DE102012203673A1

DE102012203673A1 - Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012203673A1
Application number: DE102012203673A
Authority: DE
Inventors: Stefan Fritz; Bernd Hartmann; Alfred Eckert; Peter Rieth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20130338878A1; WO2012120076A1; EP2683586A1; US9174641B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen der Umfeldbedingungen und zur Ausgabe von Umfelddaten, einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Umfelddaten und einer Auswerteeinheit zur Erkennung von Freiräumen und Objekten, deren Position und Bewegung, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen des Umweltzustandes und zur Ausgabe von Umweltzustandsdaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Umfelddaten mit den Umweltzustandsdaten zur Bestimmung einer Reibwertindikation, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen des Fahrzeugzustandes und zur Ausgabe von Fahrzeugzustandsdaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Fahrzeugzustandsdaten mit Fahrervorgabedaten zur Bestimmung des Fahrzustandes, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen der Fahrervorgaben und zur Ausgabe von Fahrervorgabedaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Fahrervorgabedaten mit den Fahrzeugzustandsdaten zur Bestimmung des Fahrersollkurses. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass ein Fahrsicherheitskoordinator unter Berücksichtigung von Umfeld, Umwelt-, Fahrzeugzustand sowie anhand der Fahrervorgabe eine kritische Fahrsituation in die Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) einteilt und durch fahrerunabhängige Bremseingriffe die Lage und Länge der Phase P3 derart beeinflusst, sodass ein Notbremsmanöver (P4a), ein Notausweichvorgang (P4b) oder ein kombiniertes Notbrems-/Ausweichmanöver optimiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen der Umfeldbedingungen und zur Ausgabe von Umfelddaten, einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Umfelddaten und einer Auswerteeinheit zur Erkennung von Freiräumen und Objekten, deren Position und Bewegung, sowie mit
mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen des Umweltzustandes und zur Ausgabe von Umweltzustandsdaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Umfelddaten mit den Umweltzustandsdaten zur Bestimmung einer Reibwertindikation, sowie mit
mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen des Fahrzeugzustandes und zur Ausgabe von Fahrzeugzustandsdaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Fahrzeugzustandsdaten mit Fahrervorgabedaten zur Bestimmung des Fahrzustandes, sowie mit
mindestens einer Sensoreinheit zum Erfassen der Fahrervorgaben und zur Ausgabe von Fahrervorgabedaten und einer Auswerteeinheit zur Datenfusion der Fahrervorgabedaten mit den Fahrzeugzustandsdaten zur Bestimmung des Fahrersollkurses. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.
Aus der EP 1 735 187 A1 ist eine derartige Sicherheitsvorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr bekannt. Bei dem vorbekannten System wird beim oder nach einem durch den Fahrer verursachten Lenkeinschlag eines Ausweichmanövers ein unterstützendes Fahrmanöver vorgegeben, wobei die Vorgabe vom Fahrer jederzeit übersteuert werden kann. Bei dem vorbekannten Verfahren wird anhand von Umfeldsignalen ermittelt, ob eine fahrdynamisch kritische Situation bzw. eine bevorstehende Kollision vorliegt. Das Verfahren wird bevorzugt in Notsituationen für Ausweichmanöver eingesetzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren einzuführen, das pro-aktiv unter Berücksichtigung der Fahrsituation eine maximale Fahrsicherheit gewährleistet, die den Fahrer in seiner Fahraufgabe bestmöglich unterstützt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Es wird ein System und ein Verfahren zur situations- und kollisionsphasenoptimierten Bremskraftregelung und Fahrwerksanpassung für kombinierte Brems-/Ausweichmanöver für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen. Dabei ist ein dass ein Fahrsicherheitskoordinator vorgesehen ist, der die Kollisionsgefahr berechnet anhand einer Gefahrenbewertung ermittelt. Außerdem ermittelt der Fahrsicherheitskoordinator mehrere Vorkollisionsphasen des Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Objekt. Dabei ermittelt der Fahrsicherheitskoordinator einen letzten Bremspunkt zum Anhalten vor dem Objekt, einen letzten Lenkpunkt des ungebremsten Fahrzeugs zum Ausweichen sowie einen letzten Lenkpunkt des gebremsten Kraftfahrzeugs zum Ausweichen vor dem Objekt. Die Vorkollisionsphasen sind so ausgebildet, dass sie zu diesen Punkten beginnen oder enden. Ein Erfindungsgedanke besteht darin, dass der Fahrsicherheitskoordinator die Vorkollisionsphasen situativ mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs streckt.
Der entscheidende Erfindungsgedanke ist es, dass der Fahrsicherheitskoordinator innerhalb der Vorkollisionsphasen des Kraftfahrzeugs zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver vornimmt. Dabei macht der Fahrsicherheitskoordinator die Vorkollisionsphasen unter Berücksichtigung einer Ausweichmöglichkeit, eines kombinierten Brems-/Ausweichmanövers oder eines Bremsmanövers situativ und/oder nach Fahrervorgabe für den Fahrer entsprechend der Kollisionsgefahr, des Fahrzeugzustands und der Reibwertindikation beherrschbar.
Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass dem Fahrsicherheitskoordinator die Reibwertindikation zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn auf Basis einer Schätzung zugeführt wird, wobei die Reibwertindikation aus einem fahrerunabhängigen oder einem fahrerausgelösten Bremseingriff ermittelt wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Fahrsicherheitskoordinator zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ mindestens einen zulässigen Fahrkorridor und oder eine optimale Bewegungstrajektorie ermittelt und die Fahrervorgabe mittels aktiv ansteuerbarer Komponenten auf den Fahrkorridor begrenzt und das Kraftfahrzeug mittels der aktiv ansteuerbaren Komponenten im Fahrkorridor oder auf der Bewegungstrajektorie hält. Dabei ist der Fahrsicherheitskoordinator dazu eingerichtet, eine haptische, akustische und/oder optische Warnung und/oder Lenkempfehlung an den Fahrer auszugeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Kollisionsgefahr durch einen Sicherheitskoordinator berechnet wird und dass Vorkollisionsphasen des Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Objekt ermittelt werden. Es werden ein letzter Bremspunkt zum Anhalten vor dem Objekt, ein letzter Lenkpunkt des ungebremsten Fahrzeugs zum Ausweichen sowie ein letzter Lenkpunkt des gebremsten Kraftfahrzeugs zum Ausweichen vor dem Objekt ermittelt. Die Vorkollisionsphasen beginnen oder enden an diesen Punkten. Außerdem werden die Vorkollisionsphasen mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs gestreckt.
Der entscheidende Erfindungsgedanke ist es, dass innerhalb der Vorkollisionsphasen des Kraftfahrzeugs zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver durchgeführt wird. Dabei werden die Vorkollisionsphasen unter Berücksichtigung einer Ausweichmöglichkeit, eines kombinierten Brems-/Ausweichmanövers oder eines Bremsmanövers situativ und/oder nach Fahrervorgabe für den Fahrer entsprechend der Kollisionsgefahr, des Fahrzeugzustands und der Reibwertindikation optimiert und beherrschbar gemacht.
Ein weiterer entscheidender Gedanke ist es, dass die Vorkollisionsphasen erneut ermittelt werden, wenn ein weiteres Objekt in Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs erkannt wird.
Bei einem Folgeszenario wiederholen sich die Vorkollisionsphasen, wenn nach oder beim Spurwechsel auf eine benachbarte Spur ein erneutes Hindernis auftaucht. Dann werden die entsprechenden Phasen des Verfahrens wiederholt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Umfeldsensorik zum Erfassen von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrerassistenzsystems;
3 eine Block-Darstellung der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung von Vorkollisionsphasen und
5a, b zwei Darstellung der Längs- und Querkräfte eines Fahrzeugreifens, die auch als Kamm'scher Kreis bekannt sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung steht „Lenkrad” stellvertretend für alle denkbaren Mensch-Maschine-Schnittstellen, die der Fahrzeugführer im Sinne eines Lenken und Steuern des Kraftfahrzeugs bedienen kann, wie beispielsweise Schaltereingaben, ein Joystick oder ein Touchpad sowie auch von extern übermittelte Stell-Kommandos.
Im Folgenden wird zunächst allgemein anhand von 1 und 2 eine Sicherheitsvorrichtung für Kraftfahrzeuge erläutert und anhand der 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In 1 ist beispielhaft ein vierrädriges, zweiachsiges Fahrzeug 1 dargestellt, das über eine Umfeldsensorik 2 verfügt, mit dem Objekte O im Umfeld des Fahrzeugs erfasst werden können, bei denen es sich insbesondere um weitere Kraftfahrzeuge handelt, die sich in derselben oder einer benachbarten Fahrspur seitlich und/oder vor dem Fahrzeug 1 bewegen. Als Objekte O kommen aber auch statische oder nahezu statische Objekte wie beispielsweise Bäume, Fußgänger oder Fahrbahnbegrenzungen in Frage. Beispielhaft wird eine Umfeldsensorik 2 mit einem Erfassungsbereich 3 gezeigt, der einen Raumwinkel vor, neben oder hinter dem Fahrzeug 1 umfasst, in dem beispielhaft ein Objekt O dargestellt ist. Bei der Umfeldsensorik 2 handelt sich beispielsweise um einen LIDAR-Sensor (Light Detection and Ranging) der dem Fachmann an sich bekannt ist. Ebenfalls sind jedoch auch andere Umfeldsensoren wie Radarsensoren oder optische Kamerasysteme einsetzbar. Darüber hinaus kann die Information um das Umfeld mittels der sogenannten Car-to-X-Kommunikation ermittelt werden. Darunter versteht man die Übertragung von Umfeldinformationen von anderen Fahrzeugen oder von anderen Erfassungspunkten an das Fahrzeug 1. Die Umfeldsensorik 2 misst die Abstände d zu den erfassten Punkten eines Objekts sowie die Winkel φ zwischen den Verbindungsgeraden zu diesen Punkten und der Mittellängsachse des Fahrzeugs, wie dies in 1 beispielhaft für einen Punkt P des Objekts O veranschaulicht ist. Die dem Fahrzeug 1 zugewandten Fronten der erfassten Objekte setzen sich aus mehreren erfassten Punkten zusammen, zu der die Sensorsignale übermittelt werden, die Korrelationen zwischen Punkten und der Form eines Objekts herstellt und einen Bezugspunkt für das Objekt O bestimmt. Als Bezugspunkt kann dabei beispielsweise der Mittelpunkt des Objekts O bzw. der Mittelpunkt der erfassten Punkte des Objekts gewählt werden. Die Geschwindigkeiten der detektierten Punkte und damit die Geschwindigkeit der erfassten Objekte können im Gegensatz zu einem Radar-Sensor (Doppler-Effekt) mittels des LIDAR-Umfeldsensors 2 nicht direkt gemessen werden. Sie werden aus der Differenz zwischen den in aufeinander folgenden Zeitschritten gemessenen Abständen in einer taktweise arbeitenden Objekterkennungseinheit 21 berechnet. In ähnlicher Weise kann grundsätzlich auch die Beschleunigung der Objekte durch zweimaliges Ableiten ihrer Positionen bestimmt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrerassistenzsystems, dessen Bestandteile mit Ausnahme von Sensoren, Aktuatoren und sonstiger Hardware vorzugsweise als Softwaremodule ausgeführt sind, die innerhalb des Fahrzeugs 1 mittels eines Mikroprozessors ausgeführt werden. Wie in 2 gezeigt, werden die Objektdaten in Form von elektronischen Signalen innerhalb des schematisch dargestellten Fahrerassistenzsystems an eine Entscheidungseinrichtung 22 übermittelt. In der Entscheidungseinrichtung 22 wird in Block 23 anhand der Informationen über das Objekt O eine Objekttrajektorie bestimmt. Ferner wird eine Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs 1 in Block 24 anhand von Informationen über den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 1 ermittelt, die mit Hilfe von weiteren Fahrzeugsensoren 25 bestimmt werden. Insbesondere werden dabei die beispielsweise mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren ermittelbare Fahrzeuggeschwindigkeit, der mittels eines Lenkwinkelsensors gemessene Lenkwinkel δ an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs 1, die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1, die mittels entsprechender Sensoren gemessen werden, herangezogen. Darüber hinaus ist es möglich, aus den mit den Fahrzeugsensoren 25 gemessenen fahrdynamischen Zuständen des Fahrzeugs modellbasierte Größen zu berechnen bzw. zu schätzen. Ein Hinweis auf den Reibwert zwischen den Reifen des Fahrzeugs 1 und der Fahrbahn wird dabei ebenfalls aus den Fahrzeugsensoren oder aus dem Fahrbahnzustand gewonnen. Diese Reibwertindikation wird insbesondere durch das Bremsenregelsystem ermittelt. Dann wird in der Entscheidungseinrichtung 22 innerhalb des Blocks 26 überprüft, ob sich das Kraftfahrzeug 1 auf einem Kollisionskurs mit einem der erfassten Objekte O befindet. Falls ein derartiger Kollisionskurs festgestellt wird und die ebenfalls in der Entscheidungseinrichtung 22 ermittelte Kollisionszeit, d. h. die Zeitdauer bis zu der ermittelten Kollision mit dem Objekt O, einen bestimmten Wert unterschreitet, wird ein Auslösesignal an eine Bahnvorgabeeinrichtung 27 übermittelt. Das Auslösesignal führt dazu, dass zunächst innerhalb der Bahnvorgabeeinrichtung eine Ausweichbahn, d. h. eine Bewegungstrajektorie, berechnet wird. Dann wird aufgrund der ermittelten Ausweichbahn bzw. Bewegungstrajektorie ein Startpunkt für das Ausweichmanöver bestimmt, an dem das Ausweichmanöver gestartet werden muss, um dem Objekt O gerade noch ausweichen zu können. Diese Schritte werden vorzugsweise in Zeitschritten wiederholt, bis keine Kollisionsgefahr aufgrund von Kursänderungen des Objekts O oder des Fahrzeugs 1 mehr besteht oder bis das Fahrzeug 1 den Startpunkt für ein Ausweichmanöver erreicht. Ist dies der Fall, werden die Ausweichbahn oder diese Bahn repräsentierende Parameter an eine Lenkungsaktuatorsteuerung 28 übermittelt.
In 3 ist der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung dargestellt. Der Gedanke ist dabei die Vernetzung der verschiedenen Sensoreinheiten 2, 20, 30, 40. Mit den zur Verfügung stehenden Daten aus den Sensoreinheiten 2, 20, 30, 40 wird eine Datenfusion durchgeführt. Als Datenfusion bezeichnet man die Zusammenführung und Vervollständigung lückenhafter Datensätze zur Datenbereinigung. Dabei müssen mehrere zum Teil unvollständige Datensätze miteinander kombiniert werden, um ein vollständiges Bild des Umfelds zu erhalten. Bevor die Datenfusion der Datensätze zweier Sensoreinheiten 2, 20, 30, 40 möglich ist, müssen sie auf ein gemeinsames Datenschema gebracht werden. Dieser Vorgang wird auch Datenschema-Integration genannt. Durch diese Datenfusion ist es möglich, Informationen zum Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 zu gewinnen, die eine bessere Qualität aufweisen. Eine bessere Datenqualität steht dabei für eine exaktere und schnellere Berechnung der Kollisionsgefahr und der Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, findet eine Datenfusion ebenfalls statt, um verbesserte Informationen zum Umweltzustand, zum Fahrzeugzustand und für die Fahrervorgabedaten zu erhalten.
Zum Erfassen der Umfeldbedingungen dient mindestens eine Sensoreinheit 2. Diese sogenannte Umfeldsensorik 2 wird wie bereits erwähnt aus einem Radar-, Lidar- oder einem Videokamera-System gebildet oder aus einer Kombination der genannten Systeme. Die mit Hilfe mindestens einer dieser Sensoreinheit 2 erhaltenen Informationen werden mit Karteninformationen, GPS-Daten und Informationen, die mit Hilfe einer Car-to-X-Kommunikation erhalten werden, innerhalb einer Auswerteeinheit 4 zur Datenfusion der Umfelddaten im Sinne einer Datenfusion miteinander kombiniert. Nach der Datenfusion erfolgt eine Auswertung der verbesserten Umfelddaten zur Erkennung von Objekten O. Die Position und Bewegung des Objekts O wird an einen Fahrsicherheitskoordinator 6 übermittelt. Dieser Fahrsicherheitskoordinator 6 ermittelt aufgrund fahrphysikalischer Grenzwerte unter Einbeziehung der Umfelddaten Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b und gewährleistet damit die operationale Sicherheit des Fahrzeugs 1 prädiktiv und situativ, indem die Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b so gestaltet werden, dass ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver oder ein Bremsmanöver durchgeführt wird. Die Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b werden nachfolgend anhand von 4 näher erläutert.
Wie 3 weiter entnehmbar ist, dient mindestens eine weitere Sensoreinheit 20 der Erfassung des Umweltzustandes. Diese mindestens eine Sensoreinheit 20 zur Erfassung des Umweltzustandes wird durch einen Regensensor, ein Thermoelement und/oder durch ein Kamerasystem gebildet. Unter Berücksichtigung der Reifenkennlinie der verwendeten Fahrzeugreifen wird aus den ermittelten Umweltzustandsdaten eine Datenfusion in der Auswerteeinheit 24 durchgeführt und im Schritt 25 wird aus den bereinigten Umweltzustandsdaten eine Reibwertindikation zwischen Reifen und Fahrbahn ermittelt. Diese Ermittlung der Reibwertindikation erfolgt beispielsweise auf Grund der Kenntnis des Fahrbahnzustands. Diese ermittelte Reibwertindikation wird ebenfalls an den Fahrsicherheitskoordinator 6 weiter geleitet.
Eine weitere mindestens eine Sensoreinheit 30 dient zum Erfassen eines Fahrzeugzustandes. Diese mindestens eine Sensoreinheit 30 zur Fahrzeugzustandserfassung ist aus einem Raddrehzahlsensor, einem Querbeschleunigungssensor, einem Längsbeschleunigungssensor oder einem Gierratensensor gebildet. Eine Kombination der genannten Sensoren ist ebenfalls möglich. Die Sensoreinheit 30 zur Fahrzeugzustandserfassung wird auch Fahrzeugzustandsbeobachter genannt. In einer diesem Fahrzeugzustandsbeobachter zugeordneten Auswerteeinheit 34 werden die Fahrzeugzustandsdaten mit der ermittelten Reibwertindikation im Sinne einer Datenfusion kombiniert. Durch diese Maßnahme wird im Schritt 35 der Fahrzeugzustand berechnet und an den Fahrsicherheitskoordinator 6 ausgegeben.
Wie 3 weiter offenbart ist mindestens eine weitere Sensoreinheit 40 zum Erfassen der Fahrervorgaben und zur Ausgabe von Fahrervorgabedaten vorgesehen. Diese mindestens eine Sensoreinheit 40 zum Erfassen der Fahrervorgaben wird durch einen Lenkwinkelsensor, einen Pedalwinkelsensor für das Bremspedal und/oder das Fahrpedal und/oder durch einen Geber der Richtungsanzeige gebildet. Der Geber der Richtungsanzeige wird umgangssprachlich auch als Blinker bezeichnet. Die Information beinhaltet, ob der Fahrer nach links oder rechts abbiegen will. Der zugeordneten Auswerteeinheit 44 werden die eben ermittelten Fahrzeugzustandsdaten zugeführt und aus diesen gemeinsam mit den Fahrervorgabedaten eine Datenfusion durchgeführt. Da die Datenfusion durch Zusammenführung und Vervollständigung lückenhafter Datensätze eine Datenbereinigung bewirkt, wird im Schritt 45 ein präziser Fahrersollkurs berechnet und an den Fahrsicherheitskoordinator 6 ausgegeben.
Dem Fahrsicherheitskoordinator 6 werden somit die Position und Bewegung des Objekts O sowie die ermittelte Reibwertindikation übermittelt. Zudem erhält der Fahrsicherheitskoordinator 6 den Fahrzeugzustand und den Fahrersollkurs. Aus diesen Daten wird ein zulässiger Fahrkorridor oder eine optimale Bewegungstrajektorie ermittelt. Die Ermittlung des Fahrkorridors oder der Bewegungstrajektorie erfolgt situativ und prädiktiv. Der Fahrkorridor bzw. die Bewegungstrajektorie befinden sich innerhalb der prädizierten Freifahrfläche links und rechts am Objekt O vorbei. Um das Fahrzeug 1 in dem zulässigen Korridor oder auf der optimalen Bewegungstrajektorie zu halten, werden aktive Komponenten 9 derart angesteuert, dass die Fahrervorgabe auf den verfügbaren Korridor bzw. die optimale Bewegungstrajektorie begrenzt wird. Diese aktiv ansteuerbaren Komponenten 9 befinden sich im Chassis, Antrieb oder in einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle, wie Bremspedal, Antriebsmotor, Lenkung, Getriebe, Dämpfer, Stabilisator oder Richtungsanzeiger. Konkret steuert der Fahrsicherheitskoordinator 6 die aktiv ansteuerbaren Komponenten 9 derart an, dass eine Gegenkraft am Fahrpedal erzeugt wird oder ein Eingriff in den Antriebsmotor, ein Eingriff in den Antriebsstrang oder ein Bremseingriff durchgeführt wird, um das Fahrzeug im Fahrkorridor bzw. auf der Bewegungstrajektorie zu halten. Alternativ oder zusätzlich werden die aktiv ansteuerbaren Komponenten 9 derart angesteuert, dass ein zusätzliches Lenkmoment und/oder ein Zusatzlenkwinkel oder ein radindividueller Bremseingriff zur Erzeugung eines Giermoments erzeugt wird. Diese Ansteuerung ist ebenfalls geeignet, um das Fahrzeug im Fahrkorridor bzw. auf der Bewegungstrajektorie zu halten. In einer besonderen Ausführungsform ist jede Maßnahme vom Fahrer überstimmbar, sodass der Fahrer die Gewalt über sein Fahrzeug 1 behält.
Anhand von 4 wird nun näher erläutert, wie innerhalb der erfindungsgemäßen Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b eine situationsoptimierte Bremskraftregelung für ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver vorgenommen wird. In der Phase PO fährt das Fahrzeug 1 in der dargestellten Fahrtrichtung auf ein Objekt O auf, sodass eine Warnung W an den Fahrer ausgegeben wird. Diese Warnung W an den Fahrer erfolgt über eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle 7, auch Human-Machine-Interface, kurz HMI, genannt. Die Warnung W an den Fahrer kann haptisch, akustisch oder optisch erfolgen. Dazu sind alle ansteuerbaren Komponenten der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 7 geeignet, wie eine Gegenkraft am Fahrpedal oder ein Vibrieren des Lenkrads. Warnlampen und akustische Warntöne sind ebenfalls geeignet eine Warnung an den Fahrzeugführer auszugeben.
Die Vorkollisionsphase P1 wird dazu verwendet, dass der Fahrsicherheitskoordinator 6 einen letzten Bremspunkt PTB berechnet wird, wobei die Abkürzung PTB aus dem englischen Begriff „last point to brake” abgeleitet ist. Außerdem wird ein letzter Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1 und ein letzter Lenkpunkt PTS-b des gebremsten Fahrzeugs 1 ermittelt. Die Abkürzungen PTS-u und PTS-b sind wiederum aus den englischen Begriffen „last point to steer – unbraked” und „last point to steer – braked lane change” abgeleitet. Der Spurwechsel kann wahlweise nach links oder nach rechts und mehrfach nacheinander, wie dargestellt erfolgen. Bei dem mehrfachen Ausweichen geht man von einer Multiobjekt- und Multikollisionssituation aus.
Wie 4 weiter entnehmbar ist die Lage und Länge der Vorkollisionsphase P3 zwischen dem letzten Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1 und dem letzten Lenkpunkt PTS-b des gebremsten Fahrzeugs 1 beeinflussbar, was durch den Doppelpfeil A angedeutet ist. Durch einen fahrerunabhängigen Bremseingriff kann die Lage und Länge der Vorkollisionsphase P3 in situativ notwendigen Fällen verändert werden. Mit anderen Worten wird die Lage des letzten Lenkpunkts des gebremsten und des ungebremsten Fahrzeugs 1 PTS-u und PTS-b und damit die Länge der Vorkollisionsphase P3 über eine Bremskraftverteilung so eingestellt, dass ein Ausweichmanöver – nur dann, wenn eine Ausweichmöglichkeit vom System erkannt wurde – noch möglich gemacht wird. Die Tatsache dass der letzte Lenkpunkt PTS-b des gebremsten Fahrzeugs 1 in der 4 weiter links liegt als der letzte Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1 liegt daran, dass ein Fahrzeugreifen mehr Lenkkräfte auf die Fahrbahn übertragen kann, wenn weniger oder keine Bremskraft durch den Fahrzeugreifen auf die Fahrbahn übertragen werden muss. In diesem Zusammenhang wird kurz auf den 5a und 5b dargestellten Kamm'schen Kreis verwiesen: Es ergibt sich ein Richtungsvektor für das Fahrzeug 1. Der Fahrzeugreifen überträgt Kräfte auf die Fahrbahn beim Antreiben und beim Bremsen des Fahrzeugs 1 genauso wie beim Lenken nach links oder rechts. Wie dem Kamm'schen Kreis aus 5a, b unmittelbar entnehmbar ist, kann das ungebremste und nicht angetriebene Fahrzeugrad die größten Lenkkräfte auf die Fahrbahn übertragen.
Wird also zu Beginn der Vorkollisionsphase P3 der Bremsdruck eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs in den Radbremsen reduziert oder auf null abgesenkt, ergibt sich eine bessere Lenkbarkeit der Räder, da mehr Lenkkraft auf die Fahrbahn übertragen werden kann, wie eben erläutert wurde. Wird der Bremsdruck zu Beginn der Vorkollisionsphase 3 als reduziert oder auf Null abgesenkt, wandert der letzte Lenkpunkt in Richtung Hindernis bzw. Objekt O. Dieser letzte Lenkpunkt ist dann der Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1, da der Bremsdruck auf Null reduziert wurde. Das bedeutet, dass durch die Bremskraftverteilung die Lage und Länge der Vorkollisionsphase P3 verändert wird. Diese Erkenntnis nutzt das vorliegende Verfahren, dass der Fahrsicherheitskoordinator 6 die Lage und Länge der Vorkollisionsphase P3 zwischen dem letzten Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1 zum Ausweichen und dem letzten Lenkpunkt PTS-b des gebremsten Kraftfahrzeugs 1 zum Ausweichen vor dem Objekt O situativ mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs beeinflusst um eine Notbremsung in der Vorkollisionsphase P4a oder einen Ausweichvorgang in der Vorkollisionsphase P4b zu optimieren. Dabei kann die Bremskraft des fahrerunabhängigen Bremseingriffs entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die rechten und linken Räder des Fahrzeugs 1 verteilt werden, sodass im Fall der ungleichmäßigen Bremskraftverteilung den Ausweichvorgang unterstützt wird.
Für den Fall, dass keine Ausweichmöglichkeit vorhanden ist, wird die Bremsleistung schon frühzeitig und deutlich vor PTS-u so optimiert wird, möglichst viel Geschwindigkeit abgebaut wird. Der Fahrer wird entsprechend früher gewarnt. Das heißt, in der Vorkollisionsphase P4a leitet der Fahrsicherheitskoordinator 6 eine Notbremsung ein, wenn keine Ausweichmöglichkeit vorhanden ist. In diesem Fall wird in der Vorkollisionsphase 4a die Bremsleistung optimiert. Durch diese Maßnahme kann eine Kollision des eigenen Fahrzeugs 1 mit dem Objekt O noch vermieden werden oder die Kollisionsfolgen werden so weit abgemildert, wie es der als Bremsweg zur Verfügung stehende Raum zulässt.
Zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit ermittelt der Fahrsicherheitskoordinator 6 prädiktiv und situativ mindestens einen zulässigen Fahrkorridor und oder eine optimale Bewegungstrajektorie. Wie anhand von 3 bereits erläutert wird die Fahrervorgabe mittels aktiv ansteuerbarer Komponenten 9 auf den Fahrkorridor begrenzt und das Kraftfahrzeug 1 mittels der aktiv ansteuerbaren Komponenten 9 im Fahrkorridor oder auf der Bewegungstrajektorie gehalten. Dabei beeinflusst der Fahrsicherheitskoordinator 6 mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs die Lage und Länge der Vorkollisionsphase P3 zwischen dem letzten Lenkpunkt PTS-u des ungebremsten Fahrzeugs 1 zum Ausweichen und dem letzten Lenkpunkt PTS-b des gebremsten Kraftfahrzeugs 1 zum Ausweichen vor dem Objekt O beziehungsweise den letztmöglichen Punkt zu Lenken PTS-u, PTS-b so, dass der Ausweichvorgang unter Berücksichtigung des zulässigen Fahrkorridors und/oder im Hinblick auf die optimale Trajektorie optimiert wird.
Wird eine Ausweichmöglichkeit erkannt, so wird in der Vorkollisionsphase P3 ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver vorgenommen. In der darauf folgenden Phase P4b wird der fahrerunabhängige Bremseingriff in jedem Fall wieder gelöst, sodass ein zügiges Vorbeifahren am Hindernis nicht behindert wird. Ist die Fahrspur durch ein weiteres Hindernis O blockiert, werden Vorkollisionsphasen P1 P2 P3 P4a P4b' erneut ermittelt. Entsprechend der neuen Vorkollisionsphasen P1', P2', P3', P4a', P4b' wird wiederum ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver durchgeführt.
Die genannten Auswerteeinheiten 4, 5, 24, 25, 34, 35, 44, 45 können auch lediglich als Softwarebausteine oder Ablaufschritte eines Verfahrens innerhalb einer gemeinsamen Auswerteeinheit ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass ein Fahrsicherheitskoordinator unter Berücksichtigung von Umfeld, Umwelt-, Fahrzeugzustand sowie anhand der Fahrervorgabe eine kritische Fahrsituation in die Vorkollisionsphasen P1, P2, P3, P4a, P4b einteilt und durch fahrerunabhängige Bremseingriffe die Lage und Länge der Phase P3 derart beeinflusst, sodass ein Notbremsmanöver P4a, ein Notausweichvorgang P4b oder ein kombiniertes Notbrems-/Ausweichmanöver optimiert wird. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Vorkollisionsphasen P1', P2', P3', P4a', P4b' erneut ermittelt werden, wenn ein weiteres Objekt O in Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 erkannt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1735187 A1 [0002]

Claims

Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (2) zum Erfassen der Umfeldbedingungen und zur Ausgabe von Umfelddaten, einer Auswerteeinheit (4) zur Datenfusion der Umfelddaten und einer Auswerteeinheit (5) zur Erkennung von Freiräumen und Objekten (O), deren Position und Bewegung, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (20) zum Erfassen des Umweltzustandes und zur Ausgabe von Umweltzustandsdaten und einer Auswerteeinheit (24) zur Datenfusion der Umfelddaten mit den Umweltzustandsdaten zur Bestimmung einer Reibwertindikation, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (30) zum Erfassen des Fahrzeugzustandes und zur Ausgabe von Fahrzeugzustandsdaten und einer Auswerteeinheit (34) zur Datenfusion der Fahrzeugzustandsdaten mit der Reibwertindikation und den Fahrervorgabedaten zur Bestimmung des Fahrzustandes, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (40) zum Erfassen der Fahrervorgaben und zur Ausgabe von Fahrervorgabedaten und einer Auswerteeinheit (44) zur Datenfusion der Fahrervorgabedaten mit den Fahrzeugzustandsdaten zur Bestimmung des Fahrersollkurses, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrsicherheitskoordinator (6) vorgesehen ist, der die Kollisionsgefahr berechnet anhand einer Gefahrenbewertung und dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) des Kraftfahrzeugs (1) in Bezug auf das Objekt (O) ermittelt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) einen letzten Bremspunkt (PTB) zum Anhalten vor dem Objekt (O), einen letzten Lenkpunkt (PTS-u) des ungebremsten Fahrzeugs (1) zum Ausweichen sowie einen letzten Lenkpunkt (PTS-b) des gebremsten Kraftfahrzeugs (1) zum Ausweichen vor dem Objekt (O) ermittelt und dass die Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) zu diesen Punkten (PTB, PTS-b, PTS-u) beginnen oder enden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) die Lage und Länge der Vorkollisionsphase (P3) zwischen dem letzten Lenkpunkt (PTS-u) des ungebremsten Fahrzeugs (1) zum Ausweichen und dem letzten Lenkpunkt (PTS-b) des gebremsten Kraftfahrzeugs (1) zum Ausweichen vor dem Objekt (O) situativ mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs beeinflusst um einen Bremsvorgang (P4a) oder einen Ausweichvorgang (P4b) zu optimieren.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraft des fahrerunabhängigen Bremseingriffs entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die rechten und linken Räder des Fahrzeugs (1) verteilt wird, sodass im Fall der ungleichmäßigen Bremskraftverteilung das Ausweichmanöver unterstützt wird.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) innerhalb der Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) des Kraftfahrzeugs (1) zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver vornimmt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) die Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) unter Berücksichtigung einer Ausweichmöglichkeit, eines kombinierten Brems-/Ausweichmanövers oder eines Bremsmanövers situativ und/oder nach Fahrervorgabe für den Fahrer entsprechend der Kollisionsgefahr, der Fahrsituation, des Fahrzeugzustands und der Reibwertindikation optimiert und beherrschbar macht.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrsicherheitskoordinator (6) die Reibwertindikation zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn auf Basis einer Schätzung zugeführt wird, wobei die Reibwertindikation aus einem fahrerunabhängigen oder einem fahrerausgelösten Bremseingriff ermittelt wird.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ mindestens einen zulässigen Fahrkorridor und oder eine optimale Bewegungstrajektorie ermittelt und die Fahrervorgabe mittels aktiv ansteuerbarer Komponenten (9) auf den Fahrkorridor begrenzt und das Kraftfahrzeug (1) mittels der aktiv ansteuerbaren Komponenten (9) im Fahrkorridor oder auf der Bewegungstrajektorie hält.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs die Lage und Länge der Vorkollisionsphase (P3) zwischen dem letzten Lenkpunkt (PTS-u) des ungebremsten Fahrzeugs (1) zum Ausweichen und dem letzten Lenkpunkt (PTS-b) des gebremsten Kraftfahrzeugs (1) zum Ausweichen vor dem Objekt (O) beziehungsweise den letztmöglichen Punkt zu Lenken (PTS-u, PTS-b) so beeinflusst, dass der Ausweichvorgang unter Berücksichtigung des zulässigen Fahrkorridors und/oder im Hinblick auf die optimale Trajektorie optimiert wird.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrsicherheitskoordinator (6) dazu eingerichtet ist, eine haptische, akustische und/oder optische Warnung und/oder Lenkempfehlung an den Fahrer auszugeben.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (2) zum Erfassen der Umfeldbedingungen und zur Ausgabe von Umfelddaten, einer Auswerteeinheit (4) zur Datenfusion der Umfelddaten und einer Auswerteeinheit (5) zur Erkennung von Freiräumen und Objekten (O), deren Position und Bewegung, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (20) zum Erfassen des Umweltzustandes und zur Ausgabe von Umweltzustandsdaten und einer Auswerteeinheit (24) zur Datenfusion der Umfelddaten mit den Umweltzustandsdaten zur Bestimmung einer Reibwertindikation, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (30) zum Erfassen des Fahrzeugzustandes und zur Ausgabe von Fahrzeugzustandsdaten und einer Auswerteeinheit (34) zur Datenfusion der Fahrzeugzustandsdaten mit Fahrervorgabedaten zur Bestimmung des Fahrzustandes, sowie mit mindestens einer Sensoreinheit (40) zum Erfassen der Fahrervorgaben und zur Ausgabe von Fahrervorgabedaten und einer Auswerteeinheit (44) zur Datenfusion der Fahrervorgabedaten mit den Fahrzeugzustandsdaten zur Bestimmung des Fahrersollkurses, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollisionsgefahr durch einen Sicherheitskoordinator (6) anhand einer Gefahrenbewertung berechnet wird und dass Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) des Kraftfahrzeugs (1) in Bezug auf das Objekt (O) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein letzter Bremspunkt (PTB) zum Anhalten vor dem Objekt (O), ein letzter Lenkpunkt (PTS-u) des ungebremsten Fahrzeugs (1) zum Ausweichen sowie ein letzter Lenkpunkt (PTS-b) des gebremsten Kraftfahrzeugs (1) zum Ausweichen vor dem Objekt (O) ermittelt wird und dass die Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) zu diesen Punkten (PTB, PTS-b, PTS-u) beginnen oder enden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und Länge der Vorkollisionsphase (P3) zwischen dem letzten Lenkpunkt (PTS-u) des ungebremsten Fahrzeugs (1) zum Ausweichen und dem letzten Lenkpunkt (PTS-b) des gebremsten Kraftfahrzeugs (1) zum Ausweichen vor dem Objekt (O) situativ mit Hilfe eines fahrerunabhängigen Bremseingriffs beeinflusst werden, um einen Bremsvorgang (P4a) oder einen Ausweichvorgang (P4b) zu optimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) des Kraftfahrzeugs (1) zur Gewährleistung der operationalen Sicherheit prädiktiv und situativ ein kombiniertes Brems-/Ausweichmanöver durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkollisionsphasen (P1, P2, P3, P4a, P4b) unter Berücksichtigung einer Ausweichmöglichkeit, eines kombinierten Brems-/Ausweichmanövers oder eines Bremsmanövers situativ und/oder nach Fahrervorgabe für den Fahrer entsprechend der Kollisionsgefahr, des Fahrzeugzustands und der Reibwertindikation optimiert und beherrschbar gemacht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkollisionsphasen (P1', P2', P3', P4a', P4b') in einer Multiobjekt- und/oder Multikollisionssituation erneut ermittelt werden, wenn ein weiteres Objekt (O) in Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (1) erkannt wird.