DE102006043149A1

DE102006043149A1 - Integrierter Quer- und Längsführungsassistent zur Unterstützung des Fahrers beim Fahrspurwechsel

Info

Publication number: DE102006043149A1
Application number: DE102006043149A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Zahn; Christian Kölbl; Kilian Dr. Funk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: DE102006043149B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Quer- und Längsführungsassistenten für ein Kraftfahrzeug zur Unterstützung mit einer Trajektorienbersches und bei Erkennen einer ausreichenden Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspul aus den Daten einer Umfeldsensorik eine Spurwechseltrajektorie ermittelt. Die Trajektorienberechnungseinheit berechnet eine derartige Spurwechseltrajektotroffenen rückwärtigen Fahrzeugs minimiert wird. Anschließend gibt eine Befehlseinrichtung, in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie einen Querführungsbefehl an ein Querführungsregelsystem und einen Beschleunigungbefehl an ein abstandsbezogenes Geschwindigkeitsregelsystem aus.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Quer- und Längsführungsassistenten zur Unterstützung des Fahrers beim Fahrspurwechsel von einer Momentanspur auf eine benachbarte Zielspur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zunehmend werden Kraftfahrzeuge mit immer mehr Fahrerassistenzsystemen ausgestatten, die den Fahrer einerseits bei der Durchführung bestimmter Fahrmanöver unterstützen sollen und andererseits in kritischen Situationen eingreifen oder an den Fahrer eine Warnung ausgeben. Zur Unterstützung des Fahrers bei der Längsregelung seines Kraftfahrzeugs sind beispielsweise abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsysteme bekannt, bei denen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entweder auf eine vorgegebene Geschwindigkeit, oder, falls ein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden ist, auf einen vorgegebenen Abstand zu diesem vorausfahrenden Fahrzeug geregelt wird. Bei einem Spurwechsel während einer solchen Folgefahrt muss das abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsystem entweder zeitweise deaktiviert, vom Fahrer übersteuert, oder auf das auf der Zielspur vorausfahrende Fahrzeug umgeschaltet werden, um das Annähern und Vorbeifahren an dem auf der Startspur vorausfahrenden Fahrzeug zu ermöglichen.
Des Weiteren gibt es Fahrerassistenzsysteme, die den Fahrer bei der Querregelung seines Kraftfahrzeugs im Hinblick auf ein Fahren innerhalb seiner Fahrspur unterstützen. Diese Systeme unterstützen den Fahrer beim Spurhalten durch ein zusätzlich auf das Lenkrad aufgebrachtes Lenkmoment in Richtung Spurmitte und/oder warnen ggf. akustisch und/oder durch Vibrationen im Lenkrad vor einem unbeabsichtigten Verlassen der eigenen Fahrspur.
Will der Fahrer bei aktiver unterstützender Querführung einen Spurwechsel vornehmen, sind derartige Systeme hinderlich, da sie das Fahrzeug immer in Richtung Spurmitte lenken und/oder den Fahrer durch die Warnungen irritieren. Um dieses Problem zu umgehen wir bei einem Verfahren gemäß der DE 10 2004 012 144 A1 der Lenkeingriff unterbunden, wenn ein Spurwechsel erkannt wird.
Gerade für den Spurwechsel, der vom Fahrer eine erhöhte Aufmerksamkeit fordert, sind somit Systeme wichtig, die dem Fahrer den Spurwechsel von einer Momentanspur auf eine Nachbarspur erleichtern.
Hierzu ist aus der DE 102 10 723 A1 ein Spurwechselassistent bekannt, der beim Detektieren einer Spurwechselabsicht des Fahrers in Abhängigkeit von der Betätigung eines entsprechenden Bedienelements die Querführung von der Momentanspur auf die Zielspur unterschiedlich dynamisch steuert. Verfügt das Kraftfahrzeug zusätzlich über ein automatisches Längsführungssystem, kann in Abhängigkeit vom ausgesendeten Signal des oben genannten Bedienelements zusätzlich der Ortungsbereich eines im Fahrzeug vorhandenen Radars entsprechend dem Spurwechsel angepasst werden und/oder die Fahrgeschwindigkeit beim Spurwechsel erhöht werden.
Die DE 197 25 656 A1 offenbart einen Überholassistenten, der beim Detektieren einer Spurwechselabsicht in Abhängigkeit von den erfassten vorausfahrenden und rückwärtigen Fahrzeugen einen Überholweg und/oder eine Überholzeit berechnet. Ist kein gefahrloses Überholen möglich, wird der Fahrer gewarnt. Reagiert der Fahrer darauf nicht, kann zusätzlich derart in die Lenkung und/oder das Bremssystem und/oder eine Leistungsregelung des Antriebsaggregats eingegriffen werden, dass der vom Fahrer vorgenommene Überholvorgang verhindert wird.
Schließlich offenbart die DE 43 13 568 C1 einen Spurwechselassistenten, der eine Einheit zum Überwachen des Vor- und Rückraums des Kraftfahrzeugs auf der Momentanspur und der Zielspur umfasst, die vorhandene Objekte detektiert und die Abstände und Relativgeschwindigkeiten der Objekte zum Kraftfahrzeug bestimmt. Aus den ermittelten Daten werden Sicherheitsabstände des eigenen Kraftfahrzeugs zu den detektierten Objekten ermittelt. Wird eine Spurwechselabsicht des Fahrers detektiert, werden Spurwechselmanöver unter Berücksichtigung der ermittelten Sicherheitsabstände simuliert. Besitzt das Kraftfahrzeug eine Abstandsregeleinrichtung bzw. ein abstandsbezogenes Geschwindigkeitsregelsystem, wird als Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug auf der Momentanspur der durch die Abstandsregeleinrichtung vorgegebene Abstand ermittelt bzw. vorgegeben. Wird erkannt, dass ein sicherer Spurwechsel möglich ist, wird dies dem Fahrer mitgeteilt. Besitzt das Fahrzeug eine automatische Längsregel- und Querregeleinrichtung, kann auch ein autonomer Fahrspurwechsel gemäß dem simulierten Spurwechselmanöver vorgenommen werden.
Die bekannten Spurwechselassistenten unterstützen den Fahrer entweder indem sie den Fahrer bei einer möglichen Gefahr warnen oder eine entsprechende Längs- und/oder Querregelung vornehmen. Selbst wenn die bekannten Spurwechselassistenten den Einsatz eines abstandsbezogen Geschwin digkeitsregelsystem berücksichtigen, so erfolgt dies nur in der Weise, dass dieses deaktiviert wird oder der vorgegebene Abstand der Abstandsregelung als Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug auf der Momentanspur vorgegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine verbesserte Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Fahrspurwechsel von einer Momentanspur auf eine benachbarte Zielspur, insbesondere während einer abstandsgeregelten Folgefahrt mit einem vorgegebenen Abstand auf ein vorausfahrendes Fahrzeug auf der Momentanspur, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen integrierten Quer- und Längsregelassistenten nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass derzeit abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsysteme, Spurhaltesysteme und Spurveriassen-Warnsysteme unabhängig voneinander funktionieren. Aber gerade beim Spurwechsel, bei dem der Fahrer sowohl in der Längs- wie auch in der Querführung unterstützt werden soll, ist es sinnvoll, die bekannten Systeme im Hinblick auf den Spurwechsel zu erweitern und in ein gemeinsames, den Spurwechsel unterstützendes Fahrerassistenzsystem, einen sog. integrierten Quer- und Längsführungsassistenten zusammenzufassen. Somit können die zur Unterstützung des Spurwechsels notwendigen Systemkomponenten und Steuer- und Regeleinheiten aus den bekannten und ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Systemen verwendet werden. Dies führt einerseits zu einer erheblichen Kostenreduzierung und andererseits ist auch kein zusätzlicher Bauraum im Kraftfahrzeug erforderlich.
Weiter liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Fahrer beim selbstständigen Spurwechsel ohne Unterstützung alle relevanten Umge bungsfahrzeuge berücksichtigt und seinen Spurwechsel darauf abstimmt. Dies ist insbesondere beim Einscheren in knappe Lücken im Kolonnenverkehr von Bedeutung. In diesen Fällen beschleunigt ein vorausschauender Fahrer schon vor dem Spurwechsel, verkürzt den Abstand zu den Vorderfahrzeugen auf der Momentanspur und Zielspur in angemessenem Ausmaß, schert auf die Zielspur aus, und lässt sich anschließend wieder etwas zurückfallen, um dem neuen vorausfahrendem Fahrzeug auf der Zielspur im angemessenen Abstand folgen zu können. Diese Strategie ermöglicht ihm einen Spurwechsel in knappe Lücken.
Der erfindungsgemäße integrierte Quer- und Längsführungsassistent für ein Kraftfahrzeug zur Unterstützung des Fahrers beim Fahrspurwechsel von einer Momentanspur auf eine Zielspur umfasst eine Umfeldsensorik zur Erfassung des Verkehrsumfeldes einschließlich des Verkehrs auf einer Zielspur, eine Erkennungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, anhand der Daten der Umfeldsensorik eine Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur zu erkennen, eine Entscheidungseinrichtung zur Entscheidung, ob ein Spurwechselwunsch des Fahrers anzunehmen ist, eine Trajektorienberechnungseinheit, die im Falle eines Spurwechselwunsches und bei Erkennen einer ausreichenden Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur aus den Daten der Umfeldsensorik, bspw. den Abständen, Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen der vorausfahrenden Fahrzeuge und des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeug auf der Zielspur eine Spurwechseltrajektorie ermittelt, und eine Befehlseinrichtung, die in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie einen Querführungsbefehl an ein Querführungsregelystem und einen Beschleunigungsbefehl an ein Geschwindigkeitsregelsystem ausgibt.
Die mit verschiedenen Sensoren zur Überwachung des Vor-, Rück, und Seitenraums des Kraftfahrzeugs ausgestattete Umfeldsensorik erfasst zusätzlich zum vorausfahrendem Fahrzeug auf der Momentanspur unmittelbar vorausfahrende, rückwärtige und seitliche Fahrzeuge auf der Zielspur. Die Sensoren können Sensoren des abstandsbezogenen Geschwindigkeitsregelsystems und/oder eines Spurhaltesystems und/oder eines Spurverlassen-Warnsystems sein. Es können auch noch zusätzliche Sensoren vorhanden sein, die den rückwärtigen und seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs überwachen. Auch die gesamte Umfeldsensorik kann eine Komponente des abstandsgeregelten Geschwindigkeitsregelsystems oder Spurhaltesystems sein. Zusätzlich kann bspw. über eine in die Umfeldsensorik integrierte Bildverarbeitungseinheit, die Teil eines im Kraftfahrzeug integrierten Spurhaltesystems oder Spurverlassen-Warnsystems sein kann, die Lage, Breite und Krümmung der Momentanspur erfasst werden und daraus die Position der Umgebungsfahrzeuge in Relation zu den Fahrspuren bestimmt werden. Durch Speicherung dieser Daten für einen relevanten Zeitraum und Modellierung ist auch eine Spurzuordnung der rückwärtigen Fahrzeuge möglich.
Wird der Spurwechselwunsch und die ausreichende Lücke während einer durch das abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsystem vorgenommenen abstandsgeregelten Folgefahrt des Kraftfahrzeugs mit einem vorgegebenen Abstand auf ein vorausfahrendes Fahrzeug detektiert, berechnet die Trajektorienberechnungseinheit eine derartige Spurwechseltrajektorie, so dass die Behinderung eines vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs minimiert und gleichzeitig ein ausreichend sicherer Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen eingehalten wird. In Abhängigkeit von den relevanten Daten des rückwärtigen Fahrzeugs ist somit eine optimale Spurwechsel-trajektorienermittlung möglich.
Durch die von der Befehlseinrichtung ausgegebenen Querführungsbefehle werden die Aktuatoren des Querführungsregelsystems, und durch die ausgegebenen Beschleunigungsbefehle die Aktuatoren des Geschwindigkeitsregelsystems angesteuert. Hierbei werden die aktuellen Fahrzeugdaten wie Position und Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung auf Abweichungen zur ermittelten Spurwechseltrajektorie überwacht und aus den Soll-Ist-Differenzen der Daten entsprechende Stellbefehle an die Aktuatorik abgegeben. Der Querführungsbefehl kann entweder zu einem zusätzlichen Lenkmoment am Lenkrad führen oder direkt zu einem Eingriff in den Radwinkel. Er kann aber auch zu einem derartigen Bremseingriff führen, dass ähnlich einem Stabilitäts-Kontroll-System, eine bestimmte Querführung des Kraftfahrzeugs erreicht wird.
Das Geschwindigkeitsregelsystem erzeugt durch die von der Befehlseinrichtung vorgegebene Beschleunigung ein Bremsmoment und/oder Antriebsmoment. Anstelle der erzeugten Brems- oder Antriebsmomente können aus den Beschleunigungsbefehlen auch Ansteuersignale für ein haptischen Gaspedal und/oder Bremspedal generiert werden.
Das Querführungsregelsystem erzeugt durch die von der Befehlseinrichtung vorgegebene Querführung ein Lenkmoment am Lenkrad, wodurch der Fahrer beim Lenken unterstützt wird. Aus Sicherheitsgründen sind vorteilhafterweise alle Stellbefehle bzw. die dadurch erzeugten Ansteuerung der Aktuatoren übersteuerbar.
Vorteilhafterweise wird die Spurwechseltrajektorie derart ermittelt, dass sie an die aktuellen Abstände, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der vorausfahrenden Fahrzeuge so angepasst ist, dass das Kraftfahrzeug durch angemessenes Beschleunigen schon während des Spurwechsels vorgenommenen vorübergehenden Aufschließens auf die vorausfahrenden Fahrzeuge die Behinderung des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs auf der Zielfahrspur möglichst gering hält und somit das Gesamtrisiko nach vorne und hinten minimiert wird. Die Spurwechseltrajektorie gibt somit einen derartigen Verlauf vor, dass mit abnehmender Querüberlappung des Kraftfahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug der vorgegebene Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug reduziert wird. Das abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsystem regelt dann während der Folgefahrt nicht mehr auf einen in der Regel konstant vorgegebenen Abstand, sondern auf den sich durch die Spurwechseltrajektorie vorgegebenen kontinuierlich verändernden reduzierten Abstand. Dadurch ist ein Spurwechsel auch bei sehr kleinen Lücken auf der Zielspur, bspw. im Kolonnenverkehr möglich.
Bei vollständiger Überlappung kann der reduzierte Abstand entweder dem durch das Geschwindigkeitsregelsystem vorgegebenen Abstand, oder bereits einem zu diesem Abstand tatsächlich reduziertem Abstand entsprechen. In Abhängigkeit von der abnehmenden Querüberlappung des Kraftfahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug erfolgt somit ein automatisches Aufschließen zu dem vorausfahrenden Fahrzeug.
Vorteilhafterweise darf der durch den Beschleunigungsbefehl eingestellte vorgegebene reduzierte Abstand einen ermittelten Mindestabstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Momentanspur nicht unterschreiten. Dieser Sicherheitsabstand ist notwendig, damit bei einer plötzlichen Gefahrensituation noch die Möglichkeit besteht, einen Auffahrunfall zu vermeiden. Ebenso muss auch der Sicherheitsabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Zielspur eingehalten werden. Der Mindestabstand kann fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, bspw. der Momentangeschwindigkeit oder dem Fahrverhalten des Fahrers variabel sein.
Vorteilhafterweise wird die Spurwechseltrajektorie im Hinblick auf den reduzierten Abstand in Abhängigkeit vom Abstand und/oder der Relativgeschwindigkeit und/oder der Relativbeschleunigung des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs bestimmt oder korrigiert. Bleibt beispielsweise der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem rückwärtigen Fahrzeug während des gesamten Spurwechsels ausreichend groß, wird die Trajektorie derart bestimmt, dass nur eine so große Beschleunigung erzeugt wird, dass das anschließende Verzögern und Zurückfallen nach dem Spurwechsel auf der Zielspur mit Hilfe einer moderaten, begrenzten Verzögerung, vorteilhafterweise in der Größe des Motorschleppmoments, erfolgen kann und kein zusätzlicher Bremseingriff erforderlich ist. Nähert sich das rückwärtige Fahrzeug jedoch aufgrund hoher Relativgeschwindigkeit oder Relativbeschleunigung so schnell an das den Spurwechsel ausführende Kraftfahrzeug an, dass der Spurwechsel möglichst früh bzw. schnell durchgeführt werden muss, wird die Trajektorie derart bestimmt, dass zur Erhaltung eines möglichst großen Abstands zum rückwärtigen Fahrzeug auf der Zielspur eine stärkere Beschleunigung unter Inkaufnahme einer anschließenden aktiven Verzögerung des Kraftfahrzeugs durch einen Eingriff in das Bremssystem zum Erreichen des vorgegebenen Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug auf der Zielspur erforderlich ist.
Vorteilhafterweise wird die ermittelte Spurwechseltrajektorie kontinuierlich an die ermittelten Abständen, Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen der vorausfahrenden Fahrzeuge und des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeug auf der Zielspur angepasst, d. h. die Spurwechseltrajektorie wird während des Spurwechsels bei Bedarf fortlaufend an geänderte Positions- und/oder Bewegungsparameter der Umgebungsfahrzeuge angepasst. Dadurch können bspw. die notwendigen Sicherheitsabstände zu den Umgebungsfahrzeugen aufrechterhalten werden.
Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie eine erste Risikobewertung für das vom Spurwechsel betroffene rückwärtige Fahrzeug auf der Zielspur vorgenommen. Anhand dieser ersten Risikobewertung kann selbst bei einer momentan ausreichenden Lücke auf der Zielspur ein Spurwechsel unterbunden bzw. nicht vorgenommen werden, falls bspw. aufgrund der Beschleunigung des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs auf der Zielspur ein zu hohes Risiko für die beteiligten Fahrzeuge entstehen würde. Überschreitet der ermittelte Wert der ersten Risikobewertung einen vorgegebenen Schwellwert, dann werden entweder keine Beschleunigungs- und/oder Querführungsbefehle erzeugt, oder es werden solche Beschleunigungs- und/oder Querführungsbefehle erzeugt, die einen Spurwechsel verhindern oder abbrechen.
Schließlich kann die Spurwechseltrajektorie auch in Abhängigkeit von einer zweiten Risikobewertung ermittelt werden, wobei die zweite Risikobewertung das Risiko für das eigene Kraftfahrzeug während des Spurwechsels bewertet. Wird eine Spurwechselabsicht des Fahrers detektiert, dann wird in einem ersten Schritt das Risiko für das Kraftfahrzeug während des Spurwechsels ermittelt. Übersteigt das Risiko eine vorgegebene Risikoschwelle, wird dem System ein Signal übermittelt, dass kein Spurwechsel möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die auf der Zielspur ermittelte Lücke zu klein ist, oder wenn das eigene Kraftfahrzeug auf der Momentanspur derart beschleunigen müsste, dass der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug auf der Momentanspur oder Zielspur während des Spurwechsels einen kritischen Sicherheitsabstand unterschreiten würde. Ist eine ausreichende Lücke vorhanden, und wird diese jedoch bspw. aufgrund der Beschleunigung des rückwärtigen Fahrzeugs immer kleiner, wird eine Spurwechseltrajektorie ermittelt, die einen schnellen Spurwechsel ermöglicht.
Die Spurwechselabsicht wird in der Regel beim Setzen des Blinkers detektiert. Sie kann aber auch durch das Zufahren des Kraftfahrzeugs auf die Spurbegrenzung, das wiederum aus dem Absinken der gemessenen sog. „Time to line crossing" unter einen Schwellwert abgeleitet werden kann, detektiert werden.
Vorteilhafterweise kann die Umfeldsensorik das gesamte Verkehrsumfeld, also den gesamten Vor- und Rückraum des Kraftfahrzeugs auf der Momentanspur und der Zielspur erfassen. Umfasst die Umfeldsensorik jedoch keine Sensoren zur Erfassung des rückwärtigen Verkehrs, berechnet die Trajektorienberechnungseinheit im Falle eines Spurwechselwunsches während einer abstandsgeregelten Folgefahrt des Kraftfahrzeugs eine derartige Spurwech seltrajektorie, dass lediglich ein ausreichender Minimumabstand zu den vorausfahrenden Fahrzeugen eingehalten wird. Die Trajektorienberechnungseinheit geht somit davon aus, dass kein rückwärtiges Fahrzeug vorhanden ist. Falls doch ein derartiges Fahrzeug vorhanden ist, muss der Fahrer bei Bedarf selbständig die Trajektorie daran anpassen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen integrierten Quer- und Längsführungsassistenten und
2a–2e einen gemäß der Erfindung durchgeführten Spurwechsel zu verschiedenen Zeitpunkten zur Veranschaulichung der ermittelten Spurwechseltrajektorie.
Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug KFZ auf einer Momentanspur MS während einer abstandsgeregelten Folgefahrt mit einem vorgegebenen Abstand auf ein vorausfahrendes Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur MS. Auf einer Nachbarspur, der Zielspur ZS, befindet sich zusätzlich ein vorausfahrendes Fahrzeug vF2 und ein rückwärtiges Fahrzeug rF. Das Kraftfahrzeug KFZ ist mit einem abstandsbezogenen Geschwindigkeitsregelsystem G zur Regelung der Geschwindigkeit auf eine vorgegebene Geschwindigkeit oder – wie hier – auf einen vorgegebenen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug vF1, mit einem Querführungsregelsystem Q zur Regelung der Querbewegung des Kraftfahrzeugs durch Erzeugen eines Lenkmoments auf das Lenkrad und mit einem integrierten Quer- und Längsführungsassistenten iQLA ausgestattet. Der integrierte Quer- und Längsführungsassistent iQLA dient zur Unterstützung des Fahrers des Kraftfahrzeugs KZF beim Fahrspurwechsel von der Momentanspur MS auf die benachbarte Zielspur ZP während der abstandsgeregelten Folgefahrt.
Der integrierte Quer- und Längsführungsassistent iQLA umfasst eine mit verschiedenen Sensoren S ausgestattete Umfeldsensorik US mit einer Bildverarbeitungseinheit BV, eine Erkennungseinrichtung EK, eine Entscheidungseinrichtung EN, eine Trajektorienberechnungseinheit T, eine Risikobewertungseinheit R und eine Befehlseinrichtung BE.
Die mit verschiedenen Sensoren S zur Überwachung des Vor-, Rück, und Seitenraums des Kraftfahrzeugs ausgestattete Umfeldsensorik US erfasst zusätzlich zum vorausfahrendem Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur MS unmittelbar vorausfahrende, rückwärtige und seitliche Fahrzeuge vF1 und rF auf der Zielspur ZS. Die Sensoren S können Sensoren des abstandsbezogenen Geschwindigkeitsregelsystems G und/oder eines das Querführungsregelsystem Q umfassendes Spurhaltesystems und/oder eines Spurverlassen-Warnsystems sein. Es können auch noch zusätzliche Sensoren S vorhanden sein, die den rückwärtigen und seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs KFZ überwachen. Auch die gesamte Umfeldsensorik US kann eine Komponente des abstandsgeregelten Geschwindigkeitsregelsystems G und/oder eines das Querführungsregelsystem Q umfassendes Spurhaltesystems und/oder eines Spurverlassen-Warnsystems sein.
Zusätzlich werden über eine in der Umfeldsensorik US integrierten Bildverarbeitungseinheit BV Lage, Breite und Krümmungen der Fahrspuren MS und ZS erfasst und die Position der Umgebungsfahrzeuge vF1, vF2 und rF in Relation zu den Fahrspuren bestimmt. Durch Speicherung dieser Daten für den relevanten Zeitraum und Modellierung und Propagierung des Fahrzeugszustandes ist auch eine Spurzuordnung des rückwärtigen Fahrzeugs rF möglich. Die Bildverarbeitungseinheit BV ist nicht zwingend erforderlich, sondern kann auch durch alternative Methoden der Fahrspurbestimmung ersetzt werden. Die Umfeldsensorik US gibt unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit v und der Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs KFZ die relevanten Daten wie Abstand d, relative Geschwindigkeit vrel und relative Be schleunigung arel der Umgebungsfahrzeuge vF1, vF2 und rF zum Kraftfahrzeug KFZ an die Erkennungseinrichtung EK weiter.
Die Erkennungseinrichtung EK ist dazu ausgebildet, um anhand der Daten d, vrel und arel der Umfeldsensorik US eine Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur erkennen zu können. Ist eine derartige Lücke erkennbar, sendet die Erkennungseinrichtung EK ein Signal lü an die Trajektorienberechnungseinheit T.
Schließlich umfasst der integrierte Quer- und Längsführungsassistent iQLA eine Entscheidungseinrichtung EN, die entscheidet, ob ein Spurwechselwunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs KFZ anzunehmen ist. Sobald durch Indikatoren wie das Setzen eines Blinkers oder das Zufahren auf die Spurberandung der Beginn eines Spurwechsels erkannt wird, sendet die Entscheidungseinrichtung EN ein Signal w an die Trajektorienberechnungseinheit T.
Wird eine Spurwechselabsicht und eine ausreichende Lücke detektiert und daraufhin Signale w und lü an die Trajektorienberechnungseinheit T übermittelt, ermittelt diese in Abhängigkeit von den ermittelten Abständen d, den Relativgeschwindigkeiten vrel und Relativbeschleunigungen arel eine Spurwechseltrajektorie traj derart, dass mit abnehmender Querüberlappung des Kraftfahrzeugs KFZ auf das vorausfahrende Fahrzeug vF1 der vorgegebene Folgeabstand dacc reduziert wird. Dadurch wird einerseits die Behinderung des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs rF minimiert und andererseits ein ausreichender Sicherheitsabstand zu den vorausfahrenden Fahrzeugen vF1 und vF2 eingehalten.
Die Befehlseinrichtung BE gibt dann in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie einen Querführungsbefehl q an das Querführungsregelystem Q und einen Beschleunigungsbefehl l an das Geschwindigkeitsregelsystem G aus.
Zusätzlich wird die ermittelte Spurwechseltrajektorie traj an eine erste Risikobewertungseinheit R übermittelt, die in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie traj eine erste Risikobewertung für das vom Spurwechsel betroffene rückwärtige Fahrzeug rF vornimmt. Der ermittelte Wert r wird ebenfalls an die Befehlseinrichtung BE übermittelt. Übersteigt der Wert r der ersten Risikobewertung einen vorgegebenen Grenzwert, werden von der Befehlseinrichtung keine Querführungsbefehle q und Beschleunigungsbefehle l in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie traj ausgegeben, da dies zu einer Gefahrensituation führen würde. Wurde der Spurwechsel bereits eingeleitet und ergibt sich erst währenddessen ein Risikowert r der größer als der vorgegebene Grenzwert ist, können auch Stellbefehle l und q erzeugt werden, die das Kraftfahrzeug KFZ wieder auf die Momentanspur MS zurückführen.
Die 2a–2e zeigen einen gemäß der Erfindung vorgenommenen Spurwechsel zu verschiedenen Zeitpunkten.
2a zeigt eine Verkehrsituation, bei der das Kraftfahrzeug KFZ auf einer Momentanspur MS während einer abstandsgeregelten Folgefahrt mit einem vorgegebenen Abstand dacc einem vorausfahrendes Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur MS folgt. Zur Abstandsregelung wird ein allgemein bekanntes, hier nicht dargestelltes abstandsbezogenes Geschwindigkeitsregelsystem verwendet. Das vorausfahrende Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur bewegt sich momentan mit der Geschwindigkeit v1. Auf einer Nachbarspur, der Zielspur ZS, befindet sich zusätzlich ein vorausfahrendes Fahrzeug vF2 mit der Geschwindigkeit v2, die größer ist als v1 ist, und ein rückwärtiges Fahrzeug rF mit einer Geschwindigkeit v1. Mittels einer hier nicht dargestellten Umfeldsensorik im Kraftfahrzeug KFZ werden zusätzlich zum vorausfahrenden Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur MS das unmittelbar vorausfahrende Fahrzeug vF2 und das rückwärtige rF auf der Zielspur ZS erfasst und für jedes erfasste Fahrzeug vF1, vF2 und rF der Abstand, die Relativgeschwindigkeit und Relativbeschleunigung zum Kraftfahrzeug KFZ ermittelt. Weiter werden mittels der hier nicht dargestellten Erkennungseinrichtung die Daten der Umfeldsensorik derart ausgewertet, ob eine Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur vorliegt. Bei der hier dargestellten Verkehrssituation ist eine ausreichende Lücke vorhanden, weshalb die Erkennungseinrichtung ein entsprechendes Signal an die Trajektorienberechnungseinheit sendet.
Der Fahrer des Kraftfahrzeug KFZ beabsichtigt nun, einen Spurwechsel vorzunehmen und zeigt dies durch Betätigung seines Blinker BL an. Daraufhin erkennt die hier nicht dargestellte Entscheidungseinrichtung einen Spurwechselwunsch des Fahrers und gibt ein entsprechendes Signal an die Trajektorienberechnungseinheit ab. Daraufhin wird in Abhängigkeit von den ermittelten Abständen, Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen der vorausfahrenden Fahrzeuge vF1 und vF2 und des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeug rF auf der Zielspur ZS eine Spurwechseltrajektorie ermittelt. Die Spurwechseltrajektorie traj ist derart ausgestaltet, dass mit abnehmender Querüberlappung des Kraftfahrzeugs KFZ zum vorausfahrenden Fahrzeug vF1 der vorgegebene Abstand dacc reduziert wird. In Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie werden durch die Befehlseinrichtung Beschleunigungsbefehle und Querführungsbefehle an Stellaktuatoren des Geschwindigkeitsregelsystems und Querführungsregelsystems, so dass das Fahrzeug dem Verlauf der ermittelten Spurwechseltrajektorie folgt.
2b zeigt die Auswirkung auf alle Umgebungsfahrzeuge vF1, vF2 und rF zu Beginn des Spurwechsels. Um das rückwärtige Fahrzeug rF möglichst wenig zu behindern, schließt das Kraftfahrzeug KFZ entsprechend der vorgegebenen Spurwechseltrajektorie traj bereits bei noch vollständiger Überlappung durch Beschleunigung geringfügig auf das vorausfahrende Fahrzeug vF1 auf der Momentanspur MS bis zu einem Abstand d1 auf. Der durch das Geschwindigkeitsregelsystem vorgegebene Abstand dacc wird reduziert. Die Reduzierung des Abstands dacc auf den Abstand d1 kann bspw. proportional zum vorgegebenen Abstand dacc erfolgen.
Sobald der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug KFZ und dem vorausfahrendem Fahrzeug vF1 dem reduzierten Abstand d1 entspricht, werden entsprechend der ermittelten Spurwechseltrajektorie traj zusätzlich zu den Beschleunigungsbefehlen l an das Geschwindigkeitsregelsystem G auch Querführungsbefehle q an das Querführungsregelsystem Q übermittel. Das Kraftfahrzeug KFZ beginnt nun den tatsächlichen Spurwechsel, siehe 2c. In Abhängigkeit vom dem durch die Querregelung erzeugten Querversatz QV bzw. Querüberlappung des Kraftfahrzeugs KFZ zum vorausfahrenden Fahrzeug vF1 wird durch entsprechende Ansteuerung des Geschwindigkeitsregelsystems der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug KFZ und dem vorausfahrenden Fahrzeug vF1 weiter kontinuierlich verkürzt. Der sich einstellende Abstand ist mit dem Bezugszeichen d123 gekennzeichnet. Die Reduzierung kann in Abhängigkeit vom vorgegebenen Abstand dacc ermittelt werden. Bei der Ermittlung der Spurwechseltrajektorie traj wird jedoch ein Minimumabstand dmin zu den vorausfahrenden Fahrzeugen vF1 und vF2 berücksichtigt, der aus Sicherheitsgründen nicht unterschritten werden darf.
Zusätzlich zu den ermittelten Daten des vorausfahrenden Fahrzeugs vF1 auf der Momentanspur MS werden von Anfang an auch die ermittelten Daten des vorausfahrenden Fahrzeugs vF2 auf der Zielspur bei der Ermittlung der Spurwechseltrajektorie berücksichtigt.
Um eine Beschleunigung in Lücken zu ermöglichen, kann auch der vom Geschwindigkeitsregelsystem vorgegebene Abstand dacc zum vorausfahrende Fahrzeug vF2 auf der Zielspur unterschritten werden, falls dies zu einer geringeren Behinderung des rückwärtigen Fahrzeugs führt. So zeigt
2d, dass bei der hier dargestellten Verkehrsituation nach dem tatsächlichen Spurwechsel der Abstand d3 zwischen dem Kraftfahrzeug KFZ und dem vorausfahrenden Fahrzeug vF2 auf der Zielspur ZS geringer ist als der vorgegebene Abstand dacc. Der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug KFZ und dem rückwärtigen Fahrzeug rF ist somit maximal und führt zu einer möglichst geringen Behinderung des rückwärtigen Fahrzeugs rF. Der zum Spurwechsel erforderliche Lenkeingriff für die Querbewegung des Kraftfahrzeugs KFZ bzw. der ausgegebene Querführungsbefehl wird nach dem Spurwechsel entsprechend der ermittelten Trajektorie traj wieder zurückgenommen bzw. derart verändert, dass das Kraftfahrzeug KFZ auf der Zielspur ZS gehalten wird.
Nach dem Spurwechsel wird das Geschwindigkeitsregelsystem durch die Befehlseinrichtung derart angesteuert, dass das Kraftfahrzeug KFZ entsprechend der vorgegebenen Spurwechseltrajektorie traj wieder den vorgegebenen Abstand dacc zum vorausfahrenden Fahrzeug vF2 erreicht. Optimalerweise erfolgt dies nicht durch einen Bremseingriff, sondern durch Ausnutzen der Verringerung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs während des Schubbetriebs.

Claims

Integrierter Quer- und Längsführungsassistent für ein Kraftfahrzeug zur Unterstützung des Fahrers beim Fahrspurwechsel von einer Momentanspur auf eine Zielspur, mit einer Umfeldsensorik zur Erfassung des Verkehrsumfeldes einschließlich des Verkehrs auf einer Zielspur, mit einer Erkennungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, anhand der Daten der Umfeldsensorik eine Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur zu erkennen, mit einer Entscheidungseinrichtung zur Entscheidung, ob ein Spurwechselwunsch des Fahrers anzunehmen ist, mit einer Trajektorienberechnungseinheit, die im Falle eines Spurwechselwunsches und bei Erkennen einer ausreichenden Lücke für ein gefahrloses Einscheren auf die Zielspur aus den Daten der Umfeldsensorik eine Spurwechseltrajektorie ermittelt, und mit einer Befehlseinrichtung, die in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie einen Querführungsbefehl an ein Querführungsregelystem und einen Beschleunigungsbefehl an ein Geschwindigkeitsregelsystem ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsregelsystem (G) ein abstandsbezogenes Geschwindigkeitsregelsystem (G) ist und dass während einer abstandsgeregelten Folgefahrt des Kraftfahrzeugs (KFZ) mit einem vorgegebenen Abstand (dacc) auf ein vorausfahrendes Fahrzeug (vF1) die Trajektorienberechnungseinheit (T) eine derartige Spurwechseltrajektorie (traj) berechnet, dass die Behinderung eines vom Spurwechsel betroffenen rück wärtigen Fahrzeugs (rF) minimiert und ein ausreichender Minimumabstand (dmin) zu den vorausfahrenden Fahrzeugen (vF1, vF2) eingehalten wird.
Integrierter Quer- und Längsregelassistent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalabstand (dmin) während des Spurwechsels kleiner als der vorgegebene Folgeabstand (dacc) ist.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurwechseltrajektorie (traj) derart ausgestaltet ist, dass mit abnehmender Querüberlappung (QV) des Kraftfahrzeugs (KFZ) zum vorausfahrenden Fahrzeug (vF1) der vorgegebene Abstand (dacc) zum vorausfahrenden Fahrzeug (vF1) reduziert wird.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene reduzierte Abstand (d1, d123, d3) in Abhängigkeit vom Abstand (d) und/oder der Relativgeschwindigkeit (vrel) und/oder der Relativbeschleunigung (arel) des vom Spurwechsel betroffenen rückwärtigen Fahrzeugs (rF) korrigiert wird.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsbefehle (l) und/oder Längsführungsbefehle (q) vom Fahrer übersteuerbar sind.
integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Spurwechseltrajektorie (traj) kontinuierlich an die ermittelten Daten (d, vrel, arel) der Umfeldsensorik (US) angepasst wird.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie (traj) eine erste Risikobewertung (r) für das vom Spurwechsel betroffene rückwärtige Fahrzeug (rF) vorgenommen wird.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurwechseltrajektorie (traj) in Abhängigkeit von einer zweiten Risikobewertung ermittelt wird, wobei die zweite Risikobewertung das Risiko für das Kraftfahrzeug (KFZ) während des Spurwechsels bewertet.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurwechselabsicht beim Setzen des Blinkers (BL) oder beim Absinken eines Zeitintervalls bis zu einer Spurüberschreitung unter einen vorgegebenen Schwellwert detektiert wird.
Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umfeldsensorik (US), die nur das Verkehrsumfeld im Vorfeld des Kraftfahrzeugs erfassen kann, die Trajektorienberechnungseinheit (T) im Falle eines Spurwechselwunsches während einer abstandsgeregelten Folgefahrt des Kraftfahrzeugs (KFZ) mit einem vorgegebenen Abstand (dacc) auf ein vorausfahrendes Fahrzeug (vF1) in Abhängigkeit der Daten der Umfeldsensorik (US) eine derartige Spurwechseltrajektorie (traj) berechnet, dass ein ausreichender Minimumabstand (dmin) zu den vorausfahrenden Fahrzeugen (vF1, vF2) eingehalten, wobei der Minimalabstand (dmin) kleiner als der vorgegebene Abstand (dacc) ist.