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DE102006043149B4 - Integrated lateral and longitudinal guidance assistant to support the driver when changing lanes - Google Patents

Integrated lateral and longitudinal guidance assistant to support the driver when changing lanes Download PDF

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DE102006043149B4
DE102006043149B4 DE102006043149.9A DE102006043149A DE102006043149B4 DE 102006043149 B4 DE102006043149 B4 DE 102006043149B4 DE 102006043149 A DE102006043149 A DE 102006043149A DE 102006043149 B4 DE102006043149 B4 DE 102006043149B4
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Peter Zahn
Christian Kölbl
Dr. Funk Kilian
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

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 Querführungsregelsystem und einen Beschleunigungsbefehl an ein Geschwindigkeitsregelsystem ausgibt, wobei 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 rückwärtigen Fahrzeugs (rF) minimiert und ein ausreichender Minimumabstand (dmin) zu den vorausfahrenden Fahrzeugen (vF1, vF2) auf der Momentanspur (MS) und der Zielspur (ZS) eingehalten wird und 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

Figure DE102006043149B4_0000
Integrated lateral and longitudinal guidance assistant for a motor vehicle to assist the driver when changing lanes from a current lane to a target lane, with an environment sensor system for detecting the traffic environment including the traffic in a target lane, with a detection device which is designed to use the data from the environment sensor system to detect a gap for safely merging into the target lane, with a decision device for deciding whether a lane change request from the driver is to be assumed, with a trajectory calculation unit which, in the event of a lane change request and when a sufficient gap for safely merging into the target lane is detected, determines a lane change trajectory from the data from the environment sensor system, and with a command device which, depending on the lane change trajectory determined, issues a lateral guidance command to a lateral guidance control system and an acceleration command to a cruise control system, wherein the cruise control system (G) is a distance-related cruise control system (G) and that during a distance-controlled following journey of the motor vehicle (KFZ) at a predetermined distance (dacc) from a vehicle driving ahead (vF1), the trajectory calculation unit (T) calculates a lane change trajectory (traj) such that the obstruction of a rear vehicle (rF) affected by the lane change is minimized and a sufficient minimum distance (dmin) to the vehicles driving ahead (vF1, vF2) on the current lane (MS) and the target lane (ZS) is maintained and the lane change trajectory (traj) is designed in such a way that with decreasing transverse overlap (QV) of the motor vehicle (KFZ) to the vehicle in front (vF1), the specified distance (dacc) to the vehicle in front (vF1) is reduced
Figure DE102006043149B4_0000

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.The invention relates to an integrated lateral and longitudinal guidance assistant for assisting the driver when changing lanes from a current lane to an adjacent target lane according to the preamble of claim 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.Motor vehicles are increasingly being equipped with more and more driver assistance systems that are designed to support the driver in carrying out certain driving maneuvers and also to intervene in critical situations or issue a warning to the driver. To support the driver in controlling the length of his motor vehicle, for example, distance-related cruise control systems are known in which the speed of the vehicle is regulated either to a predetermined speed or, if there is a vehicle ahead, to a predetermined distance from this vehicle ahead. If a lane is changed during such a following journey, the distance-related cruise control system must either be temporarily deactivated, overridden by the driver, or switched to the vehicle ahead in the target lane in order to enable the vehicle ahead in the start lane to approach and overtake.

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.There are also driver assistance systems that support the driver in lateral control of their vehicle with a view to driving within their lane. These systems support the driver in keeping in lane by applying an additional steering torque to the steering wheel towards the center of the lane and/or may warn acoustically and/or by vibrations in the steering wheel if the driver unintentionally leaves their lane.

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.If the driver wants to change lanes when the assisted lateral guidance is active, such systems are a hindrance because they always steer the vehicle towards the middle of the lane and/or irritate the driver with the warnings. To avoid this problem, we use a procedure according to the EN 10 2004 012 144 A1 steering intervention is prevented if a lane change is detected.

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.Especially for lane changes, which require increased attention from the driver, systems that make it easier for the driver to change lanes from a current lane to an adjacent lane are important.

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.This is from the DE 102 10 723 A1 A lane change assistant is known which, when it detects the driver's intention to change lanes, controls the lateral guidance from the current lane to the target lane with varying degrees of dynamics depending on the operation of a corresponding control element. If the motor vehicle also has an automatic longitudinal guidance system, the detection range of a radar installed in the vehicle can also be adjusted to suit the lane change and/or the driving speed can be increased when changing lanes, depending on the signal sent out by the above-mentioned control element.

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.The DE 197 25 656 A1 discloses an overtaking assistant which, when detecting an intention to change lanes, calculates an overtaking distance and/or an overtaking time depending on the vehicles ahead and behind detected. If overtaking is not possible without danger, the driver is warned. If the driver does not react, the steering and/or braking system and/or a power control of the drive unit can also be intervened in such a way that the overtaking maneuver undertaken by the driver is prevented.

Die EP 1 040 026 B1 offenbart ein Verfahren zur Regelung von Geschwindigkeit und Abstand bei Überholvorgängen eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Unterstützung des Fahrers bei ausreichender Lücke ein Aufschließen (oder ggf. auch ein Vergrößern des Abstands) auf den Vordermann erfolgt.The EP 1 040 026 B1 discloses a method for controlling speed and distance when overtaking a motor vehicle, whereby, to assist the driver, the vehicle in front is closed (or, if necessary, the distance is increased) if there is a sufficient gap.

Im Hinblick auf das weitere technische Umfeld sind noch folgende Dokumente zu nennen: DE 198 21 122 A1 , DE 101 14 187 A1 und DE 100 12 737 B4 .With regard to the wider technical environment, the following documents should be mentioned: DE 198 21 122 A1 , EN 101 14 187 A1 and DE 100 12 737 B4 .

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.Finally, the DE 43 13 568 C1 a lane change assistant, which includes a unit for monitoring the front and rear areas of the motor vehicle in the current lane and the target lane, which detects existing objects and determines the distances and relative speeds of the objects to the motor vehicle. The data determined is used to determine the safety distances of the vehicle to the detected objects. If the driver's intention to change lanes is detected, lane change maneuvers are simulated taking the determined safety distances into account. If the motor vehicle has a distance control device or a distance-related cruise control system, the distance specified by the distance control device is determined or specified as the safety distance to the vehicle in front in the current lane. If it is recognized that a safe lane change is possible, this is communicated to the driver. If the vehicle has an automatic longitudinal and lateral control device, an autonomous lane change can also be carried out in accordance with the simulated lane change maneuver.

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 Geschwindigkeitsregelsystem 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.The well-known lane change assistants support the driver either by warning the driver of a possible danger or by carrying out appropriate longitudinal and/or lateral control. Even if the well-known lane change assistants take into account the use of a distance-related cruise control system, this only happens by deactivating it or by specifying the specified distance of the distance control as a safety distance from the vehicle ahead in the current lane.

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.The object of the invention is to provide an improved device for assisting the driver of a motor vehicle when changing lanes from a current lane to an adjacent target lane, in particular during a distance-controlled following journey with a predetermined distance to a vehicle driving ahead in the current lane.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen integrierten Quer- und Längsregelassistenten nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the invention by an integrated lateral and longitudinal control assistant according to claim 1. Advantageous further developments emerge from the dependent claims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass derzeit abstandsbezogene Geschwindigkeitsregelsysteme, Spurhaltesysteme und Spurverlassen-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.The invention is based on the knowledge that distance-related cruise control systems, lane keeping systems and lane departure warning systems currently function independently of one another. However, especially when changing lanes, where the driver is to be supported in both longitudinal and lateral guidance, it makes sense to expand the known systems with regard to lane changing and to combine them in a common driver assistance system that supports lane changing, a so-called integrated lateral and longitudinal guidance assistant. This means that the system components and control and regulation units required to support lane changing can be used from the known systems that are already present in the vehicle. On the one hand, this leads to a significant reduction in costs and, on the other hand, no additional installation space is required in the vehicle.

Weiter liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Fahrer beim selbstständigen Spurwechsel ohne Unterstützung alle relevanten Umgebungsfahrzeuge 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.The invention is also based on the knowledge that when changing lanes independently without assistance, the driver takes all relevant surrounding vehicles into account and adjusts his lane change accordingly. This is particularly important when pulling into narrow gaps in convoy traffic. In these cases, a driver who looks ahead accelerates before changing lanes, shortens the distance to the vehicles in front in the current lane and the target lane to an appropriate extent, pulls out into the target lane, and then drops back a little in order to be able to follow the new vehicle in front in the target lane at an appropriate distance. This strategy enables him to change lanes into narrow gaps.

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.The integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to the invention for a motor vehicle to assist the driver when changing lanes from a current lane to a target lane comprises an environmental sensor system for detecting the traffic environment including the traffic in a target lane, a detection device which is designed to use the data from the environmental sensor system to detect a gap for safely merging into the target lane, a decision device for deciding whether a driver's lane change request is to be assumed, a trajectory calculation unit which, in the event of a lane change request and when a sufficient gap for safely merging into the target lane is detected, determines a lane change trajectory from the data from the environmental sensor system, e.g. the distances, relative speeds and relative accelerations of the vehicles driving ahead and the rear vehicle affected by the lane change in the target lane, and a command device which, depending on the lane change trajectory determined, issues a lateral guidance command to a lateral guidance control system and an acceleration command to a cruise control system.

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.The environmental sensor system, which is equipped with various sensors for monitoring the front, rear and side areas of the motor vehicle, detects, in addition to the vehicle in front in the current lane, vehicles immediately ahead, behind and to the side in the target lane. The sensors can be sensors of the distance-related cruise control system and/or a lane keeping system and/or a lane departure warning system. There can also be additional sensors that monitor the rear and side areas of the motor vehicle. The entire environmental sensor system can also be a component of the distance-controlled cruise control system or lane keeping system. In addition, the position, width and curvature of the current lane can be recorded, for example via an image processing unit integrated into the environmental sensor system, which can be part of a lane keeping system or lane departure warning system integrated in the motor vehicle, and from this the position of the surrounding vehicles in relation to the lanes can be determined. By storing this data for a relevant period of time and modeling it, it is also possible to assign the rear vehicles to a lane.

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.If the lane change request and the sufficient gap are met during a distance-controlled following of the vehicle by the distance-related cruise control system, If a motor vehicle detects a lane change trajectory at a predetermined distance from a vehicle driving ahead, the trajectory calculation unit calculates such a lane change trajectory so that the obstruction of a rear vehicle affected by the lane change is minimized and at the same time a sufficiently safe distance from vehicles driving ahead is maintained. Depending on the relevant data of the rear vehicle, an optimal lane change trajectory determination is thus possible.

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.The lateral guidance commands issued by the command device control the actuators of the lateral guidance control system, and the acceleration commands issued control the actuators of the cruise control system. The current vehicle data such as position and speed or acceleration are monitored for deviations from the determined lane change trajectory and the corresponding control commands are issued to the actuators based on the target-actual differences in the data. The lateral guidance command can either lead to an additional steering torque on the steering wheel or directly to an intervention in the wheel angle. However, it can also lead to a braking intervention such that a certain lateral guidance of the vehicle is achieved, similar to a stability control system.

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.The cruise control system generates a braking torque and/or drive torque through the acceleration specified by the command device. Instead of the braking or drive torques generated, control signals for a haptic accelerator pedal and/or brake pedal can also be generated from the acceleration commands.

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.The lateral guidance control system generates a steering torque on the steering wheel through the lateral guidance specified by the command device, which assists the driver when steering. For safety reasons, all control commands and the resulting control of the actuators can advantageously be overridden.

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 erfindungsgemäß 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.The lane change trajectory is advantageously determined in such a way that it is adapted to the current distances, speeds and accelerations of the vehicles ahead so that the motor vehicle, by accelerating appropriately while temporarily catching up with the vehicles ahead, keeps the obstruction of the rear vehicle affected by the lane change in the target lane as low as possible and thus minimizes the overall risk to the front and rear. According to the invention, the lane change trajectory thus specifies a course such that as the transverse overlap of the motor vehicle with the vehicle ahead decreases, the specified distance to the vehicle ahead is reduced. The distance-related cruise control system then no longer regulates the distance during the following journey to a generally constant specified distance, but to the continuously changing reduced distance specified by the lane change trajectory. This makes it possible to change lanes even when there are very small gaps in the target lane, for example in convoy traffic.

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.In the case of complete overlap, the reduced distance can either correspond to the distance specified by the cruise control system or to a distance that is actually reduced to this distance. Depending on the decreasing transverse overlap of the motor vehicle with the vehicle in front, the vehicle in front is automatically closed.

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.Advantageously, the predetermined reduced distance set by the acceleration command must not be less than a determined minimum distance to the vehicle ahead in the current lane. This safety distance is necessary so that in the event of a sudden dangerous situation there is still the possibility of avoiding a rear-end collision. The safety distance to a vehicle ahead in the target lane must also be maintained. The minimum distance can be fixed or variable depending on various parameters, e.g. the current speed or the driver's driving behavior.

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.Advantageously, the lane change trajectory is determined or corrected with regard to the reduced distance as a function of the distance and/or the relative speed and/or the relative acceleration of the rear vehicle affected by the lane change. If, for example, the distance between the motor vehicle and the rear vehicle remains sufficiently large throughout the lane change, the trajectory is determined in such a way that only such a large acceleration is generated that the subsequent deceleration and falling back after the lane change on the target lane can take place with the aid of a moderate, limited deceleration, advantageously in the size of the engine drag torque, and no additional braking intervention is required. However, if the rear vehicle approaches the motor vehicle carrying out the lane change so quickly due to high relative speed or relative acceleration that the lane change must be carried out as early or as quickly as possible, the trajectory is determined in such a way that in order to maintain In order to maintain as great a distance as possible from the vehicle behind in the target lane, a stronger acceleration is required, accepting subsequent active deceleration of the motor vehicle by intervening in the braking system in order to achieve the specified distance from the vehicle ahead in the target lane.

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. Advantageously, the determined lane change trajectory is continuously adapted to the determined distances, relative speeds and relative accelerations of the vehicles ahead and the rear vehicle affected by the lane change in the target lane, i.e. the lane change trajectory is continuously adapted to changed position and/or movement parameters of the surrounding vehicles during the lane change if necessary. This makes it possible, for example, to maintain the necessary safety distances from the surrounding vehicles.

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.Advantageously, depending on the lane change trajectory determined, an initial risk assessment is carried out for the rear vehicle in the target lane affected by the lane change. Based on this initial risk assessment, a lane change can be prevented or not carried out even if there is currently a sufficient gap in the target lane, if, for example, the acceleration of the rear vehicle in the target lane affected by the lane change would result in too high a risk for the vehicles involved. If the determined value of the initial risk assessment exceeds a predetermined threshold, then either no acceleration and/or lateral guidance commands are generated, or acceleration and/or lateral guidance commands are generated that prevent or abort a lane change.

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.Finally, the lane change trajectory can also be determined depending on a second risk assessment, whereby the second risk assessment evaluates the risk to the driver's own vehicle during the lane change. If the driver's intention to change lanes is detected, the first step is to determine the risk to the vehicle during the lane change. If the risk exceeds a predetermined risk threshold, a signal is sent to the system that lane changing is not possible. This is the case, for example, if the gap determined in the target lane is too small, or if the driver's own vehicle would have to accelerate in the current lane to such an extent that the distance to the vehicle in front in the current lane or target lane would fall below a critical safety distance during the lane change. If there is a sufficient gap, but this is getting smaller and smaller, for example due to the acceleration of the vehicle behind, a lane change trajectory is determined that enables a quick lane change.

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.The intention to change lanes is usually detected when the indicator is activated. However, it can also be detected when the vehicle approaches the lane markings, which in turn can be deduced from the measured “time to line crossing” falling below a threshold value.

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 Spurwechseltrajektorie, 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.Advantageously, the environmental sensors can detect the entire traffic environment, i.e. the entire front and rear area of the vehicle in the current lane and the target lane. However, if the environmental sensors do not include any sensors for detecting traffic behind, the trajectory calculation unit calculates a lane change trajectory in the event of a lane change request during a distance-controlled following of the vehicle such that only a sufficient minimum distance to the vehicles ahead is maintained. The trajectory calculation unit therefore assumes that there is no vehicle behind. If such a vehicle is present, the driver must independently adapt the trajectory to this if necessary.

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.
The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments.
  • 1 an embodiment of the integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to the invention and
  • 2a -2e a lane change carried out according to the invention at different times to illustrate the determined lane change trajectory.

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.The 1 shows a motor vehicle KFZ on a current lane MS during a distance-controlled following journey with a specified distance to a vehicle vF1 in front on the current lane MS. In an adjacent lane, the target lane ZS, there is also a vehicle vF2 in front and a vehicle rF behind. The motor vehicle KFZ is equipped with a distance-related cruise control system G for controlling the speed to a specified speed or - as here - to a specified distance from the vehicle vF1 in front, with a lateral guidance control system Q for controlling the lateral movement of the motor vehicle by generating a steering torque on the steering wheel and with an integrated lateral and longitudinal guidance assistant iQLA. The integrated lateral and longitudinal guidance assistant iQLA is used to support the driver of the motor vehicle KZF when Lane change from the current lane MS to the adjacent target lane ZP during distance-controlled following.

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.The integrated lateral and longitudinal guidance assistant iQLA comprises an environmental sensor system US equipped with various sensors S with an image processing unit BV, a recognition device EK, a decision device EN, a trajectory calculation unit T, a risk assessment unit R and a command device 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.The environmental sensor system US, which is equipped with various sensors S for monitoring the front, rear and side areas of the motor vehicle, detects, in addition to the vehicle vF1 driving ahead in the current lane MS, vehicles vF1 and rF driving immediately ahead, behind and to the side in the target lane ZS. The sensors S can be sensors of the distance-related cruise control system G and/or a lane keeping system comprising the lateral guidance control system Q and/or a lane departure warning system. There can also be additional sensors S which monitor the rear and side areas of the motor vehicle KFZ. The entire environmental sensor system US can also be a component of the distance-controlled cruise control system G and/or a lane keeping system comprising the lateral guidance control system Q and/or a lane departure warning system.

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 Beschleunigung arel der Umgebungsfahrzeuge vF1, vF2 und rF zum Kraftfahrzeug KFZ an die Erkennungseinrichtung EK weiter.In addition, the position, width and curvature of the lanes MS and ZS are recorded using an image processing unit BV integrated in the environmental sensor system US, and the position of the surrounding vehicles vF1, vF2 and rF in relation to the lanes is determined. By storing this data for the relevant period and modeling and propagating the vehicle state, it is also possible to assign a lane to the rear vehicle rF. The image processing unit BV is not absolutely necessary, but can also be replaced by alternative methods of lane determination. The environmental sensor system US passes on the relevant data such as distance d, relative speed vrel and relative acceleration arel of the surrounding vehicles vF1, vF2 and rF to the motor vehicle KFZ to the detection device EK, taking into account the speed v and acceleration a of the motor vehicle KFZ.

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.The detection device EK is designed to be able to detect a gap for safely merging into the target lane based on the data d, vrel and arel from the environmental sensors US. If such a gap is detected, the detection device EK sends a signal lü to the trajectory calculation unit 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.Finally, the integrated lateral and longitudinal guidance assistant iQLA includes a decision device EN that decides whether a lane change request from the driver of the motor vehicle KFZ is to be accepted. As soon as the start of a lane change is detected by indicators such as the activation of a turn signal or driving towards the lane edge, the decision device EN sends a signal w to the trajectory calculation unit 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.If an intention to change lanes and a sufficient gap are detected and then signals w and lü are transmitted to the trajectory calculation unit T, this calculates a lane change trajectory traj depending on the determined distances d, the relative speeds vrel and relative accelerations arel such that the specified following distance dacc is reduced as the transverse overlap of the motor vehicle KFZ on the vehicle in front vF1 decreases. This minimizes the obstruction of the rear vehicle rF affected by the lane change and maintains a sufficient safety distance from the vehicles in front vF1 and vF2.

Die Befehlseinrichtung BE gibt dann in Abhängigkeit von der ermittelten Spurwechseltrajektorie einen Querführungsbefehl q an das Querführungsregelystem Q und einen Beschleunigungsbefehl I an das Geschwindigkeitsregelsystem G aus.The command device BE then issues a lateral guidance command q to the lateral guidance control system Q and an acceleration command I to the speed control system G depending on the determined lane change trajectory.

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 I 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 I und q erzeugt werden, die das Kraftfahrzeug KFZ wieder auf die Momentanspur MS zurückführen.In addition, the determined lane change trajectory traj is transmitted to a first risk assessment unit R, which, depending on the determined lane change trajectory traj, carries out an initial risk assessment for the rear vehicle rF affected by the lane change. The determined value r is also transmitted to the command device BE. If the value r of the first risk assessment exceeds a predetermined limit value, the command device does not issue any lateral guidance commands q and acceleration commands I depending on the determined lane change trajectory traj, as this would lead to a dangerous situation. If the lane change has already been initiated and a risk value r that is greater than the predetermined limit only arises during the lane change, control commands I and q can also be generated that return the motor vehicle KFZ to the current lane MS.

Die 2a - 2e zeigen einen gemäß der Erfindung vorgenommenen Spurwechsel zu verschiedenen Zeitpunkten.The 2a - 2e show a lane change according to the invention at different times.

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. 2a shows a traffic situation in which the motor vehicle KFZ is following a vehicle in a current lane MS during a distance-controlled following journey with a specified distance dacc to a vehicle in front moving vehicle vF1 in the current lane MS follows. A well-known distance-related speed control system (not shown here) is used to regulate the distance. The vehicle vF1 driving ahead in the current lane is currently moving at a speed v1. In an adjacent lane, the target lane ZS, there is also a vehicle vF2 driving ahead with a speed v2, which is greater than v1, and a vehicle rF behind with a speed v1. By means of an environmental sensor system (not shown here) in the motor vehicle KFZ, in addition to the vehicle vF1 driving ahead in the current lane MS, the vehicle vF2 immediately ahead and the vehicle rF behind in the target lane ZS are detected, and the distance, relative speed and relative acceleration to the motor vehicle KFZ are determined for each detected vehicle vF1, vF2 and rF. Furthermore, by means of the detection device (not shown here), the data from the environmental sensors are evaluated to determine whether there is a gap for safely merging into the target lane. In the traffic situation shown here, there is a sufficient gap, which is why the detection device sends a corresponding signal to the trajectory calculation unit.

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.The driver of the motor vehicle KFZ now intends to change lanes and indicates this by activating his indicator BL. The decision device (not shown here) then recognizes the driver's desire to change lanes and sends a corresponding signal to the trajectory calculation unit. A lane change trajectory is then determined depending on the determined distances, relative speeds and relative accelerations of the vehicles ahead vF1 and vF2 and the rear vehicle rF affected by the lane change on the target lane ZS. The lane change trajectory traj is designed in such a way that the specified distance dacc is reduced as the transverse overlap of the motor vehicle KFZ with the vehicle ahead vF1 decreases. Depending on the determined lane change trajectory, the command device sends acceleration commands and lateral guidance commands to actuators of the cruise control system and lateral guidance control system so that the vehicle follows the course of the determined lane change trajectory.

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. 2 B shows the effect on all surrounding vehicles vF1, vF2 and rF at the beginning of the lane change. In order to impede the rear vehicle rF as little as possible, the motor vehicle KFZ slightly closes in on the preceding vehicle vF1 in the current lane MS up to a distance d1 by accelerating in accordance with the specified lane change trajectory traj, even when there is still complete overlap. The distance dacc specified by the cruise control system is reduced. The reduction of the distance dacc to the distance d1 can, for example, be proportional to the specified distance dacc.

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 I 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.As soon as the distance between the motor vehicle KFZ and the vehicle in front vF1 corresponds to the reduced distance d1, in addition to the acceleration commands I to the cruise control system G, lateral guidance commands q are also transmitted to the lateral guidance control system Q in accordance with the determined lane change trajectory traj. The motor vehicle KFZ now begins the actual lane change, see 2c Depending on the lateral offset QV or lateral overlap of the motor vehicle KFZ to the vehicle in front vF1 generated by the lateral control, the distance between the motor vehicle KFZ and the vehicle in front vF1 is continuously reduced by appropriate control of the cruise control system. The resulting distance is identified by the reference symbol d123. The reduction can be determined depending on the specified distance dacc. However, when determining the lane change trajectory traj, a minimum distance dmin to the vehicles in front vF1 and vF2 is taken into account, which must not be undercut for safety reasons.

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.In addition to the determined data of the preceding vehicle vF1 on the current lane MS, the determined data of the preceding vehicle vF2 on the target lane are also taken into account from the outset when determining the lane change trajectory.

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.In order to enable acceleration in gaps, the distance dacc to the vehicle ahead vF2 in the target lane specified by the cruise control system can also be reduced if this leads to less obstruction of the vehicle behind. 2d that in the traffic situation shown here, after the actual lane change, the distance d3 between the motor vehicle KFZ and the vehicle in front vF2 on the target lane ZS is less than the specified distance dacc. The distance between the motor vehicle KFZ and the vehicle behind rF is therefore maximum and leads to the least possible obstruction of the vehicle behind rF. The steering intervention required for the lateral movement of the motor vehicle KFZ or the issued lateral guidance command is withdrawn again after the lane change in accordance with the determined trajectory traj or changed in such a way that the motor vehicle KFZ is kept in the target lane ZS.

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.After the lane change, the cruise control system is controlled by the command device in such a way that the motor vehicle KFZ again reaches the specified distance dacc from the vehicle in front vF2 in accordance with the specified lane change trajectory traj. Ideally, this is not done by braking intervention, but by taking advantage of the reduction in the speed of the motor vehicle during coasting.

Claims (9)

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 Querführungsregelsystem und einen Beschleunigungsbefehl an ein Geschwindigkeitsregelsystem ausgibt, wobei 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 rückwärtigen Fahrzeugs (rF) minimiert und ein ausreichender Minimumabstand (dmin) zu den vorausfahrenden Fahrzeugen (vF1, vF2) auf der Momentanspur (MS) und der Zielspur (ZS) eingehalten wird und 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 wirdIntegrated lateral and longitudinal guidance assistant for a motor vehicle to assist the driver when changing lanes from a current lane to a target lane, with an environment sensor system for detecting the traffic environment including the traffic in a target lane, with a detection device which is designed to use the data from the environment sensor system to detect a gap for safely merging into the target lane, with a decision device for deciding whether a lane change request from the driver is to be assumed, with a trajectory calculation unit which, in the event of a lane change request and when a sufficient gap for safely merging into the target lane is detected, determines a lane change trajectory from the data from the environment sensor system, and with a command device which, depending on the lane change trajectory determined, issues a lateral guidance command to a lateral guidance control system and an acceleration command to a cruise control system, wherein the cruise control system (G) is a distance-related cruise control system (G) and that during a distance-controlled following journey of the motor vehicle (KFZ) with a predetermined distance (dacc) to a vehicle driving ahead (vF1), the trajectory calculation unit (T) calculates a lane change trajectory (traj) such that the obstruction of a rear vehicle (rF) affected by the lane change is minimized and a sufficient minimum distance (dmin) to the vehicles driving ahead (vF1, vF2) on the current lane (MS) and the target lane (ZS) is maintained and the lane change trajectory (traj) is designed such that with decreasing transverse overlap (QV) of the motor vehicle (KFZ) to the vehicle driving ahead (vF1), the predetermined distance (dacc) to the vehicle driving ahead (vF1) is reduced Integrierter Quer- und Längsregelassistent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalabstand (dmin) während des Spurwechsels kleiner als der vorgegebene Folgeabstand (dacc) ist.Integrated lateral and longitudinal control assistant according to Claim 1 , characterized in that the minimum distance (dmin) during the lane change is smaller than the predetermined following distance (dacc). Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined reduced distance (d1, d123, d3) is corrected as a function of the distance (d) and/or the relative speed (vrel) and/or the relative acceleration (arel) of the rear vehicle (rF) affected by the lane change. Integrierter Quer- und Längsführungsassistent nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsbefehle (I) und/oder Längsführungsbefehle (q) vom Fahrer übersteuerbar sind.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that the acceleration commands (I) and/or longitudinal guidance commands (q) can be overridden by the driver. 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that the determined lane change trajectory (traj) is continuously adapted to the determined data (d, vrel, arel) of the environmental sensors (US). 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that a first risk assessment (r) is carried out for the rear vehicle (rF) affected by the lane change as a function of the determined lane change trajectory (traj). 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that the lane change trajectory (traj) is determined as a function of a second risk assessment, wherein the second risk assessment evaluates the risk for the motor vehicle (KFZ) during the lane change. 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that the intention to change lanes is detected when the indicator (BL) is activated or when a time interval falls below a predetermined threshold value until the lane is crossed. 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) auf der Momentanspur (MS) und der Zielspur (ZS) eingehalten, wobei der Minimalabstand (dmin) kleiner als der vorgegebene Abstand (dacc) ist und 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.Integrated lateral and longitudinal guidance assistant according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of an environment sensor system (US) which can only detect the traffic environment in front of the motor vehicle, the trajectory calculation unit (T) calculates, in the event of a lane change request during a distance-controlled following journey of the motor vehicle (KFZ) at a predetermined distance (dacc) to a preceding vehicle (vF1), a lane change trajectory (traj) depending on the data of the environment sensor system (US) such that a sufficient minimum distance (dmin) to the preceding vehicles (vF1, vF2) on the Current lane (MS) and the target lane (ZS) are maintained, whereby the minimum distance (dmin) is smaller than the specified distance (dacc) and the lane change trajectory (traj) is designed such that with decreasing transverse overlap (QV) of the motor vehicle (KFZ) to the vehicle in front (vF1), the specified distance (dacc) to the vehicle in front (vF1) is reduced.
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