DE102018107515A1

DE102018107515A1 - Virtueller Lenkweg

Info

Publication number: DE102018107515A1
Application number: DE102018107515.4A
Authority: DE
Inventors: Walter Joseph Talamonti; Steven Joseph Szwabowski
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-10-04
Also published as: GB201805228D0; GB2562376A

Abstract

Eine Rechenvorrichtung in einem Fahrzeug kann programmiert sein zum Bestimmen eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms, das ein Spurwechselmanöver beinhaltet, Aktualisieren des Virtueller-Lenkweg-Polynoms durch Steuern einer Fahrzeugtrajektorie und Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms. Der Computer ist ferner dazu programmiert, das Virtueller-Lenkweg-Polynom auf Grundlage der Fahrzeugtraj ektorie zu bestimmen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge können dazu ausgerüstet sein, sowohl in einem autonomen und vom Fahrzeugführer gesteuerten Modus zu arbeiten. Fahrzeuge können mit Rechenvorrichtungen, Netzwerken, Sensoren und Steuerungen ausgerüstet sein, um Informationen zur Umgebung des Fahrzeugs zu erhalten und das Fahrzeug auf Grundlage der Informationen zu führen. Eine Rechenvorrichtung kann ebenfalls mit Rechenvorrichtungen, Netzwerken, Sensoren und Steuerungen ausgerüstet sein, um Informationen zu Insassen des Fahrzeugs zu erhalten und das Fahrzeug auf Grundlage der Informationen zu führen. Fahrzeuge im autonomen Modus können Insassen die Möglichkeit bieten, Sitze umzustellen, um gesellig zu sein, Sitze zurückzuklappen, um zu schlafen oder Videobildschirme zu betrachten, ohne dass die Straße beobachtet werden muss.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs.
2 ist eine Darstellung einer beispielhaften Verkehrssituation.
3 ist eine Darstellung einer beispielhaften Verkehrssituation.
4 ist eine Darstellung zweier beispielhafter Verkehrssituationen.
5 ist eine Darstellung einer beispielhaften Verkehrssituation.
6 ist eine Darstellung einer beispielhaften Verkehrssituation.
7 ist eine Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuginneren mit einer Aufforderungsanzeige.
8 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
9 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
10 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
11 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
12 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
13 ist eine Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugaufforderungsanzeige.
14 ist eine Darstellung einer beispielhaften haptischen Ausgabe.
15 ist eine Darstellung beispielhafter Kurvendiagramme für Verkehrsdichte- und Toter-Winkel-Signale.
16 ist eine Darstellung eines beispielhaften Traktionskreises.
17 ist eine Darstellung einer Fahrzeuginneren mit einer Aufforderungs-Heads-up-Anzeige.
18 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Bereitstellen einer haptischen Ausgabe.
19 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Bereitstellen einer haptischen Ausgabe.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Fahrzeuge können dazu ausgerüstet sein, sowohl in einem autonomen und vom Fahrzeugführer gesteuerten Modus zu arbeiten. Mit einem halb- oder vollständig autonomen Modus ist ein Betriebsmodus gemeint, in dem ein Fahrzeug von einer Rechenvorrichtung als Teil eines Fahrzeuginformationssystems geführt werden kann, das Sensoren und Steuerungen aufweist. Das Fahrzeug kann bemannt oder unbemannt sein, aber in jedem Fall kann das Fahrzeug ohne Hilfe eines Insassen gesteuert werden. Zu Zwecken dieser Offenbarung ist ein autonomer Modus als ein Modus definiert, in dem ein jedes von einem Fahrzeugantrieb (z. B. über einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor), Bremsen und Lenken von einem oder mehreren Fahrzeugcomputern gesteuert werden; in einem halbautonomen Modus steuern der oder die Fahrzeugcomputer eines oder zwei von Fahrzeugantrieb, Bremsen und Lenken.
Fahrzeuge können mit Rechenvorrichtungen, Netzwerken, Sensoren und Steuerungen ausgerüstet sein, um das Fahrzeug zu führen und Karten der umgebenden realen, d. h. physischen, Welt einschließlich Merkmalen wie etwa Straßen zu bestimmen. Fahrzeuge können geführt und Karten können bestimmt werden, indem Verkehrszeichen in der umgebenden realen Welt gefunden und identifiziert werden. Mit Führen ist das Lenken der Bewegungen eines Fahrzeugs gemeint, um das Fahrzeug auf einer Straße oder einem anderen Wegabschnitt zu bewegen.
Offenbart wird ein Verfahren, umfassend Bestimmen eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms, das ein Spurwechselmanöver beinhaltet, Aktualisieren des Virtueller-Lenkweg-Polynoms durch Steuern einer Fahrzeugtrajektorie und Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms. Das Virtueller-Lenkweg-Polynom kann auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie bestimmt werden, wobei die Fahrzeugtrajektorie die Fahrzeugposition, Fahrzeugrichtung, Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Lateralbeschleunigung des Fahrzeugs und Longitudinalbeschleunigung des Fahrzeugs beinhaltet. Das Spurwechselmanöver kann auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie, Verkehr auf der benachbarten Spur und Beschränkungen der Lateralbeschleunigung bestimmt werden. Das Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms kann das Bestimmen beinhalten, wann das Spurwechselmanöver durchgeführt werden soll. Das Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms kann das Umschalten von einem Lenkwegpolynom, dem das Spurwechselmanöver fehlt, zu dem Virtueller-Lenkweg-Polynom beinhalten, das das Spurwechselmanöver beinhaltet.
Das Steuern der Trajektorie kann das Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage von Verkehr auf der benachbarten Spur beinhalten. Das Steuern der Trajektorie kann das Erhöhen oder Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit beinhalten. Die Trajektorie kann umgekehrt werden, wenn das Spurwechselmanöver abgebrochen wird. Das Virtueller-Lenkweg-Polynom kann auf Bezier-Kurven beruhen und das Virtueller-Lenkweg-Polynom kann auf Beschränkungen der Lateralbeschleunigung beruhen. Beschränkungen der Lateralbeschleunigung können auf Grundlage eines Reibungskreises bestimmt werden. Verkehr auf der benachbarten Spur kann durch die Verkehrsdichte auf der benachbarten Spur bestimmt werden. Wann das Spurwechselmanöver durchgeführt werden soll, kann auf einer Überlappung einer Insasseneingabe und des Lenkwegpolynoms und des Virtueller-Lenkweg-Polynoms beruhen und ähnliche Trajektorien vor dem Umschalten beinhalten.
Ferner wird ein computerlesbares Medium offenbart, das Programmanweisungen zum Ausführen einiger oder aller der vorstehenden Verfahrensschritte speichert. Ferner wird ein Computer offenbart, der zum Ausführen einiger oder aller der vorstehenden Verfahrensschritte programmiert ist, ein Computergerät beinhaltet und programmiert ist zum Bestimmen eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms, das ein Spurwechselmanöver beinhaltet, Aktualisieren des Virtueller-Lenkweg-Polynoms durch Steuern einer Fahrzeugtrajektorie und Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms. Der Computer kann ferner programmiert sein zum Bestimmen des Virtueller-Lenkweg-Polynoms auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie, wobei die Fahrzeugtrajektorie Fahrzeugposition, Fahrzeugrichtung, Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Lateralbeschleunigung des Fahrzeugs und Longitudinalbeschleunigung des Fahrzeugs beinhaltet.
Der Computer kann ferner programmiert sein zum Bestimmen des Spurwechselmanövers auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie, des Verkehrs auf der benachbarten Spur und Beschränkungen der Lateralbeschleunigung, und das Fahrzeug auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms führen, einschließlich durch Bestimmen, wann das Spurwechselmanöver durchgeführt werden soll. Der Computer kann ferner programmiert sein zum Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms, einschließlich durch Umschalten von einem Lenkwegpolynom, dem das Spurwechselmanöver fehlt, zu dem Virtueller-Lenkweg-Polynom, das das Spurwechselmanöver beinhaltet.
Der Computer kann ferner programmiert sein zum Steuern der Trajektorie einschließlich Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage des Verkehrs auf der benachbarten Spur, wobei das Steuern der Trajektorie das Erhöhen oder Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit beinhaltet. Der Computer kann ferner programmiert sein zum Umkehren der Trajektorie, wenn das Spurwechselmanöver abgebrochen wird, wobei das Virtueller-Lenkweg-Polynom auf Bezier-Kurven beruht und wobei das Virtueller-Lenkweg-Polynom auf Beschränkungen der Lateralbeschleunigung beruht.
1 ist eine Darstellung eines Fahrzeuginformationssystems 100, das ein Fahrzeug 110 beinhaltet, das in einem autonomen („autonom“ allein in dieser Offenbarung bedeutet „vollständig autonom“) und einem vom Fahrzeugführer gesteuerten Modus (auch als nicht autonomer Modus bezeichnet) gemäß offenbarten Implementierungen betreibbar ist. Das Fahrzeug 110 beinhaltet auch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen 115 zum Durchführen von Berechnungen zum Führen des Fahrzeugs 110 während des autonomen Betriebs. Die Rechenvorrichtungen 115 können Informationen zum Betrieb des Fahrzeugs von Sensoren 116 empfangen.
Die Rechenvorrichtung 115 beinhaltet einen Prozessor und einen Speicher, wie sie bekannt sind. Ferner beinhaltet der Speicher eine oder mehrere Formen von computerlesbaren Medien und speichert Anweisungen, die von dem Prozessor ausführbar sind, um verschiedene Betriebsvorgänge einschließlich der hierin offenbarten durchzuführen. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 Programmierung beinhalten, um ein oder mehrere von Bremsen, Antrieb (z. B. Steuerung der Beschleunigung im Fahrzeug 110 durch Steuern von einem oder mehreren von einem Verbrennungsmotor, Elektromotor, Hybridmotor usw.), Lenkung, Klimatisierung, Innen- und/oder Außenbeleuchtung des Fahrzeugs usw., und um zu bestimmen, ob und wann die Rechenvorrichtung 115, und nicht ein menschlicher Fahrzeugführer, die Vorgänge steuern soll.
Die Rechenvorrichtung 115 kann mehr als eine Rechenvorrichtung, z. B. Steuerungen oder dergleichen, die in dem Fahrzeug 110 enthalten sind, um verschiedene Fahrzeugkomponenten zu überwachen und/oder zu steuern, z. B. eine Antriebsstrangsteuerung 112, eine Bremssteuerung 113, eine Lenksteuerung 114, usw. beinhalten oder z. B. über einen Fahrzeugkommunikationsbus, wie nachstehend beschrieben, kommunizierend daran gekoppelt sein. Die Rechenvorrichtung 115 ist allgemein für Kommunikation über ein Fahrzeugkommunikationsnetzwerk wie etwa einen Bus im Fahrzeug 110 wie etwa ein CAN (controller area network) oder dergleichen vorgesehen; das Netzwerk des Fahrzeugs 110 kann einen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsmechanismus beinhalten, wie sie bekannt sind, z. B. Ethernet- oder andere Kommunikationsprotokolle.
Über das Fahrzeugnetzwerk kann die Rechenvorrichtung 115 Nachrichten an verschiedene Vorrichtungen im Fahrzeug übertragen und/oder Nachrichten von verschiedenen Vorrichtungen empfangen, z. B. Steuerungen, Aktoren, Sensoren usw., einschließlich der Sensoren 116. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk in Fällen, in denen die Rechenvorrichtung 115 tatsächlich mehrere Vorrichtungen umfasst, für Kommunikation zwischen Vorrichtungen verwendet werden, die in dieser Offenbarung als die Rechenvorrichtung 115 dargestellt sind. Wie unten erwähnt, können ferner verschiedene Steuerungen oder Messelemente über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk Daten an die Rechenvorrichtung 115 bereitstellen.
Außerdem kann die Rechenvorrichtung 115 dazu konfiguriert sein, durch eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur(vehicle-to-infrastructure, V-zu-I)-Schnittstelle 111 über ein Netzwerk 130, das, wie unten beschrieben, verschiedene drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerktechnologien verwenden kann, z. B. Funk-, BLUETOOTH®- und drahtgebundene und/oder drahtlose paketvermittelte Netzwerke, mit einem Remote-Servercomputer 120 zu kommunizieren, z. B. einem Clouldserver. Die Rechenvorrichtung 115 kann dazu konfiguriert sein, unter Verwendung von Fahrzeug-zu-Fahrzeug(vehicle-to-vehicle, V-zu-V)-Netzwerken, die auf Ad-hoc-Basis unter benachbarten Fahrzeugen 110 gebildet werden können oder durch infrastrukturbasierte Netzwerke gebildet werden können durch die V-zu-I-Schnittstelle 111 mit anderen Fahrzeugen 110 zu kommunizieren. Die Rechenvorrichtung 115 kann auch einen nicht flüchtigen Speicher beinhaltet, wie er bekannt ist. Die Rechenvorrichtung 115 kann Informationen protokollieren, indem sie die Informationen zum späteren Abrufen und Übertragen über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk und eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V-zu-I)-Schnittstelle 111 an einen Servercomputer 120 oder eine mobile Benutzervorrichtung 160 in nicht flüchtigem Speicher speichert.
Wie bereits erwähnt, ist in den im Speicher gespeicherten und von dem Prozessor der Rechenvorrichtung 115 ausgeführten Anweisungen Programmierung zum Betreiben von ein oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs 110, z. B. Bremsen, Lenken, Antrieb usw., ohne Eingreifen eines menschlichen Fahrzeugführers enthalten. Unter Verwendung von Daten in der Rechenvorrichtung 115, z. B. den Sensordaten von den Sensoren 116, dem Servercomputer 120 usw., kann die Rechenvorrichtung 115 verschiedene Bestimmungen vornehmen und/oder verschiedene Komponenten und/oder Betriebsvorgänge des Fahrzeugs 110 steuern, ohne dass ein Fahrer das Fahrzeug 110 bedient. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 Programmierung zum Regulieren des Betriebsverhaltens des Fahrzeugs 110 wie etwa Geschwindigkeit, Beschleunigung, Abbremsung, Lenken usw. sowie von taktischem Verhalten wie etwa Entfernung zwischen Fahrzeugen und/oder Zeit zwischen Fahrzeugen, Spurwechsel, Mindestabstand zwischen Fahrzeugen, Mindestwert für Linksabbiegen über den Fahrweg, Zeit bis zur Ankunft an einem bestimmten Ort und Mindestankunftszeit beim Überqueren einer Kreuzung (ohne Ampel) beinhalten.
Steuerungen im hier verwendeten Sinne beinhalten Rechenvorrichtungen, die in der Regel zum Steuern eines spezifischen Fahrzeugsubsystems programmiert sind. Zu Beispielen gehören eine Antriebsstrangsteuerung 112, eine Bremssteuerung 113 und eine Lenksteuerung 114. Eine Steuerung kann eine elektronische Steuereinheit (ECU) sein, wie sie bekannt ist, die möglicherweise weitere Programmierung wie hierin beschrieben beinhaltet. Die Steuerungen können kommunizierend mit der Rechenvorrichtung 115 verbunden sein und Anweisungen von dieser empfangen, um das Subsystem gemäß den Anweisungen zu betätigen. Beispielsweise kann die Bremssteuerung 113 Anweisungen von der Rechenvorrichtung 115 zu empfangen, um die Bremsen des Fahrzeugs 110 zu betätigen.
Die eine oder die mehreren Steuerungen 112, 113, 114 für das Fahrzeug 110 können bekannte elektronische Steuereinheiten (ECUs) oder dergleichen beinhalten, darunter als nicht einschränkende Beispiele, eine oder mehrere Antriebsstrangsteuerungen 112, eine oder mehrere Bremssteuerungen 113 und eine oder mehrere Lenksteuerungen 114. Jede der Steuerungen 112, 113, 114 kann jeweilige Prozessoren und Speicher und einen oder mehrere Aktoren beinhalten. Die Steuerungen 112, 113, 114 können programmiert und mit einem Kommunikationsbus des Fahrzeugs 110 verbunden sein, wie etwa einem CAN-Bus oder lokalen Zusammenschaltungsnetzwerk(local interconnect network - LIN)-Bus, um Anweisungen von dem Computer 115 zu empfangen und Aktoren auf Grundlage der Anweisungen zu steuern.
Die Sensoren 116 können verschiedene Vorrichtungen beinhalten, von denen bekannt ist, dass sie Daten über den Fahrzeugkommunikationsbus bereitstellen. Beispielsweise kann eine Radaranlage, die an einer vorderen Stoßstange (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 110 befestigt ist, eine Entfernung von dem Fahrzeug 110 bis zu einem nächsten Fahrzeug vor dem Fahrzeug 110 bereitstellen, oder ein GPS(global positioning system)-Sensor, der im Fahrzeug 110 angeordnet ist, kann geographische Koordinaten des Fahrzeugs 110 bereitstellen. Die Entfernung(en), die von der Radaranlage und/oder anderen Sensoren 116 bereitgestellt werden, und/oder die geographischen Koordinaten, die von dem GPS-Sensor bereitgestellt werden, können von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden, um das Fahrzeug 110 autonom oder halb autonom zu steuern.
Das Fahrzeug 110 ist allgemein ein landgestütztes autonomes Fahrzeug 110 mit drei oder mehr Rädern, z. B. ein Personenkraftwagen, Leichtlastwagen usw. Das Fahrzeug 110 beinhaltet einen oder mehrere Sensoren 116, die V-zu-I-Schnittstelle 111, die Rechenvorrichtung 115 und eine oder mehrere Steuerungen 112, 113, 114.
Die Sensoren 116 können dazu programmiert sein, Daten im Zusammenhang mit dem Fahrzeug 110 und die Umwelt zu sammeln, in der das Fahrzeug 110 betrieben wird. Als Beispiel und nicht einschränkend können die Sensoren 116 z. B. Höhenmesser, Kameras, LIDAR, Radar, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren, Drucksensoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Temperatursensoren, Drucksensoren, Hall-Sensoren, optische Sensoren, Spannungssensoren, Stromsensoren, mechanische Sensoren wie etwa Schalter usw. beinhalten. Die Sensoren 116 können zum Erfassen der Umgebung verwendet werden, in der das Fahrzeug 110 betrieben wird, etwa der Wetterbedingungen, des Straßengefälles, der Position einer Straße oder der Positionen benachbarter Fahrzeuge 110. Die Sensoren 116 können ferner zum Sammeln von Daten verwendet werden, darunter dynamische Daten des Fahrzeugs 110 im Zusammenhang mit Betriebsvorgängen des Fahrzeugs 110 wie etwa Geschwindigkeit, Gierrate, Lenkwinkel, Motordrehzahl, Bremsdruck, Öldruck, an die Steuerungen 112, 113, 114 im Fahrzeug 110 angelegter Leistungspegel, Konnektivität zwischen Komponenten und elektrischer und logischer Zustand des Fahrzeugs 110.
2 ist eine Darstellung einer Verkehrssituation 200, wobei ein Fahrzeug 110 auf einer Fahrspur 206 auf einer Straße fährt, die durch eine rechte Spurmarkierung 208 und einen Spurbegrenzungsstreifen 210 definiert ist. Wie oben im Zusammenhang mit 1 erörtert, kann die Rechenvorrichtung 115 im Fahrzeug 110 eine Trajektorie des Fahrzeugs 110 bestimmen, darunter Position, Geschwindigkeit, Richtung, Lateral- Beschleunigung und Longitudinalbeschleunigung, wobei die Position durch X-, Y-Koordinaten in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer tragenden Straße dargestellt ist, Geschwindigkeit und Richtung in der X-, Y-Ebene gemessen werden und Lateral- und Longitudinalbeschleunigung in Bezug auf Richtungen senkrecht bzw. parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 110 in der X-, Y-Ebene definiert sind. Position, Geschwindigkeit, Richtung sowie Lateral- und Longitudinalbeschleunigung können von der Rechenvorrichtung 115 beispielsweise über die Sensoren 116 oder beispielsweise über Kartendaten bestimmt werden, die beispielsweise über die V-zu-I-Schnittstelle 111 heruntergeladen werden. Die Rechenvorrichtung 115 kann auch ein Lenkwegpolynom 214 bestimmen, um künftige Trajektorien des Fahrzeugs 110 in der X-, Y-Ebene auf Grundlage der aktuellen Trajektorie des Fahrzeugs 110 vorherzusagen. Das Lenkwegpolynom 214 in der Verkehrssituation 200 stellt den Positionsanteil der Trajektorien des Fahrzeugs 110 in künftigen Zeitspannen dar. Für jede Position des Fahrzeugs 110 im Lenkwegpolynom 214 kann die Rechenvorrichtung 115 Geschwindigkeit, Richtung sowie Lateral- und Longitudinalbeschleunigung vorhersagen, um die Trajektorien des Fahrzeugs 110 auf künftigen Zeitschritten vorherzusagen, die durch das Lenkwegpolynom 214 dargestellt werden. In diesem Fall können Zeitschritte beispielsweise nur wenige 100 Millisekunden betragen, so dass das Lenkwegpolynom 214 beispielsweise zehnmal pro Sekunde aktualisiert werden kann.
Ein Lenkwegpolynom 214 ist eine Reihe aus n verbundenen Punkten in der X-, Y-Ebene, die vorhergesagte Traj ektorien des Fahrzeugs 110 bei n künftigen Zeitschritten beinhalten. Die n verbundenen Punkte werden durch eine ganzrationale Funktion in der X-, Y-Ebene bestimmt, wobei die X-, Y-Achsen durch die Richtung des Fahrzeugs 110 bestimmt werden, wobei beispielsweise die X-Richtung parallel zur Fahrtrichtung ist und die Y-Richtung rechtwinklig zur Fahrtrichtung ist. Die Tschebyscheff-Ungleichung besagt, dass n Punkte durch ein Polynom (n-1)-ten Grades genau dargestellt werden können. In diesem Fall können n Punkte, wobei n eine große Zahl größer als beispielsweise 100 sein kann, durch ein Polynom k-ten Grades dargestellt werden, wobei k in diesem Fall beispielsweise eine Zahl kleiner oder gleich 3 sein kann. Die n verbundenen Punkte in einem Lenkwegpolynom 214 können durch eine ganzrationale Funktion in X und Y k-ten Grades oder weniger dargestellt werden. Beispielsweise kann ein Lenkwegpolynom 214 10 Sekunden verstrichener Zeit darstellen und mit 100 Millisekunden/Abtastung oder 10 Hz abgetastet werden, was n = 100 Abtastungspunkte ergibt. In diesem Beispiel können die n = 100 Abtastungspunkte im Lenkwegpolynom 214 durch eine ganzrationale Funktion in X und Y dritten Grades oder weniger dargestellt werden, in diesem Fall ersten Grades, da das Lenkwegpolynom 214 durch eine Gerade dargestellt werden kann.
Die ganzrationale Funktion in X und Y k-ten Grades oder weniger, die das Lenkwegpolynom 214 darstellt, kann eine oder mehrere Bezier-Kurven beinhalten. Bezier-Kurven sind ganzrationale Funktionen k-ten Grades oder weniger, die jeweils eine disjunkte Untergruppe der n Punkte darstellen und gemeinsam den gesamten Satz von n Punkten darstellen. Bezier-Kurven können als kontinuierlich differenzierbar eingeschränkt werden und weisen Beschränkungen oder Begrenzungen hinsichtlich zulässiger Ableitungen ohne Diskontinuitäten auf, z. B. Begrenzungen hinsichtlich der Veränderungsrate. Bezier-Kurven können auch so eingeschränkt werden, dass sie an Grenzen mit Ableitungen anderer Bezier-Kurven übereinstimmen, was glatte Übergänge zwischen Untergruppen bereitstellt. Beschränkungen für Bezier-Kurven können ein Wegpolynom zu einem Lenkwegpolynom 214 machen, indem die Raten der Longitudinal- und Lateralbeschleunigung begrenzt werden, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug auf dem Lenkwegpolynom 214 zu führen, wobei Bremsmoment und Antriebsstrangdrehmoment als positive und negative Longitudinalbeschleunigung angewandt werden und Lenkmoment im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn als linke und rechte Lateralbeschleunigung angewandt werden. Durch Bestimmen der Lateral- und der Longitudinalbeschleunigung zum Erreichen vorgegebener Sollwerte innerhalb vorgegebener Beschränkungen innerhalb vorgegebener Anzahlen von Zeitspannen kann das Lenkwegpolynom 214 von der Rechenvorrichtung verwendet werden, um ein Lenkwegpolynom 214 zu bestimmen, mit dem das Fahrzeug 110 sicher und komfortabel geführt werden kann.
Die Rechenvorrichtung 115 kann ein Lenkwegpolynom 214 bestimmen, um künftige Trajektorien des Fahrzeugs 110 vorherzusagen, und das Lenkwegpolynom 214 aktualisieren, während das Fahrzeug 110 auf dem Lenkwegpolynom 214 geführt wird, indem eine Trajektorie des Fahrzeugs 110 aktualisiert wird, um eine aktualisierte Position, Geschwindigkeit und Richtung sowie Lateral- und Longitudinalbeschleunigung zu bestimmen, und die aktualisierte Position, Geschwindigkeit und Richtung mit der vorhergesagten Position, Geschwindigkeit, Richtung sowie Lateral- und Longitudinalbeschleunigung aus dem Lenkwegpolynom 214 verglichen wird. Die Rechenvorrichtung 115 kann diesen Vergleich zwischen der aktualisierten Trajektorie des Fahrzeugs 110 und der vorhergesagten Trajektorie in steuertheoretischen Berechnungen verwenden, um Ausgaben an die Steuerungen 112, 113, 114 zu bestimmen, die die Trajektorie des Fahrzeugs 110 steuern können, um beispielsweise die Differenz zwischen einer aktualisierten Trajektorie und einem Lenkwegpolynom 214 bei künftigen Zeitschritten zu reduzieren. Das Aktualisieren der Ausgaben des Fahrzeugs 110 an die Steuerungen 112, 113, 114 in Reaktion auf die Ergebnisse der steuertheoretischen Berechnungen ist im autonomen und halbautonomen (unterstützten) Führungsmodus des Fahrzeugs 110 enthalten, wie oben im Zusammenhang mit 1 erörtert.
Steuertheoretischen Berechnungen sind Berechnungen, die Fehlersignale auf Grundlage eines steuerbaren Prozesses bestimmen (z. B. Steuern der Trajektorie des Fahrzeugs 110), die Fehlersignale in Berechnungen einsetzen und Steuersignale zum Steuern des Prozesses (Trajektorie des Fahrzeugs 110) ausgeben können, die künftige Fehlersignale reduzieren können. Steuertheoretische Berechnungen können so erstellt werden, dass trotz unerwünschter oder externer Eingangssignalvariation einschließlich beispielsweise Signalrauschen stabile Ausgaben erzeugt werden. Beispiele von steuertheoretischen Berechnungen, die zum Erzielen stabiler Ausgaben verwendet werden können, sind Zeitreihenfilter wie etwa Kalman-Filter, die Ausgabevariation durch das Filtern von Eingangssignalen mit einem Zeitreihenfilter reduzieren können. Zeitreihenfilter können mehrere Abtastungen eines Eingangssignals verwenden, die über mehrere Zeitschritte hinweg abgetastet wurden, um eine einzelne Ausgabeabtastung zu bilden. Dies führt dazu, dass steuertheoretische Berechnungen mehrere Zeitschritte benötigen, um genügend Abtastungen zu erzielen, um eine zuverlässige Ausgabeabtastung bereitzustellen, wobei eine zuverlässige Ausgabeabtastung als eine Ausgabeabtastung definiert ist, die innerhalb vorgegebener Grenzen mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,99 % richtig ist. Dies kann eine Verzögerung beim Erzeugen zuverlässiger Ausgabeabtastungen zu Beginn einer neuen steuertheoretischen Berechnung erzeugen, beispielsweise zu Beginn der Bestimmung eines neuen Lenkwegpolynom 214.
In der Verkehrssituation 200, in der Trajektorien des Fahrzeugs 110 durch das Lenkwegpolynom 214 dargestellt sind, kann die Rechenvorrichtung 115 bestimmen, dass das Fahrzeug 110 einen Anhalteabstand d von einem abgestellten zweiten Fahrzeug 204 an einem Zeitpunkt bis zum Aufprall t_c erreicht, der die Zeit zum Zurücklegen der Aufprallstrecke X₀ bei der aktuellen Trajektorie bis zum Erreichen des Anhalteabstands d von dem abgestellten zweiten Fahrzeug 204 ist, wobei das Fahrzeug 110 in diesem Abstand abgebremst werden muss, um einen Aufprall zu vermeiden. Die Rechenvorrichtung 115 kann dazu programmiert sein, zu bestimmen, dass sich das Fahrzeug 110 einem Anhalteabstand d von einem abgestellten zweiten Fahrzeug 110 nähert, und wenn ein Insasse die Absicht angibt, anzuhalten, den Insassen beim Anhalten des Fahrzeugs 110 auf dem Lenkwegpolynom 214 kurz vor dem Anhalteabstand d von einem abgestellten zweiten Fahrzeug 204 zu unterstützen. Ein Insasse kann die Absicht, anzuhalten, beispielsweise durch Betätigen eines Bremspedals angeben. Sobald der Insasse die Absicht angibt, anzuhalten, indem er das Bremspedal betätigt, kann die Rechenvorrichtung über die Steuerungen 112, 113, 114 Befehle senden, um das Fahrzeug 110 an einer Position sicher und komfortabel kurz vor dem Anhalteabstand d von einem abgestellten zweiten Fahrzeug 204 anzuhalten, beispielsweise ungeachtet des Maßes und der Dauer der Bremspedalbetätigung durch den Insassen.
In anderen Fällen kann das Fahrzeug 204 auf der Fahrspur 206 auf einer Trajektorie geführt werden, wobei die Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 204 geringer als die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 ist. Anstatt zu bremsen, um hinter dem zweiten Fahrzeug 204 anzuhalten, kann die Rechenvorrichtung 115 im Fahrzeug 110 die Trajektorie des Fahrzeugs 110 so anpassen, dass das Fahrzeug 110 in einem Abstand d vom zweiten Fahrzeug 204 positioniert wird, der der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 204 entspricht, um eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug 204 und dem zweiten Fahrzeug 204 von wenigstens dem Abstand d beizubehalten. Das Führen eines Fahrzeugs in dieser Weise kann ein Betriebsmodus eines adaptiven Geschwindigkeitssteuerprogramms in der Rechenvorrichtung 115 sein.
Zusätzlich zu dem oder anstelle des Abbremsens des Fahrzeugs 110, so dass es anhält, oder Anpassens der Geschwindigkeit auf das zweite Fahrzeug 204 kann die Rechenvorrichtung 115 eine Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 bestimmen, um das Fahrzeug 110 auf eine benachbarte Spur 220 zu lenken, ohne zu bremsen und anzuhalten. In einigen Fällen kann die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 110 so steuern, dass es eine konstante Geschwindigkeit beibehält. In diesen Fällen kann die Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 beispielsweise Lenkwege darstellen, die nicht verlangen, dass das Fahrzeug 110 die Geschwindigkeit reduziert. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Rechenvorrichtung 115 einen Insassen unterstützt, indem sie die Steuerungen 112, 113, 114 anweist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 auf einem vom Insassen ausgewählten Wert zu halten, z. B. adaptive Geschwindigkeitssteuerung oder „Geschwindigkeitsregelung“, einschließlich des Ausführens von Spurwechselmanövern.
Die Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 ist durch die Ellipse zwischen den gestrichelten Linien dargestellt, die die Virtueller-Lenkweg-Polynome 216, 218 darstellen. Der Bereich, der durch die Vielzahl der Virtueller-Lenkweg-Polynome 216, 218 eingeschlossen ist, umfasst einen sicheren Fahrbereich 228. Die Vielzahl der Virtueller-Lenkweg-Polynome 216, 218 beruhen darauf, dass die Rechenvorrichtung 115 bestimmt, dass Verkehr auf der benachbarten Spur 220, der durch die linke Spurmarkierung 222 und einen Spurbegrenzungsstreifen 210 definiert ist, es der Rechenvorrichtung 115 oder dem Insasse zu gestatten, das Fahrzeug 110 zum sicheren und komfortablen Ausführen eines Spurwechselmanövers zu führen, da die Rechenvorrichtung die Virtueller-Weg-Polynome 216, 218 auf Grundlage vorgegebener Sollwerte und Beschränkungen der Lateral- und Longitudinalbeschleunigung bestimmt. Verkehr auf der benachbarten Spur und das Bestimmen, wann ein Spurwechselmanöver ausgeführt werden kann, werden im Zusammenhang mit 15 erörtert.
Die Virtueller-Weg-Polynome 216, 218 können von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden, um das Fahrzeug 110 zum Ausführen eines Spurwechselmanövers zu führen, wobei die Trajektorie des Fahrzeugs 110 vom Lenkwegpolynom 214 zu einer Trajektorie in einem Spurbreitenabstand Y₀ von der Fahrspur 206 auf die benachbarte Fahrspur 220 wechseln kann, während Verkehr auf der benachbarten Spur, der ein drittes Fahrzeug 224 und ein viertes Fahrzeug 226 beinhaltet, vermieden wird. Die Virtueller-Weg-Polynome 216, 218 können von der Rechenvorrichtung 115 auch verwendet werden, um den Insassen aufzufordern, ein Spurwechselmanöver auszuführen, wie in 7-13 gezeigt.
Die Virtueller-Weg-Polynome 216, 218 können auch verwendet werden, um den Insassen aufzufordern, eine Absicht einzugeben, ein Spurwechselmanöver auszuführen. Ein Insasse kann eine Absicht eingeben, ein Spurwechselmanöver auszuführen, indem er beispielsweise ein Lenkmoment auf ein Lenkrad 704 in der beabsichtigten Lenkrichtung ausübt. Die Rechenvorrichtung 115 kann die Absicht eines Insassen bestimmen und ein Spurwechselmanöver auf Grundlage der Insasseneingabe ausführen, die als Moment auf ein Lenkrad ausgeübt wird. Die Rechenvorrichtung 115 kann einen Insasse auffordern und Spurwechselmanöver ausführen, einschließlich der Aktualisierung von Aufforderungen und Spurwechselmanöver, während das Fahrzeug 110 im autonomen Modus, vom Insassen geführten Modus oder Insassenunterstützungs- (halbautonomen) Modus geführt wird, einschließlich der Verwendung adaptiver Geschwindigkeitssteuerung, wobei die Rechenvorrichtung 115 dazu programmiert sein kann eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit beizubehalten, solange Verkehrs- und Straßenbedingungen dies zulassen.
15 ist eine Darstellung mit vier Kurvendiagrammen, darunter ein Toter-Winkel-Signal der linken Spur 1500 (BLIS), eine Verkehrsdichte der linken Spur 1504 (DENSITY), ein Toter-Winkel-Signal der rechten Spur 1502 (BLIS) und eine Verkehrsdichte der rechten Spur 1506 (DENSITY). Die Rechenvorrichtung 115 in Fahrzeug 110 kann Daten von den Sensoren 116, die Videosensoren, LIDAR-Sensoren, Radarsensoren und Ultraschallsensoren beinhalten, verwenden, um die Verkehrsdichte 1504, 1508 für den Fahrzeugverkehr auf der linken und rechten benachbarten Fahrspur zu bestimmen, beispielsweise für das dritte Fahrzeug 224 und das vierte Fahrzeug 226 auf der benachbarten Spur 220. Die Rechenvorrichtung 115 kann die Daten der Sensoren 116 verwenden, um Trajektorien von Fahrzeugverkehr auf der benachbarten Spur in Bereichen der benachbarten Spuren zu bestimmen, die als „tote Winkel“ bekannt sind. Tote Winkel sind Bereiche benachbarter Spuren, die nicht in den Rückspiegeln oder hinteren Videosensoren des Fahrzeugs 110 oder im Blickfeld des Insassen sichtbar sind und in denen Fahrzeugverkehr vorliegen kann.
Die Verkehrsdichte der linken Spur 1504 und die Verkehrsdichte der rechten Spur 1506 zeichnen ein Maß der Verkehrsdichte der linken Spur 1508 und der Verkehrsdichte der rechten Spur 1510 in Gegenüberstellung zur Zeit in Sekunden. Die Verkehrsdichte der linken Spur 1508 und die Verkehrsdichte der rechten Spur 1510 werden durch Kombinieren bestimmter Trajektorien für Fahrzeuge auf benachbarten Spuren bestimmt, um die Gesamtverkehrsdichte auf benachbarten Spuren zu bestimmen. Das Toter-Winkel-Signal der linken Spur 1502 und das Toter-Winkel-Signal der rechten Spur 1504 zeichnen ein Maß des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Fahrzeugs in einem toten Winkel. Das Toter-Winkel-Signal der linken Spur 1516 und das Toter-Winkel-Signal der rechten Spur 1524 sind Ausgaben, die gleich 1 sind, wenn auf Grundlage des Signals zur Verkehrsdichte der linken Spur 1508 bzw. zur Verkehrsdichte der rechten Spur 1510 bestimmt wird, dass sich ein Fahrzeug in einem toten Winkel auf einer benachbarten Spur befindet, und 0 sind, wenn bestimmt wird, dass sich kein Fahrzeug in einem toten Winkel auf einer benachbarten Spur befindet. Das Toter-Winkel-Signal der linken Spur 1516 und das Toter-Winkel-Signal der rechten Spur 1518 können beispielsweise zum Aktivieren von Warnlichtern am linken und rechten Rückspiegel an den Fahrzeugen 110 verwendet werden.
Die Kurvendiagramme für die Verkehrsdichte der linken Spur 1504 und die Verkehrsdichte der rechten Spur 1506 beinhalten auch Linien 1512, 1514, die angeben, wann die Verkehrsdichte 1508, 1510 gering genug ist, um das Ausführen eines Spurwechselmanövers zuzulassen. Dies wird durch schattierte Bereiche 1520, 1522, 1526, 1528, 1530 angegeben, die Zeitspannen zulässiger Verkehrsdichte für Spurwechselmanöver für die benachbarte linke und rechte Spur zeigen. Die Rechenvorrichtung 115 kann diese Informationen beispielsweise verwenden, um in Verkehrssituation 200 Punkte p1 und p2 zu bestimmen, wobei auf Grundlage der Richtung des Spurwechselmanövers bestimmt werden kann, dass die durch den Abstand zwischen den Punkten p1 und p2 dargestellte Zeitspanne für die geeignete benachbarte Spur vollständig im schattierten Bereich 1520, 1522, 1526, 1528, 1530 liegt.
Die Zeitspannen, die durch die schattierten Bereiche 1520, 1522, 1526, 1528, 1530 dargestellt werden, sind Zeitspannen, in denen es möglich ist, ein Spurwechselmanöver auszuführen, doch aufgrund von Differenzen auf der Fahrspur im Zusammenhang mit einer benachbarten Fahrspur 220 relativ zu einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 206 können einige Teile der schattierten Bereiche 1520, 1522, 1526, 1528, 1530 für Spurwechselmanöver ungeeignet sein. Die Rechenvorrichtung 115 kann beispielsweise die Fahrspurgeschwindigkeit für eine benachbarte Spur 220 relativ zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 bestimmen und kann bestimmen, wann Spurwechselmanöver ausgeführt werden können, während die Beschränkungen zur Lateral- und Longitudinalbeschleunigung und rechtliche Beschränkungen zum Spurwechsel auf Grundlage von Spurmarkierungen einschließlich der Spurbegrenzungsstreifen 210 eingehalten werden. Spurmarkierungen können von der Rechenvorrichtung 115 beispielsweise mithilfe von Videosensoren im Fahrzeug 110 bestimmt werden, um zu bestimmen, wann es einem Fahrzeug 110 erlaubt werden kann, ein Spurwechselmanöver auszuführen, indem beispielsweise eine Anzahl (einzeln oder doppelt), Farbe (gelb oder weiß) und Konfiguration (durchgezogen oder unterbrochen) des Spurbegrenzungsstreifens 210 bestimmt wird. Es sei angemerkt, dass benachbarte Fahrspuren links und rechts von einer aktuellen Fahrspur 206 liegen können und dass die Verkehrsgeschwindigkeit auf benachbarten Fahrspuren höher oder geringer als die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 sein kann, wobei die Fahrspurgeschwindigkeit in der Regel auf linken benachbarten Fahrspuren höher und auf rechten benachbarten Fahrspuren geringer ist.
Die Fahrspurgeschwindigkeit für benachbarte Spuren kann beispielsweise durch die Ein/Aus-Frequenz des Toter-Winkel-Signals der linken Spur 1516 und des Toter-Winkel-Signals der rechten Spur 1518 bestimmt werden. Die Rechenvorrichtung 115 kann bestimmen, dass Spurwechselmanöver ausgeführt werden können, indem sie bestimmt, wann eine konstante Differenz zwischen der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 und der Fahrspurgeschwindigkeit für eine benachbarte Spur für ein vorgegebenes Intervall konstant ist. Die Rechenvorrichtung 115 kann auch Daten von einem Alarmsensor für kreuzenden Verkehr eingeben, der einen Insassen warnt, wenn sich Verkehr von hinten nähert. Sensoren für kreuzenden Verkehr können einen Insassen warnen, wenn sich Verkehr rechtwinklig zur Rückseite des Fahrzeugs 110 nähert, und werden in der Regel betrieben, wenn das Fahrzeug 110 im Rückwärtsgang ist. Sensoren für kreuzenden Verkehr können verwendet werden, um andere Fahrzeuge zu erkennen, die sich dem toten Winkel eines Fahrzeugs nähern, und zu bestimmen, ob es sich auf der rechten Spur oder linken Spur befindet. Dieses Signal kann mit dem Toter-Winkel-Signal der rechten Spur 1518 und dem Toter-Winkel-Signal der linken Spur 1516 kombiniert werden, um zu bestimmen, wann Spurwechselmanöver auszuführen sind.
Die Rechenvorrichtung 115 kann die Informationen zur Verkehrsdichte auf der benachbarten Spur, Geschwindigkeit des Verkehrs auf der benachbarten Spur und der Sensoren für kreuzenden Verkehr mit Informationen von anderen Sensoren 116 kombinieren, darunter beispielsweise Videosensoren, Radarsensoren und LIDAR-Sensoren, um die optimale Zeit zum Ausführen von Spurwechselmanövern zu bestimmen. Die Rechenvorrichtung 115 kann einem Insassen mithilfe von Aufforderungen empfohlene Zeitspannen zum Ausführen von Spurwechselmanövern anzeigen. Aufforderungen sind optische, akustische oder haptische (auf Berührung basierende) Ausgaben an einen Insassen eines Fahrzeug 110, um ein Führungsverhalten durch den Insassen zu bewirken.
Aufforderungen können Insassen präsentiert werden, um Spurwechselmanöver zu empfehlen, darunter beispielsweise eine haptische Ausgabe, die über ein Lenkrad 704, 1700 abgegeben wird, wie in 7 und 17 gezeigt, variierenden Stufen wahrgenommener Dringlichkeit, wie im Zusammenhang mit 14 erörtert, Anzeigeaufforderungen wie im Zusammenhang mit 7-13 erörtert und akustische Alarme, die akustische Hinweise variierender Lautstärke und Stufen wahrgenommener Dringlichkeit, darunter synthetische menschliche Stimmen mit Warnsätzen. Die wahrgenommene Dringlichkeit kann als die Stufe der Dringlichkeit definiert sein, die von einem Insassen eines Fahrzeugs 110 in Reaktion auf eine Aufforderung wahrgenommen wird, die über Anzeigeaufforderungen, haptische Ausgabe oder akustische Hinweise abgegeben wird. Die wahrgenommene Dringlichkeit kann beispielsweise mit einer Häufigkeit, einer Lautstärke, einer Kraft, einem Muster, einer Größe oder einer Farbe in Zusammenhang stehen und kann durch psychophysische Versuche mittels Fahrsimulation bestimmt werden.
Den Insassen eines Fahrzeugs 110 präsentierte Aufforderung zu Spurwechselmanövern wie oben erörtert können aktualisiert werden, um beispielsweise Veränderungen des Fahrzeugverkehrs oder der Straßenbedingungen zu reflektieren, die die Verfügbarkeit der Virtueller-Lenkweg-Polynome verändern. Die Aufforderungen können auch aktualisiert werden, um eine Insasseneingabe in Reaktion auf die Aufforderung zu reflektieren, darunter das Abbrechen der Aufforderung, wenn der Insasse nicht innerhalb einer bestimmten Zeitgrenze darauf reagiert. Die Rechenvorrichtung 115 kann die Reaktionen eines Insassen auf verschiedene Aufforderungen aufzeichnen und die Reaktionen in nichtflüchtigem Speicher speichern. Die aufgezeichneten Reaktionsinformationen können zum Bilden eines Insassenprofils verwendet werden, das verwendet werden kann, um zu bestimmen, welche Aufforderungen die Rechenvorrichtung 115 dem Insassen künftig anzeigen kann.
Zurückkehrend zu 2 wird die Verkehrssituation 200 bei einem aktuellen Zeitschritt dargestellt, bei dem die Rechenvorrichtung 115 eine Zeit bis zu einem Aufprall t_c als gleich die Zeit bestimmt hat, die das Fahrzeug 110 benötigt, um die Aufprallstrecke X₀ bei der aktuellen Trajektorie zurückzulegen, bis es den Anhalteabstand d vom abgestellten Fahrzeug 204 erreicht. Die Rechenvorrichtung 115 kann eine geschätzte Insassenreaktionszeit t_RT bestimmen, die beispielsweise die Zeit sein kann, die ein Insasse benötigt, um auf eine Aufforderung zu reagieren. Insassenaufforderungen werden nachstehend im Zusammenhang mit 7-13 erörtert. Die geschätzte Insassenreaktionszeit t_RT ist in der Verkehrssituation 200 durch die Strecke RT dargestellt, die das Fahrzeug 110 während dieser Zeit bei der aktuellen Geschwindigkeit V₀ zurücklegt. In der Verkehrssituation 200 kann die erste Gelegenheit des Fahrzeugs 110 zum Ausführen eines Spurwechselmanövers dann sein, wenn das Fahrzeug 110 die Strecke RT zurückgelegt und Punkt p1 erreicht hat, da der durchschnittliche Insasse so viel Zeit benötigt, um auf eine angezeigte Aufforderung zu reagieren. Die Rechenvorrichtung 115 kann eine Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 bestimmen, die an Punkt p0 beginnen und ausgehend von Punkt p1 von dem Lenkwegpolynom 214 abweichen und anschließend von den Punkten auf dem Lenkwegpolynom 214 bis Punkt p2 abweichen, der durch die Manövrierstrecke X_m dargestellt wird. Die Manövrierstrecke X_m ist die Strecke, die das Fahrzeug 110 während der Manövrierzeit t_m bei der aktuellen Geschwindigkeit V₀ zurücklegen kann. Die Virtueller-Lenkweg-Polynome 216, 218 und der Bereich zwischen ihnen schließen einen sicheren Fahrbereich 228 für das Fahrzeug 110 ein.
Der sichere Fahrbereich 228 ist ein Bereich, in dem die Rechenvorrichtung 115 ein Fahrzeug 110 zum sicheren und komfortablen Ausführen eines Spurwechselmanövers führen kann, das durch eins der Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 dargestellt wird, wenn bestimmt wird, dass der Insasse die Absicht hat, ein Spurwechselmanöver in Reaktion auf eine Aufforderung auszuführen. Die Rechenvorrichtung 115 kann bestimmen, dass ein Insasse beabsichtigt, ein Spurwechselmanöver auszuführen, indem sie beispielsweise eine Eingabe von einem Lenkrad empfängt, die angibt, dass der Insasse nach links oder rechts zu schwenken beabsichtigt, indem er das Lenkrad im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Wenn wie oben erörtert bestimmt wird, dass der Insasse beabsichtigt, ein Spurwechselmanöver auszuführen, kann die Rechenvorrichtung 115, wenn sich das Fahrzeug 110 zwischen den Punkten p1 und p2 auf dem Lenkwegpolynom 214 befindet, eine Führungsunterstützung durchführen und die Steuerungen 112, 113, 114 anweisen, das Fahrzeug 110 auf eins der Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 216, 218 zu lenken. In Fällen, in denen der Insasse nicht angibt, dass ein Spurwechselmanöver ausgeführt werden soll kann die Rechenvorrichtung 115, nachdem die Manövrierzeit t_m an Punktp2 abgelaufen ist und das Fahrzeug 110 in die Anhaltezeit t_s, die zum sicheren und komfortablen Abbremsen des Fahrzeugs 110, um in einem Anhalteabstand X_s anzuhalten, eintritt, das Führen des Fahrzeugs 110 unterstützen, indem sie bremst und anhält, bevor der Anhalteabstand d erreicht wird.
Die Virtueller-Lenkweg-Polynome 216, 218 sind Lenkwegpolynome 216, 218, die von der Rechenvorrichtung 115 in steuertheoretischen Berechnungen verwendet werden können, um das Fahrzeug 110 von einer aktuellen Fahrspur 206 auf eine benachbarte Fahrspur 220 zu führen, aber aktuell nicht von der Rechenvorrichtung 115 zum Führen des Fahrzeugs 110 verwendet werden. Wenn zu einem Zeitpunkt während der Manövrierzeit t_m die Absicht eines Insassen zum Ausführen eines Spurwechselmanövers in Reaktion auf eine Aufforderung bestimmt wird, kann die Rechenvorrichtung eine Umschaltung von der Durchführung steuertheoretischer Berechnungen zum Steuern des Fahrzeugs 110 auf Grundlage des Lenkwegpolynoms 214 auf die Durchführung steuertheoretischer Berechnungen zum Steuern des Fahrzeugs 110 auf Grundlage der Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 214, 216 durchführen. Das Aufrufen der steuertheoretischen Berechnungen kann mehrere Zeitspannen benötigen, um Abtastungen auszugeben, wie oben erörtert, die Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 214, 216 beginnt jeweils mit einer Vielzahl gemeinsamer Fahrzeugtrajektorienwerte mit Lenkwegpolynomen 214. Wenn die Umschaltung stattfindet, können die steuertheoretischen Berechnungen auf diese Weise auf denselben Fahrzeugtrajektorienwerten beruhen, und es können zuverlässige Abtastungen ausgegeben werden, die nicht durch die Umschaltung unterbrochen werden. Das zur Umschaltung ausgewählte Virtueller-Lenkweg-Polynom 214, 216 kann ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 214, 216 sein, das in Bezug auf das Lenkwegpolynom 214 weit genug in der Zukunft liegt, damit die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 110 sicher und komfortabel zum Ausführen des Spurwechselmanövers führen kann, indem sie das Fahrzeug 110 auf Grundlage des Virtueller-Weg-Polynoms 214, 216 steuert.
3 ist eine Darstellung einer Verkehrssituation 300, wobei ein Fahrzeug 110 auf Grundlage eines Lenkwegpolynoms 314 auf einer Fahrspur 306 geführt wird, die durch eine rechte Seitenmarkierung 308 und eine Spurmarkierung 310 definiert ist. Die Verkehrssituation 300 beinhaltet ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 316, das dazu definiert ist, an einem Punkt p0 zu beginnen, so dass es für einige Zeit mit einem Lenkwegpolynom 314 übereinstimmt, und dann bei Punkt p1 vom Lenkwegpolynom 314 abzuweichen und mit einer Trajektorie des Fahrzeugs 110 auf der benachbarten Spur 320, die durch die linke Seitenmarkierung 312 und den Mittelstreifen 310 definiert ist, in einem Spurbreitenabstand Y₀ vom Lenkwegpolynom 314 mit einer Richtung die mit der benachbarten Spur 320 übereinstimmt, und mit einer Geschwindigkeit zu enden, die mit dem Verkehr der benachbarten Spur 320 übereinstimmt.
Das Virtueller-Lenkweg-Polynom 316 kann Longitudinal- und Lateralbeschleunigungen von nicht Null beinhalten. Beispielsweise kann das Spurwechselmanöver durch Zeitspannen mit Latitudinalbeschleunigungen von nicht Null erreicht werden, wobei die erste während der Zeitspanne zwischen p1 und p2 liegt, wenn das Virtueller-Lenkweg-Polynom 316 eine konstante linke Lateralbeschleunigung gleich a_y aufweist, die Zentripetalkraft, die durch einen Kreis mit dem Radius r1 an einer Masse erzeugt wird, die gleich dem Fahrzeug 110 ist, woraufhin das Virtueller-Lenkweg-Polynom 316 dann zwischen p1 und p2 eine rechte Lateralbeschleunigung gleich a_y aufweist, die Zentripetalkraft gleich der Kraft, die durch einen Kreis mit dem Radius r2 an einer Masse erzeugt wird, die gleich dem Fahrzeug 110 ist. An Punkt p3 weist das Fahrzeug 110 eine Trajektorie parallel zum Lenkwegpolynom 314 und einen Spurbreitenabstand von Y₀ vom Lenkwegpolynom 314 auf, wobei Y₀ = r1 + r2. Die Lateralbeschleunigungswerte und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 bestimmen kombiniert die Manöverstrecke X_m und daher die Rate, mit der die Fahrzeug 110 ein Spurwechselmanöver ausführt. Das Kombinieren von Lateralbeschleunigung und Geschwindigkeit wird in Bezug auf in 4 unten erörtert. Die Lateralbeschleunigungswerte können Beschränkungen aufweisen, die durch den Insassenkomfort bestimmt werden, zusätzlich zu Traktionsbeschränkungen, wie in Bezug auf den Traktionskreis 1600 in 16 erörtert wird. Eine hohe Lateralbeschleunigung kann für Insassen unkomfortabel sein, und die Rechenvorrichtung 115 kann beispielsweise dazu programmiert sein, hohe Lateral- und Longitudinalbeschleunigungswerte außer in Notfällen zu vermeiden, in denen das Vermeiden eines Aufpralls von einer hohen Lateral- oder Longitudinalbeschleunigung oder -abbremsung abhängen kann.
In der Verkehrssituation 300 nähert sich das Fahrzeug 110 einem haltenden Fahrzeug oder anderen Objekt auf der Fahrspur 306 mit einer Anfangsgeschwindigkeit V₀ und einem Anfangsabstand, dargestellt durch die Aufprallstrecke X₀, von einem Anhalteabstand d (vor dem Einsetzen einer Aufprallwarnung) auf einem Lenkwegpolynom 314, von dem aus ein Spurwechselmanöver bestimmt werden kann. Es kann ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 316 bestimmt werden, das nach einer bestimmten geschätzten Insassenreaktionszeit t_RT, während derer das Fahrzeug 110 eine Strecke RT zurücklegen kann an einem Punkt p1 von dem Lenkwegpolynom 314 abweicht. Das Virtueller-Lenkweg-Polynom 316 beruht auf dem Spurbreitenabstand Y₀, den das Fahrzeug 110 lateral überqueren muss, um sich auf die benachbarten Spur 320 zu bewegen. Die erforderliche Spurwechselmanöverzeit T_M hängt von der anwendbaren Spitzenlateralbeschleunigung und dem zu überquerenden Lateralabstand ab (siehe unten). Diese Manövrierzeit unterliegt stets der Einschränkung, dass die Manövertrajektorie unter Beibehaltung eines komfortablen Abstands von dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der ursprünglichen Fahrspur ausgeführt wird. Um die Beziehung zwischen der Spurwechselmanöverzeit und der zurückgelegten Longitudinalstrecke zu veranschaulichen, sei das nachfolgende vereinfachte Beispiel betrachtet. Unter Annahme einer konstanten Lateralbeschleunigung wäre die erforderliche Spurwechselmanöverzeit: $T_{M} = \sqrt{\frac{2 Y_{0}}{a_{y}}}, s i n c e Y_{0} = \frac{1}{2} a_{y} T_{M}^{2}$
wobei das Spurwechselmanöver im Verlauf einer Manöverstrecke X_M, und mit einer Geschwindigkeit V₀ stattfindet, wobei: $X_{M} = T_{M} V_{0}$
Auf Grundlage von Gleichung (1) kann der Bereich von Spurwechselmanöverzeiten T_M, die für das Lenkwegpolynom 316 erreicht werden können, durch den Bereich der erreichbaren Lateralbeschleunigungen a_y bestimmt werden. Ein mit neuen Reifen ausgestattetes Fahrzeug 110 auf einer trockenen Fahrbahn kann beispielsweise eine maximale Lateralbeschleunigung a_y von etwa 1 g oder etwa 9,8 m/s² Beschleunigung erreichen. In anderen Fällen kann beispielsweise ein mit abgenutzten Reifen ausgestattetes Fahrzeug 110 auf einer nassen Fahrbahn nur 0,5 g Lateralbeschleunigung erreichen, bevor es ins Schleudern gerät. Der Bereich verfügbarer Lateralbeschleunigung a_y beruht auch auf der Abbremsung des Fahrzeugs 110, da die Anwendung von Bremsmoment (negative) Longitudinalbeschleunigung erzeugt und die Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugs 110 sowohl auf der Latitudinalbeschleunigung a_y (Lenkung) als auch der Longitudinalbeschleunigung (Bremsung) beruht. Somit kann beispielsweise die Anwendung von Bremsmoment bewirken, dass weniger Lateralbeschleunigung a_y verfügbar ist, und dadurch die Spurwechselmanöverzeit T_M erhöhen.
In einer Verkehrssituation 300 beispielsweise kann das Fahrzeug 110 ein anhaltendes Fahrzeug durch Bremsen, Lenken oder eine Kombination aus Bremsen und Lenken vermeiden. In Fällen beispielsweise, in denen ein Insasse das Fahrzeug 110 führt, bremst der Insasse im Allgemeinen, selbst wenn Lenken ein anhaltendes Fahrzeug ebenfalls vermieden hätte und eine Sollgeschwindigkeit besser eingehalten hätte. Die Rechenvorrichtung 115 kann den Insassen beim Führen des Fahrzeugs 110 unterstützen, indem sie ein Spurwechselmanöver ausführt, um ein anhaltendes Fahrzeug zu vermeiden. Die Rechenvorrichtung 115 kann auf Grundlage der verfügbaren Lateralbeschleunigung a_y ein Lenkwegpolynom 316 bestimmen. Die verfügbare Lateralbeschleunigung a_y kann beispielsweise auf dem Bestimmen der Longitudinalbeschleunigung aufgrund der Abbremsung durch den Insassen beruhen.
16 ist eine Darstellung eines Reibungskreises 1600, wobei die Lateralbeschleunigung a_y und die Longitudinalbeschleunigung a_x aufgrund von Bremsen und Lenken gemäß ihren Werten grafisch dargestellt werden können. Der Reibungskreis 1600 zeigt beispielsweise eine Nettonennanpresskraft der Beschleunigung aufgrund von Schwerkraft = 1 g = 9,8 m/s² oder 32 ft/s², die auf das Fahrzeug 110 einwirkt. Die Beziehung zwischen der Lateral- und der Longitudinalbeschleunigung ergibt sich durch den Satz des Pythagoras: $g = \sqrt{a_{x}^{2} + a_{y}^{2}}$
wobei die kombinierte Beschleunigung g an einem Reibungskreis 1600 wie in 16 gezeigt dargestellt werden kann, wobei g als ein Abstand zwischen der Mitte der Brems-/Beschleunigungsachse und der Linkswendungs-/Rechtswendungsachse ist und ein 1-g-Kreis 1602 1 g kombinierte Beschleunigung darstellt. Eine kombinierte Lateral- und Longitudinalbeschleunigung, die zu 1 g Anpresskraft führt, stellt dar, was unter idealen Bedingungen erreicht werden könnte. Im Allgemeinen weist der Reibungskreis auf glatten Straßen, mit abgenutzten Reife usw. einen kleineren Radius auf. Der Reibungskoeffizient µ kann hinzuaddiert werden, um diese Reibungsreduzierungen zu erfassen: $μ a_{t} = \sqrt{a_{x}^{2} + a_{y}^{2}}$
Auf Grundlage dieser Gleichungen kann innerhalb der Grenzen der Reifenadhäsion ein Ausgleich zwischen der Lateral- und der Longitudinalbeschleunigung erfolgen. Maximale Abbremsung wird beispielsweise erreicht, wenn kein Wenden oder Lenken stattfindet. Ebenso wird maximale Lateralbeschleunigung erreicht, wenn keine gleichzeitige Abbremsung oder Beschleunigung stattfindet. In dem 1-g-Kreis 1602 auf dem Reibungskreis 1600 verlieren die Reifen des Fahrzeugs 110 bei jeder Kombination von Lateral- oder Longitudinalbeschleunigung nicht ihren Griff auf der Straße. Außerhalb des Kreises drehen die Reifen des Fahrzeugs 110 durch, was zu einem Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug 110 führen kann. Die verfügbare Lateralbeschleunigung kann durch folgende Gleichung berechnet werden: $a_{y} = \sqrt{{(μ a_{t})}^{2} - a_{x}^{2}}$
Der Ausgleich zwischen Lateralbeschleunigung a_y und Longitudinalbeschleunigung a_x kann an einem Reibungskreis 1600 grafisch dargestellt und in Tabelle 1 zusammengefasst werden, die neun verschiedene Kombinationen von Lateralbeschleunigung a_y und Longitudinalbeschleunigung a_x aufführt, die zusammen 1 g Anpresskraft bilden. Tabelle 1. Ausgleich zwischen Longitudinal- und Lateralbeschleunigung

Longitudinalbeschleunigung Lateralbeschleunigung Gesamtbeschleunigung

0 1 1,0

0,3 0,95 1,0

0,4 0,92 1,0

0,5 0,86 1,0

0,6 0,8 1,0

0,7 0,71 1,0

0,8 0,6 1,0

0,9 0,45 1,0

1 0 1,0
Die verfügbare Lateralbeschleunigung gegenüber der erforderlichen kann durch folgende Gleichung auf Grundlage von ein oder mehreren Spurwechselmanöverprofilen bestimmt werden, die als eine Sinusfunktion der Zeit t modelliert wird: $a_{y} = A sin ω t = \frac{2 π Y_{0}}{T_{m}^{2}} sin (\frac{2 π}{T_{M}} t)$
wobei die Lateralbeschleunigung a_y eine Sinusfunktion der Zeit t des beabsichtigten Spurwechselabstands Y_o und der Spurwechselmanöverzeit T_M ist. Bei Integration in Bezug auf die Zeit stellt Gleichung (9) eine Kosinusfunktion der Zeit t für die Lateralgeschwindigkeit bereit: $v = \frac{Y_{0}}{T_{M}} [1 - cos (\frac{2 π}{T_{M}} t)] + v_{0}$
wobei v₀ eine Anfangsgeschwindigkeit ist. Die Integration der Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit stellt eine Formel zur Lateralverlagerung s bereit: $s = \frac{Y_{0}}{T_{M}} t - \frac{Y_{0}}{T_{M}} sin (\frac{2 π}{T_{M}} t) + v_{0} t + d_{0}$
wobei d₀ eine Anfangsverlagerung ist. Diese Funktion der Lateralverlagerung kann ein Spurwechselmanöver darstellen, wie es beispielsweise durch ein oder mehrere Lenkwegpolynome 216-218 dargestellt wird, und kann daher zum Bestimmen eines sicheren Fahrbereichs 228 verwendet werden.
Die verfügbare Lateralbeschleunigung a_y kann in Echtzeitaufforderungsanzeigen 702, 1702 einbezogen werden, die einen sicheren Fahrbereich 228 auf Grundlage der maximal erreichbaren Lateralbeschleunigung a_y anzeigen können und entweder in einem Armaturenbrett 708 des Fahrzeugs 110 angebracht oder als eine Heads-up-Anzeige (heads-up-display - HUD) 1716 auf einer Windschutzscheibe 1712 des Fahrzeugs 110 angezeigt werden, wie im Zusammenhang mit 7-13 und 17 beschrieben wird. Der sichere Fahrbereich 228 kann auf Spurwechselmanöver, modelliert zu einer ersten Approximation, als eine Sinusfunktion der Zeit t für die Lateralbeschleunigung a_y wie in Gleichung (9) oben gezeigt beruhen, wobei die Spitzenlateralbeschleunigung $(A = \frac{2 π Y_{0}}{T_{m}^{2}})$
in Abhängigkeit von zwei Faktoren steht. Einer ist der beabsichtigte Spurwechselabstand Y₀ oder Lateralabstand von der ursprünglichen Fahrspur zur Zielspur. Der andere Faktor ist die (bzw. das Quadrat der) Spurwechselmanöverzeit (T_m) oder die Manöverabschlusszeit. Die Spitzenbeschleunigung wiederum kann durch den Reibungskreis 1600 bestimmt werden, der sich auch als Traktionskreis bezeichnen lässt. Wenn zum Beispiel der Reibungskoeffizient (µ) zwischen der Straße und den Reifen 0,7 beträgt und kein Bremsen stattfindet, ist die verfügbare Spitzenlateralbeschleunigung 0,7 g oder 6,86 m/s². Eine nasse Fahrbahn oder eine Kombination aus Bremsen und Lenken kann dagegen die verfügbare Spitzenlateralbeschleunigung auf 0,3 g oder sogar weniger bei Kombination mit Abbremsung oder Beschleunigung reduzieren.
Die Terme hinsichtlich der Spitzenlateralbeschleunigungsformel können in der Formel für A umgestellt werden, um die Spurwechselabschlusszeit im Quadrat bei einem gegebenen beabsichtigten Spurwechselabstand Y₀ zu bestimmen. Man nehme etwa eine verfügbare Spitzenlateralbeschleunigung von 0,25 g (1,96 m/s²) und Y₀ = 3,66 m an (d. h. 12 ft. (3,66 m) Lateralverschiebung zwischen der Mitte einer Spur und der Mitte der benachbarten Spur). Dann kann die erforderliche Spurwechselabschlusszeit als 3,06 s (9,39 s²) berechnet werden. Angesichts dessen, dass die Spurwechselmanöverzeit ausreichen muss, um das Manöver innerhalb des verbleibenden Abstands abzuschließen, um sicher und komfortabel an einem vorausfahrenden Fahrzeug vorbei zu fahren, kann die erreichbare Spitzenlateralbeschleunigung verwendet werden, um den spätesten Punkt, an dem das Manöver beginnen kann, und die resultierende Geometrie der Trajektorie zu bestimmen, die als ein sicherer Fahrbereich 228 angezeigt werden kann.
4 ist eine Darstellung von zwei Verkehrssituationen 400, 402. Die Verkehrssituation 400 beinhaltet ein Fahrzeug 110, das auf der Spur 406, die von den Spurmarkierungen 410, 412 definiert ist, auf dem Lenkwegpolynom 418 fährt. Die Verkehrssituation 400 beinhaltet Virtueller-Lenkweg-Polynome 420, 422, die Spurwechselmanöver auf benachbarte Spuren 424, 426 darstellen, die jeweils durch eine linke Seitenmarkierung 414, Spurmarkierungen 410, 412 und eine rechte Seitenmarkierung 416 definiert sind. Die zum Bestimmen der Virtueller-Lenkweg-Polynome 420, 422 verwendeten Lateralbeschleunigungswerte können auf Sollwerten beruhen, die durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 und vorgegebene Beschränkungen zur Einhaltung eines Abstands d zwischen einem zweiten Fahrzeug 408 und dem Fahrzeug 110 bestimmt werden. Der Abstand X₁ stellt die geschätzte Insassenreaktionszeitstrecke RT plus die Manövrierzeitstrecke X_m und die Bremszeitabstand X_s dar, wie im Zusammenhang mit 2 oben erörtert.
In der Verkehrssituation 402 fährt das Fahrzeug 428 auf der Spur 430, die von den Spurmarkierungen 434, 436 definiert ist, auf dem Lenkwegpolynom 438. Die Verkehrssituation 402 beinhaltet Virtueller-Lenkweg-Polynome 442, 444, die Spurwechselmanöver auf benachbarte Spuren 446, 448 darstellen, die jeweils durch eine linke Seitenmarkierung 440, Spurmarkierungen 434, 436 und eine rechte Seitenmarkierung 450 definiert sind. In diesem Fall können die zum Bestimmen der Virtueller-Lenkweg-Polynome 442, 444 verwendeten Lateralbeschleunigungswerte die gleichen wie in der Verkehrssituation 400 sein, doch da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 428 höher als die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 110 ist, ist der Abstand X₂, der erforderlich ist, um sich vom Fahrzeug 432 fernzuhalten, größer als der Abstand X₁ in der Verkehrssituation 400.
5 ist eine Darstellung einer Verkehrssituation 500. Wie in der Verkehrssituation 200 in 2 hat die Rechenvorrichtung 115 das Lenkwegpolynom 514 und die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 bestimmt, die einen sicheren Fahrbereich 520 bilden, der durch die Ellipse (d. h. drei Punkte), Strecken bzw. Abstände RT, X_m, X_s und X₀ und Punkte p1 und p2 an einem Anfangszeitschritt bestimmt wird, bei dem eine Aufforderung an einen Insassen angezeigt wird. Bei einem Zeitschritt nach dem Anfangszeitschritt kann das Fahrzeug 110 eine Trajektorie aufweisen, die das Fahrzeug 110 in die Position der Verkehrssituation 500 bringt, in der das Fahrzeug 110 nicht auf dem Lenkwegpolynom 514 geführt wird und die Rechenvorrichtung 115 daher zum Führen nicht mehr auf das Lenkwegpolynom 514 zurückgreifen kann. Dies kann beispielsweise dadurch verursacht werden, dass der Normalbetrieb des Fahrzeugs 110 durch eine Insasseneingabe an einem Lenkrad gesteuert wird, oder durch einen Fehler bei der Steuerung des Fahrzeugs 110 durch die Rechenvorrichtung 115, oder durch Naturkräfte, die auf das Fahrzeug 110 einwirken, wie etwa Seitenwind, oder eine Gefahr auf der Straße wie etwa ein Schlagloch.
In diesem Fall kann die Rechenvorrichtung 115 das Lenkwegpolynom 514 und die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 aktualisieren, damit die Rechenvorrichtung kontinuierlich zuverlässige Trajektorieaktualisierungen erzeugen kann. Die Rechenvorrichtung 115 kann das Lenkwegpolynom 514 mit einem aktualisierten Lenkwegpolynom 512 aktualisieren und die Virtueller-Lenkweg-Polynomen 516, 518 mit einem aktualisierten Virtueller-Lenkweg-Polynom 522 aktualisieren, das beispielsweise einen Punkt p3 beinhaltet, der angibt, wann steuertheoretische Berechnungen von dem aktualisierten Lenkwegpolynom 512 zum aktualisierten Virtueller-Lenkweg-Polynom 522 umschalten können. Die Rechenvorrichtung 115 kann auch den sicheren Fahrbereich 520 aktualisieren, so dass er das aktualisierte Lenkwegpolynom 522 beinhaltet, und die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 löschen, die nicht mehr vom Fahrzeug 110 erreichbar sein können. Durch Aktualisieren des Lenkwegpolynoms 512 und des Virtueller-Lenkweg-Polynoms 522 kann die Rechenvorrichtung 115 Trajektorieaktualisierungen von hoher Zuverlässigkeit ausgeben, ohne dass es zu einer Unterbrechung kommt, wenn vom Lenkwegpolynom 514 auf das aktualisierte Lenkwegpolynom 522 umgeschaltet wird. Die Rechenvorrichtung kann auch die Aufforderung aktualisieren, die für die Insasseneingabe angezeigt wird, so dass sie einen aktualisierten sicheren Fahrbereich 520 beinhaltet.
6 ist eine Darstellung einer Verkehrssituation 600, die ein Beispiel einer Aktualisierung eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms 618 auf Grundlage der Eingabe eines Insassen zeigt. In der Verkehrssituation 600 kann ein Fahrzeug 110 auf einer Fahrspur 604 geführt werden. Eine Rechenvorrichtung 115 im Fahrzeug 110 kann ein Lenkwegpolynom 614 und ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 bestimmen, die an dem durch Punkt p1 dargestellten Zeitpunkt beginnen. An dem durch Punkt p2 dargestellten Zeitpunkt kann die Rechenvorrichtung 115 vom Lenkwegpolynom 614 zum Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 umschalten, wie oben im Zusammenhang mit 2 erörtert wurde. An dem durch Punkt p3 dargestellten Zeitpunkt kann die Rechenvorrichtung 115 beispielsweise bestimmen, dass das Führen des Fahrzeugs 110 auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 nicht mehr der beste Lenkweg ist. Dies kann sich beispielsweise aus einer Eingabe eines Insassen des Fahrzeugs 606 ergeben, die Drehkraft, oder Drehmoment, auf ein Lenkrad in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung anwendet, in der das Fahrzeug 606 aktuell auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 gelenkt wird, was eine Absicht angibt, das Spurwechselmanöver abzubrechen, das durch das Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 dargestellt wird.
In diesem Fall kann die Rechenvorrichtung 115 bestimmen, dass, wenn ein ausreichender Abstand verbleibt, um das Fahrzeug 110 anzuhalten, bevor es den Anhalteabstand d hinter einem zweiten Fahrzeug 606 erreicht, ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 bestimmt werden kann, indem Teile des Virtueller-Weg-Polynom 618 umgekehrt werden, um das Fahrzeug 110 auf eine Trajektorie auf der Fahrspur 604 zurückzubringen, was ein Umschalten vom Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 auf das Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 und Führen des Fahrzeug auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 einschließlich eines Abbremsens und Anhaltens hinter dem zweiten Fahrzeug 606 beinhaltet.
In anderen Fällen kann ein Insasse eine Absicht, ein Spurwechselmanöver abzubrechen, beispielsweise auf Grundlage dessen angeben, dass der Insasse wahrnimmt, dass das Fahrzeug 606 beschleunigt oder die Fahrspur 604 verlässt, womit das Fahrzeug 606 und der Anhalteabstand d aus der Verkehrssituation 600 entfernt werden. In diesen Fällen kann das Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 das Fahrzeug 110 auf eine Trajektorie im Lenkwegpolynom 614 mit einer aktualisierten Position auf der Fahrspur 604 zurückbringen, ohne zu bremsen und anzuhalten, indem Teile des Virtueller-Lenkweg-Polynoms 618 umgekehrt werden, um ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 zu erzeugen, und das Fahrzeug 110 bei der ursprünglichen Geschwindigkeit und Richtung des Führens auf dem Lenkwegpolynom 614 auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 620 zu führen.
In anderen Fällen kann das Abbrechen eines Spurwechselmanövers durch Veränderungen des Verkehrs auf der benachbarten Spur 628 verursacht werden, die stattfinden, nachdem die Rechenvorrichtung nach Punkt p2 vom Lenkwegpolynom 614 zum Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 umgeschaltet hat, aber bevor das Spurwechselmanöver an Punkt p4 abgeschlossen wurde. Beispielsweise kann die Rechenvorrichtung 115 bestimmen, dass das Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 aufgrund von Veränderungen des Verkehrs auf der benachbarten Spur 628, darunter Veränderungen der Trajektorien des dritten Fahrzeugs 624 und/oder vierten Fahrzeugs 626, kein guter Lenkweg mehr ist. Veränderungen der Trajektorien des dritten Fahrzeugs 624 und/oder vierten Fahrzeugs 626, die von der Rechenvorrichtung 115 während des Führens des Fahrzeugs 110 auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 über die Sensoren 116 bestimmt werden, können die Rechenvorrichtung 115 beispielsweise veranlassen, zu bestimmen, das ein fortgesetztes Führen des Fahrzeugs 110 auf dem Virtueller-Lenkweg-Polynom 618 einen Aufprall auf dem dritten Fahrzeug 624 oder vierten Fahrzeug 626 verursachen würde oder bewirken würde, dass das Fahrzeug 110 eine Position auf der benachbarten Spur 628 einnimmt, die näher am dritten Fahrzeug 624 oder vierten Fahrzeug 626 ist als vorgegebene Begrenzungen. Wie bei anderen Spurwechselmanövern, die oben im Zusammenhang mit 2-5 erörtert wurden, kann das Abbrechen eines Spurwechselmanövers als in Bezug auf rechte Spuren und benachbarte linke Spuren und auf Verkehr auf der benachbarten Spur, der langsamer oder schneller als das Fahrzeug 110 ist, symmetrisch verstanden werden.
7 ist eine Darstellung eines Innenbereichs eines Fahrzeugs 700 beim Blick nach vorne. Das Fahrzeuginnere 700 beinhaltet eine Aufforderungsanzeige 702, ein Lenkrad 704, eine Insassensteuerschnittstelle 706, ein Armaturenbrett 708 zum Aufnehmen oder Tragen der Aufforderungsanzeige 702 und eine Windschutzscheibe 710. Die Aufforderungsanzeige 702 kann beispielsweise eine programmierbare Farbanzeige sein, die vor einem Insassen in einer Position zum Führen eines Fahrzeugs hinter einem Lenkrad 704 und durch dieses hindurch sichtbar angeordnet ist. Die Aufforderungsanzeige 702 kann verwendet werden, um Informationen und Aufforderungen hinsichtlich der Führung des Fahrzeugs 700 auf Grundlage eines sicheren Fahrbereichs 520 anzuzeigen. 8-13 sind Detaildarstellungen der Aufforderungsanzeige 702, die Aufforderungen zeigen, die beispielsweise angezeigt werden können, wenn das Fahrzeug 700 ein Spurwechselmanöver ausführt.
Zusätzlich zu der Aufforderungsanzeige 702 oder anstelle dieser kann das Fahrzeug 1700 eine Aufforderungs-Heads-up-Anzeige (heads-up display - HUD) 1712 beinhalten, wie sie in 17 gezeigt ist, um Aufforderungen an einen Insassen anzuzeigen. 17 ist eine Darstellung eines Inneren eines Fahrzeugs 1700 beim Blick nach vorne. Das Fahrzeuginnere 1700 beinhaltet eine Aufforderungsanzeige 1702, ein Lenkrad 1704, eine Insassensteuerschnittstelle 1706, ein Armaturenbrett 1708 und eine Windschutzscheibe 1710, auf die die Rechenvorrichtung 115 eine Aufforderungs-Heads-up-Anzeige (HUD) 1712 projizieren kann. Die Aufforderung HUD 1712 kann beispielsweise die gleichen Informationen an einen Insassen anzeigen, wie in 8-13 gezeigt, indem sie beispielsweise einen sicheren Fahrbereich 1714, eine Wegaufforderung 1716, die eine künftige Position für das Fahrzeug 1700 und eine Manövrierzeit darstellt, und eine Lenkaufforderung 1718 anzeigt, die die Lenkrichtung mit Zeitangaben darstellt. Da die Aufforderungs-HUD 1712 auf die Windschutzscheibe 1710 projiziert wird, um einen normalen Blick der realen Welt durch die Windschutzscheibe 1710 zu ermöglichen, kann das Fahrzeug 1720 außerdem durch die Windschutzscheibe 1710 und die Aufforderungs-HUD 1712 hindurch gesehen werden. Die Aufforderungs-HUD 1712 kann Informationen zu einem sicheren Fahrbereich 1714 mit der künftigen Position des Fahrzeugs 1700 kombinieren, um eine klare Angabe der besten Richtung zum Führen des Fahrzeugs 1700 für den Insassen bereitzustellen, oder, in Fällen, in denen die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 1700 führt, eine Angabe dessen, wohin die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 1700 zu führen plant. Dies kann in Fällen wichtig sein, in denen ein Aufprall unmittelbar bevorsteht, damit der Insasse sieht, dass die Rechenvorrichtung 115 einen sicheren Weg für das Fahrzeug 1700 vorhersagt, während das Spurwechselmanöver ausgeführt wird.
8-13 sind Darstellungen einer Aufforderungsanzeige 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, die Veränderungen der Anzeige darstellen, die während beispielsweise der Ausführung eines Spurwechselmanövers auftreten können. 8 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 800 mit einem Benachrichtigungsbereich 802, einem Aufforderungsbereich 804, einer digitalen Geschwindigkeitsanzeige 806, einer analogen Geschwindigkeitsanzeige 808, einer Unterhaltungssystemanzeige 810, einer Kraftstoffanzeige 812, einer Antriebsstranganzeige 814, einer Kilometerzähleranzeige 816 und einer Zeit- und Temperaturanzeige 818. Wenn die Aufforderungsanzeige 800 angezeigt wird, kann sich ein Fahrzeug 110 im autonomen oder Insassenunterstützungsmodus befinden, in dem eine Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 110 für einige Zeit ohne Eingabe von einem Insassen führen kann oder das Fahrzeug 110 von einem Insassen geführt werden kann. In der Aufforderungsanzeige 800 beinhaltet der Benachrichtigungsbereich 802 die Nachricht „BITTE STEUERUNG ÜBERNEHMEN“, die einen Insassen anweist, mit dem Führen des Fahrzeugs 110 zu beginnen, falls er das Fahrzeug 110 noch nicht führt. Diese Nachricht wird durch ein Lenkradsymbol 820 unterstrichen, das im Aufforderungsbereich 804 angezeigt wird. Die Rechenvorrichtung 115 kann einen Insassen auffordern, die Steuerung eines Fahrzeugs 110 zu übernehmen, wenn sie bestimmt hat, dass ein Spurwechselmanöver erforderlich ist, um eine vorgegebene Geschwindigkeit beizubehalten. Beispielsweise kann ein Insasse eine Geschwindigkeit mithilfe eines adaptiven Geschwindigkeitssteuerprogramms in der Rechenvorrichtung 115 vorgeben, das versucht, eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten („Geschwindigkeitsregelung“).
9 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 900, wobei die Benachrichtigungsanzeige 902 die Nachricht „BITTE LENKANWEISUNGEN BEFOLGEN“ beinhaltet, die den Insasse anweist, Anweisungen zu befolgen, die im Aufforderungsbereich 904 angezeigt werden. Der Aufforderungsbereich 904 beinhaltet beispielsweise ein Lenkradsymbol 906, das den Insasse daran erinnert, dass die Rechenvorrichtung 115 bestimmt hat, dass der Insasse das Fahrzeug 110 führen soll, und eine Anzeige des sicheren Fahrbereichs 908, der ein Fahrzeugsymbol 910 und ein Pfeilsymbol 912 mit einer Legende beinhaltet, die die Anzahl verbleibender Sekunden bis zum Ende der Manövrierzeit t_m und den Beginn der Anhaltezeit t_s beschreibt, wie im Zusammenhang mit 2 erörtert wurde. Die Anzeige des sicheren Fahrbereichs 908 beinhaltet Anzeigeelemente, die den Insassen anhand farbiger Grafiken anleiten, um das Fahrzeug 110 sicher und komfortabel durch ein Spurwechselmanöver zu lenken.
10 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 1000, wobei der Aufforderungsbereich 1004 die Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1008 mit einem Fahrzeugsymbol 1010 beinhaltet. In diesem Fall übermittelt die Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1008 den Zeitpunkt, an dem ein Insasse einen Spurwechselmanöver durchführen sollte, indem sie beispielsweise ein Fahrzeugsymbol 1010 im Vergleich zur Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1008 größer darstellt, und indem sie ein Pfeilsymbol 1012 mit einer Zeitverlaufsangabe (schwarzer Balken) und einer Legende versieht, die verbleibende 5 Sekunden bis zum Ende der Manövrierzeit t_m angeben. 11 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 1100, wobei der Aufforderungsbereich 1104 die Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1108 beinhaltet, die ein Fahrzeugsymbol 1110, das im Vergleich zur Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1108 noch größer dargestellt ist, und an Pfeilsymbol 1112 mit zwei Zeitverlaufsangaben (zwei schwarzen Balken) und eine Legende beinhaltet, die verbleibende 3 Sekunden bis zum Ende dre Manövrierzeit t_m angibt, wodurch eine gegenüber der Aufforderungsanzeige 1000 erhöhte wahrgenommene Dringlichkeit zum Ausführen eines Spurwechselmanövers angegeben wird.
12 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 1200, wobei die verbleibende Zeit bis zum Ende der Manöverstrecke beispielsweise weniger als 3 Sekunden beträgt, und wobei der Aufforderungsbereich 1204 die Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1208 beinhaltet, die ein Fahrzeugsymbol 1210, das im Vergleich zur Anzeige des sicheren Fahrbereichs 1208 wesentlich größer dargestellt ist, und ein großes Pfeilsymbol 1212 beinhaltet, das in einer Farbe wie etwa Rot dargestellt sein und blinken kann, um Dringlichkeit anzuzeigen. Diese Aufforderungsanzeige 1200 kann eine letzte Aufforderungsanzeige darstellen, die zu einer Insasseneingabe auffordert. Wenn ein Insasse nicht auf die Aufforderungsanzeigen 800, 900, 1000, 1100, 1200 reagiert hat, kann die Rechenvorrichtung 115 beispielsweise die Aufforderung abbrechen und nicht länger darauf vorbereitet sein, eine Insasseneingabe zu empfangen, und kann weiterhin im aktuellen Modus geführt werden. Die Rechenvorrichtung 115 kann beispielsweise warten, bis sich die nächste Gelegenheit für ein Spurwechselmanöver ergibt, wie im Zusammenhang mit 15 unten erörtert, oder in anderen Fällen die Steuerung übernehmen und das Fahrzeug 110 abbremsen und anhalten. 13 ist eine Darstellung einer Aufforderungsanzeige 1300, die nach dem erfolgreichen Abschluss des Spurwechselmanövers oder nach dem Abbrechen des Spurwechselmanövers gezeigt wird. Der Aufforderungsbereich 1304 beinhaltet einen sicheren Fahrbereich 1308 ohne ein Fahrzeugsymbol, der eine freie Fahrspur voraus angibt, und ein Häkchensymbol 1312 zum Anzeigen eines erfolgreichen Manövers.
Zurückkehrend zu 7 kann das Lenkrad 704 ebenfalls von der Rechenvorrichtung 115 verwendet werden, um einen Insassen aufzufordern, ein Spurwechselmanöver auszuführen, indem sie eine haptische Ausgabe am Lenkrad 704 ausgibt, um einen Insassen aufzufordern, ein Spurwechselmanöver auszuführen oder eine Absicht anzugeben, ein Spurwechselmanöver auszuführen. Die haptische Ausgabe bezeichnet Informationen, die über den Berührungssinn an den Insassen ausgegeben werden. Die haptische Ausgabe kann durch Anwenden von Kraft auf ein Objekt erzeugt werden, das der Insasse berührt, in diesem Fall Drehmoment oder Drehkraft, die auf ein Lenkrad 704 eines Fahrzeugs 110 ausgeübt wird. Die haptische Ausgabe kann in Kombination mit optischen Aufforderungen verwendet werden, wie sie im Zusammenhang mit 8-13 oben erörtert wurden. Beispielsweise können optische Aufforderungen einen Insassen anweisen, seine Hände auf das Lenkrad zu legen, damit der Insasse die haptische Ausgabe wahrnehmen kann. Die haptische Ausgabe kann auf ein Lenkrad 704 ausgeübt werden, indem beispielsweise über einen Elektromotor Drehkraft oder Drehmoment auf das Lenkrad 704 ausgeübt wird. Die haptische Ausgabe kann eine Lenkrichtung angeben, indem sie Drehmoment im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn auf das Lenkrad 704 ausübt, wobei Drehmoment im Uhrzeigersinn Lenken nach rechts und Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn Lenken nach links angibt.
14 zeigt zwei Kurvendiagramme 1400, 1402 von Mustern haptischer Ausgabe, die als Kraft in Newton gegenüber Zeit in Sekunden dargestellt sind. Das erste Kurvendiagramm 1400 zeigt ein erstes Muster 1404 aus drei Impulsen von 3,0 Newton, die über eine Zeitspanne von 1,0 Sekunde als Drehkraft oder Drehmoment an einem Lenkrad 704, 1704 abgegeben werden. Das zweite Kurvendiagramm 1402 zeigt ein zweites Muster 1406 aus drei Impulsen von 1,5 Newton, die über eine Zeitspanne von 1,0 Sekunde als Drehkraft oder Drehmoment an einem Lenkrad 704, 1704 abgegeben werden. Die Drehkraft oder das Drehmoment kann über einen elektrischen Aktor an das Lenkrad 704, 1704 abgegeben werden, beispielsweise einen Motor oder ein Solenoid, der bzw. das mit dem Lenkrad 704, 1704 in Wirkbeziehung verbunden ist und unter Steuerung der Rechenvorrichtung 115 arbeitet. Beispielsweise kann das erste Muster 1404 von Insassen als dringlicher als das zweite Muster 1406 wahrgenommen werden. Insassen können bis zu zehn Stufen der Dringlichkeit wahrnehmen, die durch Muster haptischer Ausgabeimpulse dargestellt werden.
Auf Grundlage des Musters und der Stärke der haptischen Ausgabe können ein oder mehrere Muster einer Vielzahl von Mustern haptischer Ausgabeimpulse können von Insassen des Fahrzeugs 110 als haptische Ausgaben niedriger Dringlichkeit wahrgenommen werden, und ein oder mehrere Muster haptischer Ausgabeimpulse können von Insassen des Fahrzeugs 110 als haptische Ausgaben hoher Dringlichkeit wahrgenommen werden. Die wahrgenommene Dringlichkeit haptischer Ausgaben kann beispielsweise anhand psychophysikalischer Versuche unter Verwendung von Fahrsimulation bestimmt werden. In dem Beispiel aus 8-13 beispielsweise kann jede Aufforderungsanzeige 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 von einem Muster haptischer Ausgabe an einem Lenkrad 704 begleitet werden, um die Lenkrichtung und die Dringlichkeit des Lenkens auf Grundlage der verbleibenden Manövrierzeit t_m anzugeben, wie im Zusammenhang mit 8-13 erörtert wurde. Das Kombinieren der haptischen Ausgabe mit den Aufforderungsanzeigen 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 kann beispielsweise die geschätzte Insassenreaktionszeit zum Ausführen von Spurwechselmanövern im Vergleich zu Aufforderungsanzeigen 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 reduzieren.
18 ist eine Darstellung eines im Zusammenhang mit 1-17 beschriebenen Ablaufdiagramms eines Prozesses 1800 zum Führen eines Fahrzeugs auf Grundlage eines aktualisierten Virtueller-Lenkweg-Polynoms 522. Der Prozess 1800 kann beispielsweise von einem Prozessor der Rechenvorrichtung 115 implementiert werden, der Informationen von den Sensoren 116 als Eingabe nutzt und Anweisungen ausführt und Steuersignale über die Steuerungen 112, 113, 114 sendet. Der Prozess 1800 beinhaltet mehrere Schritte, die in der offenbarten Reihenfolge ausgeführt werden. Der Prozess 1800 beinhaltet auch Implementierungen mit weniger Schritten oder kann Schritte beinhalten, die in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
Der Prozess 1800 beginnt bei Schritt 1802, bei dem beispielsweise eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 110 ein Lenkwegpolynom 514 und eine Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 516, 518 bestimmen kann, die jeweils ein Spurwechselmanöver beinhalten und einen sicheren Fahrbereich 520 bestimmen, wie oben im Zusammenhang mit 2-5 erörtert wurde. Bei Schritt 1804 kann die Rechenvorrichtung 115 auf Grundlage der Bestimmung der Trajektorie des Fahrzeugs 110 und des aktualisierten Lenkwegpolynom 512 das Virtueller-Lenkweg-Polynom 514 auf das Virtueller-Lenkweg-Polynom 512 aktualisieren. Die Rechenvorrichtung 115 kann auch die Virtueller-Weg-Polynome 516, 518 aktualisieren, so dass sie das Virtueller-Lenkweg-Polynom 522 beinhalten, und den sicheren Fahrbereich 520 aktualisieren, so dass er das Virtueller-Lenkweg-Polynom 520 beinhaltet, und die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518, die das Fahrzeug 110 nicht mehr erreichen kann, aus dem aktualisierten Lenkwegpolynom 512 löschen. Bei Schritt 1806 kann die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 110 auf Grundlage des aktualisierten Lenkwegpolynoms 512 und Virtueller-Lenkweg-Polynoms 522 führen, wie oben im Zusammenhang mit 2-5 erörtert wurde.
Kurz gefasst bestimmt die Rechenvorrichtung 115 im Prozess 1800 ein Virtueller-Lenkweg-Polynom 516, das ein Spurwechselmanöver beinhaltet, aktualisiert das Virtueller-Lenkweg-Polynom 522 und führt ein Fahrzeug 502 auf Grundlage des aktualisierten Virtueller-Lenkweg-Polynoms 522.
19 ist eine Darstellung eines im Zusammenhang mit 1-17 beschriebenen Ablaufdiagramms eines Prozesses 1900 zum Führen eines Fahrzeugs 110 auf Grundlage eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms 516, 518. Der Prozess 1900 kann beispielsweise von einem Prozessor der Rechenvorrichtung 115 implementiert werden, der Informationen von den Sensoren 116 als Eingabe nutzt und Anweisungen ausführt und Steuersignale über die Steuerungen 112, 113, 114 sendet. Der Prozess 1900 beinhaltet mehrere Schritte, die in der offenbarten Reihenfolge ausgeführt werden. Der Prozess 1900 beinhaltet auch Implementierungen mit weniger Schritten oder kann Schritte beinhalten, die in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
Der Prozess 1900 beginnt bei Schritt 1902, wobei beispielsweise eine Rechenvorrichtung 115 in einem Fahrzeug 502 ein Lenkwegpolynom 514 bestimmen kann, wie oben im Zusammenhang mit 2-5 erörtert wurde. Bei Schritt 1904 kann die Rechenvorrichtung 115 das Fahrzeug 502 auf Grundlage des Lenkwegpolynoms 514 führen. Bei Schritt 1906 kann die Rechenvorrichtung eine Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 516, 518 bestimmen. Wie oben im Zusammenhang mit 2-5 erörtert, können die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 so bestimmt werden, dass sie ab dem Start der Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 vorhergesagte Trajektorienwerte mit dem Lenkwegpolynom 514 gemein haben, bis zu einem Punkt, der in 5 durch Punkte zwischen den Punkten p1 und p2 auf dem Lenkwegpolynom 514 dargestellt ist und an dem die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 von den gemeinsamen Trajektorienpunkten abweichen. Bei Schritt 1908 kann die Rechenvorrichtung das Fahrzeug 502 auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms 516-518 führen, indem sie die Steuerung vom Lenkwegpolynom 514 auf die Virtueller-Lenkweg-Polynome umschaltet, wobei das Umschalten der Steuerung nicht zu einer Unterbrechung oder Verzögerung bei der Ausgabe zuverlässiger Steuerinformationen führt, da die steuertheoretischen Berechnungen, die zum Vorhersagen der Trajektorien des Fahrzeugs 110 sowohl für das Lenkwegpolynom 514 als auch die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 verwendet werden, bis zum Punkt der Abweichung gemeinsame Werte nutzen.
Kurz gefasst bestimmt die Rechenvorrichtung 115 im Prozess 1900 ein Lenkwegpolynom 514, führt das Fahrzeug 110 auf Grundlage des Lenkwegpolynoms 514, bestimmt eine Vielzahl von Virtueller-Lenkweg-Polynomen 516, 518 und führt das Fahrzeug 110 auf Grundlage der Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518, indem sie von dem Lenkwegpolynom 514 auf die Virtueller-Lenkweg-Polynome 516, 518 umschaltet.
Rechenvorrichtungen, wie sie hierin erörtert werden, beinhalten im Allgemeinen jeweils Anweisungen, die von einer oder mehreren Rechenvorrichtungen ausführbar sind, wie sie oben identifiziert wurden, und um Blöcke oder Schritte von oben beschriebenen Prozessen auszuführen. Beispielsweise können die oben erörterten Prozessblöcke als von einem Computer ausführbare Anweisungen verkörpert sein.
Von einem Computer ausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung verschiedener Programmiersprachen und/oder Techniken erstellt werden, darunter, ohne Beschränkung und entweder allein oder in Kombination, Java™, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, HTML usw. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. aus einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus und führt dadurch einen oder mehrere Prozesse aus, darunter einen oder mehrere der hierin beschriebenen Prozesse. Diese Anweisungen und anderen Daten können mithilfe verschiedener computerlesbarer Medien in Dateien gespeichert und übertragen werden. Eine Datei in einer Rechenvorrichtung ist allgemein eine Sammlung von Daten, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, etwa einem Speichermedium, einem Direktzugriffsspeicher usw.
Ein computerlesbares Medium beinhaltet ein beliebiges Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer gelesen werden können. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, flüchtige Medien, nichtflüchtige Medien usw. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disks oder anderen dauerhaften Speicher beinhalten. Flüchtige Medien beinhalten dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der in der Regel einen Hauptspeicher bildet. Zu häufigen Formen computerlesbarer Medien gehören beispielsweise eine Diskette, eine flexible Disk, eine Festplatte, Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierband, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, ein beliebiger anderer Speicherchip oder eine Endlosbandkassette, oder ein beliebiges anderes Medium, das ein Computer auslesen kann.
Alle in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollen ihre einfache und gewöhnliche Bedeutung tragen, wie sie dem Fachmann bekannt ist, solange hierin keine ausdrücklich gegenteilige Angabe vorliegt. Insbesondere die Verwendung von Singularartikeln wie „ein“, „der“ usw. ist so auszulegen, dass ein oder mehrere der angegebenen Elemente aufgeführt sind, es sei denn, ein Anspruch führt eine ausdrücklich gegenteilige Einschränkung an.
Der Begriff „beispielhaft“ wird hier im Sinne der Bezeichnung eines Beispiels verwendet, so dass z. B. eine Bezugnahme auf ein „beispielhaftes Widget“ als einfache Bezugnahme auf ein Beispiel für ein Widget zu verstehen ist.
Das Adverb „ungefähr“, das einen Wert oder ein Ergebnis modifiziert, bedeutet, dass eine Form, eine Struktur, eine Messung, ein Wert, eine Bestimmung, eine Berechnung usw. aufgrund von Imperfektionen von Materialien, Bearbeitung, Herstellung, Sensormessungen, Berechnungen, Verarbeitungszeit, Kommunikationszeit usw. von einer genau beschriebenen Geometrie, einem genau beschriebenen Abstand, einer genau beschriebenen Messung, einem genau beschriebenen Wert, einer genau beschriebenen Bestimmung, einer genau beschriebenen Berechnung usw. abweichen kann.
In den Zeichnungen weisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente hin. Außerdem können einige oder alle dieser Elemente geändert werden. Hinsichtlich der hier beschriebenen Medien, Prozesse, Systeme, Verfahren usw. versteht es sich, dass zwar die Schritte dieser Prozesse usw. als in einer bestimmten Abfolge stattfindend beschrieben wurden, diese Prozesse jedoch auch ausgeübt werden können, wenn die beschriebenen Schritte in einer anderen als der hier beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es versteht sich ferner, dass bestimmte Schritte gleichzeitig durchgeführt werden können, dass andere Schritte hinzugefügt werden können oder dass bestimmte hier beschriebene Schritte weggelassen werden können. Mit anderen Worten, die vorliegenden Beschreibungen von Prozessen dienen der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen und sind nicht als die beanspruchte Erfindung einschränkend auszulegen.

Claims

Verfahren, umfassend: Bestimmen eines Virtueller-Lenkweg-Polynoms, das ein Spurwechselmanöver beinhaltet; Aktualisieren des Virtueller-Lenkweg-Polynoms durch Steuern einer Fahrzeugtrajektorie; und Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen des Virtueller-Lenkweg-Polynoms auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie, wobei die Fahrzeugtrajektorie Fahrzeugposition, Fahrzeugrichtung, Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Lateralbeschleunigung des Fahrzeugs und Longitudinalbeschleunigung des Fahrzeugs beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Bestimmen des Spurwechselmanövers auf Grundlage der Fahrzeugtrajektorie, des Verkehrs auf der benachbarten Spur und Einschränkungen der Lateralbeschleunigung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms das Bestimmen beinhaltet, wann das Spurwechselmanöver durchgeführt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Führen des Fahrzeugs auf Grundlage des Virtueller-Lenkweg-Polynoms das Umschalten von einem Lenkwegpolynom, dem das Spurwechselmanöver fehlt, zu dem Virtueller-Lenkweg-Polynom beinhaltet, das das Spurwechselmanöver beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern der Trajektorie das Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage von Verkehr auf der benachbarten Spur beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Steuern der Trajektorie das Erhöhen oder Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Umkehren der Trajektorie, wenn das Spurwechselmanöver abgebrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Virtueller-Lenkweg-Polynom auf Bezier-Kurven beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Virtueller-Lenkweg-Polynom auf Einschränkungen der Lateralbeschleunigung beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Bestimmen von Einschränkungen der Lateralbeschleunigung auf Grundlage eines Reibkreises.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Verkehr auf der benachbarten Spur durch die Verkehrsdichte auf der benachbarten Spur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend Bestimmen, wann das Spurwechselmanöver durchgeführt werden soll, auf Grundlage einer Insasseneingabe.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Lenkwegpolynom und das Virtueller-Lenkweg-Polynom vor dem Umschalten einander überlappen und ähnliche Trajektorien beinhalten.
System, umfassend einen Computer, der dazu programmiert ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 auszuführen.