Visuelle Prüfung
14: Modul Notmanöver
15: Speichermodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/110030 A2 [0003]
DE 102011085984 A1 [0004]
DE 102009041566 A1 [0005]
DE 102012203673 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Schätzung des Reibwertes einer Fahrbahnoberfläche (2) zur Planung von Noteingriffen bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr für ein Kraftfahrzeug (1), gekennzeichnet durch die Schritte Erkennung einer kollisionsgefährdenden Verkehrssituation, Ausgeben einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges (1) durch einen vorgegebenen Bremsruck, Schätzung des aktuellen Reibwertes der Fahrbahn (2) basierend auf dem Bremsruck, Durchführen einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche beginnend mit dem Bremsruck, und Planung und Durchführung eines Notmanövers basierend auf dem aktuellen Reibwert und der visuellen Prüfung der Fahrbahnoberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausliegende Fahrbahnoberfläche (2) auf Änderungen gegenüber vergangenen Bildern der Fahrbahnoberfläche (2) überprüft wird und der aktuelle Reibwert zur Planung und Durchführung des Notmanöver für die einen Manöverraum für das Notmanöver bildende vorausliegende Fahrbahnoberfläche verwendet wird, wenn sich keine Änderung der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn ergibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausliegende Fahrbahnoberfläche (2) bei Änderungen gegenüber vergangenen Bildern der Fahrbahnoberfläche (2) auf reibwertvermindernde Einflüsse überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Planung des Notmanövers ein gegenüber dem aktuellen Reibwert verminderter Reibwert verwendet wird, wenn reibwertvermindernde Einflüsse erkannt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Bremsruck mit einem angestrebten Bremsruck verglichen wird und das Notmanöver zeitlich früher eingeleitet wird, wenn der gemessene Bremsruck gegenüber dem angestrebten Bremsruck abfällt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsruck eine Stärke aufweist, die dem Bremsvorgang des später angestrebten Notmanövers entspricht oder übersteigt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Fahrbahnoberfläche mit vermindertem Reibwert geschlossen wird, wenn die Scheibenwischeranlage des Kraftfahrzeugs (1) in Betrieb ist.
Vorrichtung zur Planung und Durchführung eines Notmanövers basierend auf einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Kraftfahrzeuges (1) mit einem vorausliegenden Hindernis (4), wobei die Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche eingerichtet und ausgelegt ist, mit einer Einrichtung zur Situationserkennung (10) und Ermittlung einer Kollisionsgefahr, einer Einrichtung (11) zur Warnung des Fahrers vor einer möglichen bevorstehenden Kollision durch einen Bremsruck, und einer Einrichtung (14) zur Durchführung eines Notmanövers, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter aufweist: eine Einrichtung (12) zur Schätzung des aktuellen Fahrbahnreibwertes basierend auf dem Bremsruck, und eine Einrichtung (13) zur Durchführung einer visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zur Durchführung der visuellen Prüfung der vorausliegenden Fahrbahnoberfläche eine Kamera ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Speicher (15) zur Speicherung von Bildern der Fahrbahnoberfläche aufweist.