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DE10307848A1 - Determination of the movement situation of a traffic object within the vicinity of a vehicle by measuring relative movement values and inputting the values to a computer mathematical model - Google Patents

Determination of the movement situation of a traffic object within the vicinity of a vehicle by measuring relative movement values and inputting the values to a computer mathematical model Download PDF

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DE10307848A1
DE10307848A1 DE10307848A DE10307848A DE10307848A1 DE 10307848 A1 DE10307848 A1 DE 10307848A1 DE 10307848 A DE10307848 A DE 10307848A DE 10307848 A DE10307848 A DE 10307848A DE 10307848 A1 DE10307848 A1 DE 10307848A1
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DE
Germany
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vehicle
obj
traffic object
matrix
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Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10307848A
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German (de)
Inventor
Hans Dr. Fritz
Heiko Dipl.-Ing. Schiemenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fritz Hans Drdipl-Ing 73061 Ebersbach De
Schiemenz Heiko Dipl-Ing 70186 Stuttgart De
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Priority to DE10307848A priority Critical patent/DE10307848A1/en
Publication of DE10307848A1 publication Critical patent/DE10307848A1/en
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    • G08G1/16Anti-collision systems
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K31/00Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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Abstract

Method whereby relative values between the vehicle and the traffic object are measured to enable condition values of the traffic object to be determined in a computer unit (4). The computer unit implements a mathematical model using the vehicle acceleration (aFz), the distance to the object (dobj) and at least one speed value as inputs in order to determine values describing the longitudinal dynamics of the traffic object. The invention also relates to a corresponding arrangement for implementation of the inventive method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes in der Umgebung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 13.The invention relates to a Method and device for determining the state of motion a traffic object in the vicinity of a vehicle after the The preamble of claim 1 or 13.

Aus der Druckschrift DE 197 43 726 A1 ist es bekannt, mit Hilfe einer Positionsdatenerfassungseinrichtung, welche in einem bewegten Fahrzeug mitgeführt wird, sowie einer Bildaufnahmeeinrichtung den Relativabstand sowie die Relativgeschwindigkeit zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu ermitteln und bei Über- bzw. Unterschreitung vorgegebener Grenzwerte das Fahrzeug zu beschleunigen bzw. abzubremsen oder ein Warnsignal zu erzeugen. Für ein hohes Maß an Sicherheit bei Verwendung dieses Abstandsregelsystems, insbesondere für den Fall, dass mit einem geringen Abstand gefahren wird, muss zusätzlich zu dem Relativabstand und der Relativgeschwindigkeit auch die Beschleunigung des vorausfahrenden Fahrzeuges bekannt sein, um zu gewährleisten, dass bei dynamischen Fahrmanövern des vorausfahrenden Fahrzeuges (beispielsweise plötzliches, starkes Bremsen) alle sicherheitsrelevanten Kriterien im Folgefahrzeug eingehalten werden können.From the publication DE 197 43 726 A1 It is known, with the aid of a position data acquisition device, which is carried in a moving vehicle, as well as an image recording device to determine the relative distance and the relative speed to a vehicle in front and accelerate or decelerate when exceeding or falling below predetermined limits the vehicle or a warning signal to create. For a high degree of safety when using this distance control system, especially in the case that is driven with a small distance, in addition to the relative distance and the relative speed and the acceleration of the vehicle in front must be known to ensure that in dynamic driving maneuvers of preceding vehicle (for example, sudden, strong braking) all safety-related criteria in the following vehicle can be met.

Der Wert der Beschleunigung kann zwar bei Systemen wie in der DE 197 43 726 A1 beschrieben grundsätzlich auch auf mathematischem Wege mit Hilfe einer numerischen Differenziation der gemessenen Relativgeschwindigkeit bestimmt werden. Die numerische Differenziation erhöht jedoch die Störwelligkeit bzw. das Signalrauschen, mit der Folge, dass der erhaltene Beschleunigungswert Tiefpass-gefiltert werden muss, um die sich aus der Differenziation ergebenden Störungen zu eliminieren bzw. zu reduzieren. Dieses Verfahren wird beispielsweise in der WO 95/14939 A1 beschrieben, aus der eine Kalman-Filterung des Relativabstandes, der Relativgeschwindigkeit und der Relativbeschleunigung bekannt ist.The value of the acceleration can be used in systems such as DE 197 43 726 A1 described in principle also be determined mathematically by means of a numerical differentiation of the measured relative velocity. However, the numerical differentiation increases the noise and the signal noise, with the result that the obtained acceleration value must be low-pass filtered in order to eliminate or reduce the resulting from the differentiation disturbances. This method is described for example in WO 95/14939 A1, from which a Kalman filtering of the relative distance, the relative speed and the relative acceleration is known.

Problematisch ist jedoch, dass verschiedene Sensorsysteme für die Messung der Geschwindigkeiten bzw. der Beschleunigungen eingesetzt werden müssen. Hierbei können zeitliche Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Sensorsystemen auftreten, die durch die numerische Differenziation noch verstärkt werden. Die Phasenverschiebungen stellen eine zusätzliche Fehlerquelle dar, die die Werte für die Geschwindigkeit und die Beschleunigung verschlechtern und die Fahrsicherheit beeinträchtigen können.However, the problem is that different sensor systems for the Measurement of the speeds or accelerations used Need to become. Here you can temporal phase shifts between the different sensor systems occur, which are reinforced by the numerical differentiation. The phase shifts represent an additional source of error that the values for the speed and the acceleration worsen and the Impair driving safety can.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, den Bewegungszustand eines Verkehrsobjektes in der Umgebung eines Fahrzeuges mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.Starting from this state of the art the invention is based on the problem, the state of motion of a traffic object in the vicinity of a vehicle with high accuracy.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 13 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This problem is inventively with the Characteristics of claim 1 or 13 solved. The subclaims give appropriate training on.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes in der Umgebung eines Fahrzeuges werden als Messgrößen die Beschleunigung des Fahrzeuges, der Relativabstand zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt sowie zumindest eine Geschwindigkeitsgröße – insbesondere die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt – gemessen bzw. ermittelt. Bei Kenntnis dieser Größen können anschließend in einer Recheneinheit unter Zugrundelegung eines mathematischen Modells, insbesondere mittels eines Beobachtermodells, als Zustandsgröße wenigstens eine die Längsdynamik des Verkehrsobjektes beschreibende Größe wie z.B. dessen Fahrgeschwindigkeit und/oder dessen Beschleunigung als Absolutwerte berechnet werden. Mit Hilfe eines geeigneten Beobachtermodells werden die Messdaten aus den unterschiedlichen Messeinrichtungen fusioniert und es kann das unterschiedliche zeitliche Messverhalten der Messeinrichtungen über das dynamische Beobachtermodell korrigiert werden.In the method according to the invention for determining the state of motion of a traffic object in The surroundings of a vehicle are measured as the acceleration of the vehicle, the relative distance between the vehicle and the traffic object and at least a speed variable - especially the intrinsic speed of the vehicle and / or the relative speed between vehicle and traffic object - measured or determined. With knowledge of these sizes can subsequently in a computing unit based on a mathematical model, in particular by means of an observer model, as a state variable at least one the longitudinal dynamics the traffic object descriptive size such. its driving speed and / or its acceleration are calculated as absolute values. With With the help of a suitable observer model, the measured data will be displayed fused the different measuring equipment and it can do that different temporal measuring behavior of the measuring devices over the be corrected dynamic observer model.

Die die Längsdynamik des Verkehrsobjektes beschreibende Größe – insbesondere Fahrgeschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Verkehrsobjekts – werden im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht mehr algebraisch durch Addition der Eigengeschwindigkeit bzw. Eigenbeschleunigung des Fahrzeuges mit einem zugeordneten Relativwert zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt berechnet, sondern im Beobachtermodell als absolute Größen ausgegeben. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass keine Phasenverschiebungen aus verschiedenen Messanordnungen in die berechneten Zustandsgrößen des Verkehrsobjektes einfließen, wodurch präzisere Ergebnisse für die Zustandsgrößen des Verkehrsobjektes erreicht werden können. Insbesondere durch numerische Differenziation erzeugte Störgrößen wie numerisches Rauschen können vermieden werden.The descriptive of the longitudinal dynamics of the traffic object Size - in particular Driving speed or acceleration of the traffic object - be in contrast to known from the prior art method no longer algebraic by adding the own velocity or Acceleration of the vehicle with an associated relative value calculated between vehicle and traffic object, but in the observer model issued as absolute sizes. This results in the advantage that no phase shifts from different measuring arrangements into the calculated state variables of Incorporate traffic object, which is more precise results for the state variables of Traffic object can be achieved. In particular by numerical Differentiation generated disturbances like numerical noise can be avoided.

Grundsätzlich reicht es aus, die Eigengeschwindigkeit sowie Eigenbeschleunigung des Fahrzeuges sowie den Relativabstand zum Verkehrsobjekt zu kennen, um mit Hilfe des Beobachtermodells die Fahrgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Verkehrsobjektes zu ermitteln. Ein derartiges System ist beobachtbar.Basically, it is enough, the airspeed as well as the vehicle's own acceleration and the relative distance to the vehicle Traffic object to know, with the help of the observer model the Driving speed and the acceleration of the traffic object to determine. Such a system is observable.

Anstelle der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges kann auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und bewegtem Verkehrsobjekt gemessen bzw. ermittelt und dem mathematischen Beobachtermodell zugrunde gelegt werden. Desweiteren können sowohl die Eigengeschwindigkeit als auch die Relativgeschwindigkeit in das Beobachtermodell einfließen. Sowohl in alternativer als auch in kumulativer Formulierung ist das System beobachtbar.Instead of the vehicle's own speed, the relative speed between the vehicle and the moving traffic object can also be measured or determined and the mathematical Be model of care. Furthermore, both the airspeed and the relative velocity can be included in the observer model. In both alternative and cumulative formulations, the system is observable.

In das mathematische Modell eines Beobachters geht eine Beobachter- bzw. Verstärkungsmatrix ein, die die Güte der Approximation des Beobachterzustandes an den Systemzustand maßgebend bestimmt. Diese Verstärkungsmatrix kann gemäß einer ersten zweckmäßigen Ausführung durch Eigenwertvorgabe des Beobachtermodells festgelegt werden, wobei durch eine entsprechende Wahl der Eigenwerte das Beobachtermodell stabil gehalten werden kann. Alternativ kann die Verstärkungsmatrix des Beobachtermodells auch mit Hilfe eines Kalman-Filters ermittelt werden; hierfür können unter Berücksichtigung von vorzugebenden Matrizen für Messrauschen sowie für Systemrauschen rekursive, aus dem Stand der Technik bekannte Beziehungen zur Ermittlung der Verstärkungsmatrix eingesetzt werden.In the mathematical model of a Observers enter an observer or gain matrix, which determines the quality of the approximation of the observer state to the system state determines determined. This gain matrix can according to a first appropriate execution by Eigenwertvorgabe the observer model are set, where through an appropriate choice of eigenvalues the observer model can be kept stable. Alternatively, the gain matrix of the observer model also determined using a Kalman filter become; therefor can considering of prescribing matrices for Measurement noise as well as for System noise recursive relationships known in the art for determining the gain matrix be used.

Die Kenntnis des vollständigen Systemzustandes des Verkehrsobjektes, bei dem es sich insbesondere um ein vorausfahrendes oder um ein nachfolgendes Fahrzeug handelt, kann in Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden, derart, dass der Fahrer über die aktuelle Fahrsituation informiert wird und/oder der Fahrzustand des eigenen Fahrzeuges unter Berücksichtigung des Fahrzustandes des Verkehrsobjektes beeinflusst bzw. nach vorgegebenen Optimierungskriterien angepasst werden kann. Bei derartigen Fahrerassistenzsystemen handelt es sich beispielsweise und Notbremssysteme oder Abstandsregelsysteme, bei denen Fahrzeuge in geringem Abstand hintereinander fahren.The knowledge of the complete system state of the traffic object, which is in particular a preceding vehicle or a subsequent vehicle may be in driver assistance systems be used, such that the driver on the current driving situation is informed and / or the driving condition of their own vehicle consideration the driving condition of the traffic object influenced or according to predetermined optimization criteria can be adjusted. In such driver assistance systems act For example, and emergency braking systems or proximity control systems, in which vehicles drive a short distance behind each other.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Messeinrichtung, über die zumindest die eigene Beschleunigung des Fahrzeuges, der Relativabstand zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt sowie mindestens eine Geschwindigkeitsgröße bestimmt werden kann. Des Weiteren ist der Einrichtung eine Recheneinheit zugeordnet, in der ein mathematisches Beobachtermodell abgelegt ist, in welchem unter Berücksichtigung der gemessenen Größen die Fahrgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Verkehrsobjektes zu berechnen sind.The inventive device for carrying out the Method includes a measuring device on which at least one's own Acceleration of the vehicle, the relative distance between the vehicle and traffic object as well as at least one speed variable can be. Furthermore, the device is a computing unit in which a mathematical observer model is stored is in which considering the measured sizes the Driving speed and the acceleration of the traffic object to be calculated.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:

1 ein schematisches Blockschaltbild zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes, welches sich relativ zu einem Fahrzeug bewegt, 1 3 is a schematic block diagram for determining the state of motion of a traffic object which moves relative to a vehicle.

2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung in einer modifizierten Ausführung, 2 a block diagram of a device in a modified embodiment,

3 ein Blockschaltbild noch einer weiteren Einrichtung in einer modifizierten Ausführung. 3 a block diagram of yet another device in a modified embodiment.

Die in 1 dargestellte Einrichtung 10 ist in einem Fahrzeug angeordnet und dient zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes in der Umgebung eines Fahrzeuges.In the 1 illustrated device 10 is arranged in a vehicle and is used to determine the state of motion of a traffic object in the vicinity of a vehicle.

Mit Hilfe der Einrichtung 10 ist es möglich, den Bewegungszustand des Verkehrsobjektes, welches sich insbesondere relativ zum Fahrzeug bewegen kann und bei dem es sich beispielsweise um ein vorausfahrendes oder um ein nachfolgendes Fahrzeug handelt, zu bestimmen. Bei Kenntnis des Bewegungszustandes des Verkehrsobjektes können Fahrerassistenzsysteme eingesetzt und gemäß vorgegebenen Regelungs- bzw. Optimierungskriterien eingestellt werden oder es kann dem Fahrer die aktuelle Verkehrssituation angezeigt werden.With the help of the device 10 For example, it is possible to determine the state of motion of the traffic object, which can in particular move relative to the vehicle and which is, for example, a preceding vehicle or a following vehicle. With knowledge of the state of motion of the traffic object driver assistance systems can be used and adjusted according to predetermined control or optimization criteria or it can be displayed to the driver, the current traffic situation.

Die Einrichtung 10 umfasst eine Mehrzahl von Messeinrichtungen 20, bei denen es sich um eine Fahrgeschwindigkeits-Messeinrichtung 1 zur Ermittlung der Eigengeschwindigkeit vFZ des Fahrzeuges, um eine Fahrbeschleunigungs-Messeinrichtung 2 zur Ermittlung der Beschleunigung aFz des Fahrzeuges sowie um eine Abstands-Erkennungseinrichtung 3 zur Ermittlung des Relativabstandes dobj zwischen dem Fahrzeug und dem Verkehrsobjekt handelt. Die von Messeinrichtungen 1, 2 und 3 gelieferten Messsignale 301 (Beschleunigung aFz), 302 (Eigengeschwindigkeit vFZ) und 303 (Relativabstand dobj) werden einer Recheneinheit 4 zugeführt, die ebenfalls Teil der Einrichtung 10 ist und in der die zugeführten Signale gemäß einem hinterlegten Beobachtermodell zur Ermittlung der Systemzustände Fahrgeschwindigkeit vobj und Beschleunigung aobj des Verkehrsobjektes verarbeitet werden. Die Beschleunigung aobj sowie die Geschwindigkeit vobj liegen als Signale 305 bzw. 306 vor und können im Fahrzeug zur Ansteuerung diverser Aggregate des Fahrzeuges weiterverarbeitet werden.The device 10 includes a plurality of measuring devices 20 , which is a vehicle speed measuring device 1 for determining the vehicle's own vehicle speed v FZ to a driving acceleration measuring device 2 for determining the acceleration a Fz of the vehicle as well as a distance detection device 3 for determining the relative distance d obj between the vehicle and the traffic object . The of measuring equipment 1 . 2 and 3 supplied measuring signals 301 (Acceleration a Fz ), 302 (Airspeed v FZ ) and 303 (Relative distance d obj ) become a computing unit 4 fed, which is also part of the facility 10 and in which the supplied signals are processed in accordance with a stored observer model for determining the system states driving speed v obj and acceleration a obj of the traffic object . The acceleration a obj and the velocity v obj are signals 305 respectively. 306 before and can be further processed in the vehicle to control various aggregates of the vehicle.

Das in der Recheneinheit 4 abgelegte, dem Verfahren bzw. der Einrichtung zugrunde liegende mathematische Beobachtermodell (Luenberger- bzw. Identitätsbeobachter), mit dessen Hilfe die gesuchten Zustandsgrößen Geschwindigkeit und Beschleunigung des Verkehrsobjekts zu ermitteln sind, kann mit den Beziehungen

Figure 00070001
beschrieben werden, wobei mit x ^ der Schätzvektor für den Zustandsvektor x, mit u ein Eingangsvektor, mit y ein Ausgangsvektor, mit A die Systemmatrix des mathematischen Beobachtermodells, mit B die Eingangsmatrix, mit C die Ausgangsmatrix und mit K eine Verstärkungsmatrix bezeichnet wird.That in the arithmetic unit 4 filed, the method or the device underlying mathematical observer model (Luenberger or identity observer), with the help of the sought state variables speed and acceleration of the traffic object to be determined, can with the relationships
Figure 00070001
where x is the estimate vector for the state vector x, u is an input vector, y is an output vector, A is the system matrix of the mathematical observer model, B is the input matrix, C is the output matrix, and K is a gain matrix.

Der zu schätzende Zustandsvektor x ist zweckmäßig als 4x1-Vektor aufgebaut und umfasst die Elemente

Figure 00070002
wobei aobj die Beschleunigung und vobj die Geschwindigkeit des Verkehrsobjekts, vFz Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs und dobj den Relativabstand zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt bezeichnet. Bei einem in dieser Weise aufgebauten Zustandsvektor nimmt die Systemmatrix A die Dimension 4x4 ein und besitzt folgenden Aufbau:
Figure 00070003
The state vector x to be estimated is expediently constructed as a 4x1 vector and comprises the elements
Figure 00070002
where a obj denotes the acceleration and v obj the speed of the traffic object , v Fz own vehicle speed and d obj the relative distance between the vehicle and the traffic object . In a state vector constructed in this way, the system matrix A occupies the dimension 4x4 and has the following structure:
Figure 00070003

Die Eingangsmatrix B besitzt die Dimension 4x1:

Figure 00080001
The input matrix B has the dimension 4x1:
Figure 00080001

Der Eingangsvektor u hat die Dimension 1x1 und ist mit der gemessenen – oder aus Messgrößen abgeleiteten – Beschleunigung aFz des Fahrzeugs identisch: u = aFz. The input vector u has the dimension 1x1 and is identical to the measured - or derived from measured variables - acceleration a Fz of the vehicle: u = a Fz ,

Der Ausgangs- oder Messvektor y umfasst den Relativabstand dobj und mindestens eine der Geschwindigkeitsgrößen vFz (Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs) und vrel,obj (Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt). Damit ist es möglich, den geschätzten Zustandsvektor k auf der Grundlage von Messwerten für die Beschleunigung aFz des Fahrzeugs, für den Relativabstand dobj und für wenigstens eine Geschwindigkeitsgröße zu berechnen.The output or measuring vector y comprises the relative distance d obj and at least one of the speed variables v Fz (vehicle's own speed) and v rel, obj (relative speed between vehicle and traffic object ). It is thereby possible to calculate the estimated state vector k on the basis of measured values for the acceleration a Fz of the vehicle, for the relative distance d obj and for at least one speed variable.

In der der Einrichtung nach 1 zugeordneten Ausführung besitzt der 2x1-Ausgangsvektor y die beiden Größen Relativabstand dobj und Eigengeschwindigkeit vFz:

Figure 00080002
In the facility 1 assigned embodiment, the 2x1 output vector y has the two variables relative distance d obj and airspeed v Fz :
Figure 00080002

Daraus ergibt sich folgender Aufbau für die Ausgangsmatrix C mit der Dimension 2x4:

Figure 00080003
sowie folgender Aufbau für die Verstärkungsmatrix K mit der Dimension 4x2:
Figure 00090001
This results in the following structure for the output matrix C with the dimension 2x4:
Figure 00080003
and the following structure for the gain matrix K with the dimension 4x2:
Figure 00090001

In der Einrichtung gemäß 2 werden als Messgrößen die Fahrzeugbeschleunigung aFz in der Fahrbeschleunigungs-Messeinrichtung 2 sowie der Relativabstand dobj in der Abstands-Erkennungseinrichtung 3 generiert. Des Weiteren misst die Abstands-Erkennungseinrichtung 3 auch noch die Relativgeschwindigkeit vrel,obj zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt, beispielsweise unter Verwendung von Radarsystemen und Ausnutzung des Dopplereffektes. Die Relativgeschwindigkeit vrel,obj wird als Messsignal 304 der Recheneinheit 4 zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Auf eine Fahrgeschwindigkeits-Messeinrichtung kann im Ausführungsbeispiel nach 2 verzichtet werden. In der Recheneinheit 4 werden wiederum gemäß dem hinterlegten Beobachtermodell die Geschwindigkeit dobj und die Beschleunigung aobj des Verkehrsobjektes berechnet.In the device according to 2 be the measured variables, the vehicle acceleration a Fz in the driving acceleration measuring device 2 and the relative distance d obj in the distance recognizer 3 generated. Furthermore, the distance recognizer measures 3 also the relative velocity v rel, obj between the vehicle and the traffic object , for example using radar systems and utilizing the Doppler effect. The relative velocity v rel, obj is used as a measurement signal 304 the arithmetic unit 4 fed for further processing. On a driving speed measuring device can in the embodiment according to 2 be waived. In the arithmetic unit 4 In turn, according to the stored observer model, the speed d obj and the acceleration a obj of the traffic object are calculated.

In der der Einrichtung nach 2 zugeordneten Ausführung besitzt der 2x1-Ausgangsvektor y die beiden Größen Relativabstand dobj und Relativgeschwindigkeit vrel,obj

Figure 00090002
In the facility 2 assigned embodiment, the 2x1 output vector y has the two variables relative distance d obj and relative velocity v rel, obj
Figure 00090002

Die Ausgangsmatrix C mit der Dimension 2x4 besitzt folgende Struktur:

Figure 00100001
The starting matrix C with dimension 2x4 has the following structure:
Figure 00100001

Die Verstärkungsmatrix K mit der Dimension 4x2 besitzt den gleichen Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel:

Figure 00100002
The gain matrix K with the dimension 4x2 has the same construction as in the first embodiment:
Figure 00100002

Die Einrichtung nach 3 stellt eine Kombination aus den beiden vorbeschriebenen Einrichtungen aus den 1 und 2 dar. Die Messeinrichtung 20 umfasst die Fahrgeschwindigkeits-Messeinrichtung 1 zur Messung der Eigengeschwindigkeit vFZ die Fahrbeschleunigungs-Messeinrichtung 2 zur Messung der Beschleunigung aFz des Fahrzeuges und die Abstands-Erkennungseinrichtung 3 zur Messung sowohl des Relativabstandes dobj als auch der Relativgeschwindigkeit vrel,obj zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt. Die Messsignale 301 bis 304 werden der Recheneinheit 4 zugeführt, in der aus dem hinterlegten Beobachtermodell wiederum Geschwindigkeit vobj und Beschleunigung aobj des Verkehrsobjekts als absolute Größen berechnet werden.The furnishings after 3 represents a combination of the two above-described facilities from the 1 and 2 dar. The measuring device 20 includes the vehicle speed measuring device 1 for measuring the airspeed v FZ the driving acceleration measuring device 2 for measuring the acceleration a Fz of the vehicle and the distance detection device 3 for measuring both the relative distance d obj and the relative velocity v rel, obj between the vehicle and the traffic object . The measuring signals 301 to 304 become the arithmetic unit 4 fed, in turn calculated from the stored observer model speed v obj and acceleration a obj of the traffic object as absolute values.

In der der Einrichtung nach 3 zugeordneten Ausführung besitzt der 3x1-Ausgangsvektor y drei Elemente: den Relativabstand dobj, die Eigengeschwindigkeit vFz und die Relativgeschwindigkeit vrel,obj

Figure 00100003
In the facility 3 The 3x1 output vector y has three elements: the relative distance d obj , the own velocity v Fz and the relative velocity v rel, obj
Figure 00100003

Dementsprechend besitzt die Ausgangsmatrix C nun die Dimension 3x4 mit folgendem Aufbau:

Figure 00110001
Accordingly, the output matrix C now has the dimension 3x4 with the following structure:
Figure 00110001

Die Verstärkungsmatrix K hat jetzt die Dimension 4x3 mit folgendem Aufbau:

Figure 00110002
The gain matrix K now has the dimension 4x3 with the following structure:
Figure 00110002

In allen drei Ausführungen gemäß den 1, 2 und 3 erhält man ein beobachtbares System, wobei die Elemente der Verstärkungsmatrix K entweder durch Eigenwertvorgabe oder mithilfe eines Kalman-Filters bestimmt werden können.In all three versions according to the 1 . 2 and 3 One obtains an observable system, where the elements of the gain matrix K can be determined either by eigenvalue prediction or by means of a Kalman filter.

Bei der Methode der Eigenwertvorgabe werden die Eigenwerte β1, β2, β3, β4 der Matrix F = A – KCvorgegeben und aus den hieraus sich ergebenden Bestimmungsgleichungen die Elemente der Verstärkungsmatrix K berechnet. Im Falle eines Kalman-Filters wird die Verstärkungsmatrix K aus den rekursiven Beziehungen Kk = P k CT (CP k CT + R)–1 Pk = (E – KkC)P k Pk = APk– 1AT + Q ermittelt, wobei mit R eine vorgegebene Kovarianzmatrix für das Messrauschen, mit Q eine vorgegebene Kovarianzmatrix für das Systemrauschen und mit E die Einheitsmatrix bezeichnet wird.In the eigenvalue prediction method, the eigenvalues become β 1 , β 2 , β 3 , β 4 of the matrix F = A - KC given and calculated from the resulting equations of determination, the elements of the gain matrix K. In the case of a Kalman filter, the gain matrix K becomes the recursive relations K k = P k C T (CP k C T + R) -1 P k = (E - K k C) P k P k = AP k 1 A T + Q where R is a given covariance matrix for measurement noise, Q is a given covariance matrix for system noise, and E is the unit matrix.

Gegebenenfalls kann in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen auf die Fahrbeschleunigungs-Messeinrichtung 2 zur Messung der Beschleunigung aFz des Fahrzeuges verzichtet werden. In diesem Fall kann die Fahrbeschleunigung aFz durch numerische Differenziation der Eigengeschwindigkeit vFZ ermittelt werden.Optionally, in the above-described embodiments, the driving acceleration measuring device 2 be dispensed with for measuring the acceleration a Fz of the vehicle. In this case, the driving acceleration a Fz can be determined by numerical differentiation of the airspeed v FZ .

Claims (13)

Verfahren zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes in der Umgebung eines Fahrzeuges, bei dem als Messgrößen Zustandsgrößen des Fahrzeugs bzw. Differenzgrößen zwischen dem Fahrzeug und dem Verkehrsobjekt gemessen und in einer Recheneinheit (4) Zustandsgrößen des Verkehrsobjektes bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (aFz) des Fahrzeugs, der Relativabstand (dobj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt sowie mindestens eine Geschwindigkeitsgröße (aFz, vrel,obj) gemessen bzw. ermittelt wird und daraus in der Recheneinheit (4) in einem mathematischen Modell als Zustandsgröße zumindest eine die Längsdynamik des Verkehrsobjektes beschreibende Größe berechnet wird.Method for determining the state of motion of a traffic object in the surroundings of a vehicle, in which state variables of the vehicle or difference values between the vehicle and the traffic object are measured as measured variables and stored in a computing unit ( 4 ) State variables of the traffic object are determined, characterized in that the acceleration (a Fz ) of the vehicle, the relative distance (d obj ) between the vehicle and traffic object and at least one speed variable (a Fz , v rel, obj ) is measured or determined and from it in the arithmetic unit ( 4 ) is calculated in a mathematical model as a state variable at least one of the longitudinal dynamics of the traffic object descriptive size. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Längsdynamik des Verkehrsobjektes beschreibende Größe die Fahrgeschwindigkeit (vobj) und/oder die Beschleunigung (aobj) des Verkehrsobjektes verwendet werden.A method according to claim 1, characterized in that as the longitudinal dynamics of the traffic object descriptive size of the vehicle speed (v obj ) and / or the acceleration (a obj ) of the traffic object are used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im mathematischen Modell wenigstens eine der folgenden Zustandsgrößen verwendet wird: – Geschwindigkeitsgröße (vFz, vrel,obj) und/oder – Relativabstand (dobj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt und/oder – Fahrgeschwindigkeit (vobj) des Verkehrsobjektes und/oder – Beschleunigung (aobj) des Verkehrsobjektes.Method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the following state variables is used in the mathematical model: - speed variable (v Fz , v rel, obj ) and / or - relative distance (d obj ) between vehicle and traffic object and / or Driving speed (v obj ) of the traffic object and / or - acceleration (a obj ) of the traffic object . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Geschwindigkeitsgröße die Eigengeschwindigkeit (vFz) des Fahrzeugs gemessen wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that as a speed variable, the intrinsic speed (v Fz ) of the vehicle is measured. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Geschwindigkeitsgröße die Relativgeschwindigkeit (vrel,obj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt gemessen wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that is measured as the speed variable, the relative speed (v rel, obj ) between the vehicle and the traffic object . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematisches Modell ein Zustandsbeobachter, insbesondere Kalmanfilter verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as mathematical Model a state observer, in particular Kalman filter is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mathematischen Beobachtermodell die Zustandsgrößen des Verkehrsobjektes gemäß dem Zusammenhang
Figure 00140001
geschätzt werden, wobei mit x ^ ein geschätzter Zustandsvektor u ein Eingangsvektor y ein Ausgangsvektor A eine Systemmatrix des mathematischen Beobachtermodells, B eine Eingangsmatrix des mathematischen Beobachtermodells, C eine Ausgangsmatrix des mathematischen Beobachtermodells K eine Verstärkungsmatrix bezeichnet wird, der zu schätzende Zustandsvektor (x) als 4x1-Vektor gemäß
Figure 00150001
mit aobj Beschleunigung des Verkehrsobjekts vobj Geschwindigkeit des Verkehrsobjekts vFz Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs dobj Relativabstand zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt aufgebaut ist, die Systemmatrix (A) als 4x4-Matrix
Figure 00150002
aufgebaut ist, die Eingangsmatrix (B) die Dimension 4x1 aufweist und gemäß
Figure 00160001
aufgebaut ist, der Eingangsvektor (u) die Dimension 1x1 aufweist und mit der gemessenen oder berechneten Beschleunigung (aFz) des Fahrzeugs gemäß u = aFz identisch ist und der Ausgangsvektor (y) den Relativabstand (dobj) und mindestens eine Geschwindigkeitsgröße (vFz, vrel,obj) umfasst.
Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the mathematical observer model, the state variables of the traffic object according to the context
Figure 00140001
where x ^ an estimated state vector u an input vector y an output vector A a system matrix of the mathematical observer model, B an input matrix of the mathematical observer model, C an output matrix of the mathematical observer model K a gain matrix, the state vector (x) to be estimated as According to 4x1 vector
Figure 00150001
with a obj acceleration of the traffic object v obj velocity of the traffic object v Fz own velocity of the vehicle d obj relative distance between vehicle and traffic object is constructed, the system matrix (A) as a 4x4 matrix
Figure 00150002
is constructed, the input matrix (B) has the dimension 4x1 and according to
Figure 00160001
is constructed, the input vector (u) has the dimension 1x1 and with the measured or calculated acceleration (a Fz ) of the vehicle according to u = a Fz is identical and the output vector (y) comprises the relative distance (d obj ) and at least one velocity variable (v Fz , v rel, obj ).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsvektor (y) den Relativabstand (dobj) und als Geschwindigkeitsgröße die Eigengeschwindigkeit (vFz) des Fahrzeugs umfasst und die Form
Figure 00160002
aufweist und dass die Ausgangsmatrix als 2x4-Matrix aufgebaut ist.
Figure 00160003
Method according to Claim 7, characterized in that the output vector (y) comprises the relative distance (d obj ) and, as speed variable, the vehicle's own speed (v Fz ) and the shape
Figure 00160002
and that the output matrix is constructed as a 2x4 matrix.
Figure 00160003
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsvektor (y) den Relativabstand (dobj) und als Geschwindigkeitsgröße die Relativgeschwindigkeit (vrel,obj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt umfasst und die Form
Figure 00170001
aufweist und dass die Ausgangsmatrix (C) als 2x4-Matrix aufgebaut ist:
Figure 00170002
A method according to claim 7, characterized in that the output vector (y) comprises the relative distance (d obj ) and as a speed variable, the relative speed (v rel, obj ) between the vehicle and the traffic object and the shape
Figure 00170001
and that the starting matrix (C) is constructed as a 2x4 matrix:
Figure 00170002
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsvektor (y) den Relativabstand (dobj) und als Geschwindigkeitsgrößen die Eigengeschwindigkeit (vFz) des Fahrzeugs sowie die Relativgeschwindigkeit (vrel,obj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt umfasst und die Form
Figure 00170003
aufweist und dass die Ausgangsmatrix (C) als 3x4-Matrix aufgebaut ist:
Figure 00170004
A method according to claim 7, characterized in that the output vector (y) comprises the relative distance (d obj ) and as speed variables the airspeed (v Fz ) of the vehicle and the relative speed (v rel, obj ) between the vehicle and traffic object and the shape
Figure 00170003
and that the starting matrix (C) is constructed as a 3 × 4 matrix:
Figure 00170004
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmatrix (K) durch Vorgabe der Eigenwerte (β1, β2, β3, β4) der Matrix F = A – KCermittelt wird.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the gain matrix (K) by specifying the eigenvalues (β 1 , β 2 , β 3 , β 4 ) of the matrix F = A - KC is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmatrix (K) mithilfe eines Kalman-Filters aus den rekursiven Beziehungen Kk = P k CT (CP k CT + R)–1 Pk = (E – KkC)P k Pk = APk– 1AT + Qermittelt wird, wobei mit R eine vorgegebene Kovarianzmatrix für Messrauschen Q eine vorgegebene Kovarianzmatrix für Systemrauschen E die Einheitsmatrix bezeichnet ist.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the gain matrix (K) using a Kalman filter from the recursive relationships K k = P k C T (CP k C T + R) -1 P k = (E - K k C) P k P k = AP k 1 A T + Q is determined, where R is a predetermined covariance matrix for measurement noise Q a predetermined covariance matrix for system noise E is the unit matrix. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Messeinrichtung (20) zur Messung der eigenen Beschleunigung (aFz) des Fahrzeugs, des Relativabstands (vobj) zwischen Fahrzeug und Verkehrsobjekt sowie mindestens einer Geschwindigkeitsgröße (vFz, vrel,obj) zur Bestimmung des Bewegungszustandes eines Verkehrsobjektes in der Umgebung des Fahrzeuges, mit einer Recheneinheit (4), in der Zustandsgrößen des Verkehrsobjektes bestimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (4) mithilfe eines mathematischen Modells als Zustandsgröße zumindest eine die Längsdynamik des Verkehrsobjektes beschreibende Größe berechenbar ist.Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 12, having a measuring device ( 20 ) for measuring the vehicle 's own acceleration (a Fz ), the relative distance (v obj ) between the vehicle and the traffic object and at least one speed variable (v Fz , v rel, obj ) for determining the state of motion of a traffic object in the vicinity of the vehicle, with a Arithmetic unit ( 4 ), in which state variables of the traffic object can be determined, characterized in that in the arithmetic unit ( 4 ) can be calculated using a mathematical model as a state variable at least one of the longitudinal dynamics of the traffic object descriptive size.
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