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DE19637245A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs

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DE19637245A1
DE19637245A1 DE19637245A DE19637245A DE19637245A1 DE 19637245 A1 DE19637245 A1 DE 19637245A1 DE 19637245 A DE19637245 A DE 19637245A DE 19637245 A DE19637245 A DE 19637245A DE 19637245 A1 DE19637245 A1 DE 19637245A1
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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung vorausfahrender Fahrzeuge sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind unter dem Namen "adaptive Fahrgeschwindigkeitsregler" beziehungsweise im englischen "ACC" (Adaptive Cruise Control) bekannt und beispielsweise in dem Aufsatz "Adaptive Cruise Control - System Aspects and Development Trends" von Winner, Witte et al, veröffentlicht auf der SAE 96 in Detroit vom 26.-29.Februar 1996, Paper No. 961010, beschrieben. Zusammenfassend beinhalten solche Verfahren und Vorrichtungen eine konventionelle Fahr­ geschwindigkeitsregelung, der für den Fall, daß ein zusätzlicher Sensor vorausfahrende Fahrzeuge detektiert, eine Abstandsregelung überlagert wird. Angesichts der heutigen Verkehrsverhältnisse ergibt sich dabei zwangsläufig das Problem, unter mehreren voraus fahrenden Fahrzeugen eines als Regelungsziel für die Abstandsregelung auszuwählen.
In der EP 0 716 949 A1 wird ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine darauf beruhende Vorrichtung beschrieben, die eine Geschwindigkeitsregelung unter Berücksichtigung mehrerer vorausfahrender Fahrzeuge realisiert und dabei auch Spurwechsel der voraus fahrenden Fahrzeuge berücksichtigt. Zur Realisierung dieser Aufgabe werden Mittel verwendet, die eine Information über die Winkellage der einzelnen voraus­ fahrenden Fahrzeuge liefern. Weiterhin werden Mittel verwendet, die ein vorausfahrendes Fahrzeug einem vorher­ bestimmten Winkelbereich zuordnen. In Abhängigkeit unter­ schiedlicher Umgebungssituationen wird dann eine von drei möglichen Regelungsstrategien ausgewählt. Damit verbunden ist gleichzeitig auch die Auswahl eines der voraus fahrenden Fahrzeuge als Regelungsziel. Keine Berücksichtigung erfährt in dieser Schrift jedoch die Frage, wie ein vorausfahrendes Fahrzeug als Regelungsziel ausgewählt wird, wenn das geregelte Fahrzeug einen Spurwechsel durchführt.
In der DE 42 00 694 A1 wird ein gattungsgemäßes Verfahren beschrieben, das einen Spurwechsel des geregelten Fahrzeugs insbesondere zum Überholen berücksichtigt. Danach wird die Abstandsregelung bei Vorliegen entsprechender Indizien für eine bestimmte Zeit lang vollkommen unterbrochen. Nach Beendigung einer im System voreingestellten Zeitspanne nimmt die Abstandsregelung ihren Betrieb dann selbständig wieder mit den vorher eingestellten Parametern auf. Genaugenommen führt dabei also während eines Spurwechsels nicht die Regelung, sondern der Fahrer das Fahrzeug.
Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, ein Verfahren und eine darauf basierende Vorrichtung vorzu­ schlagen, das bzw. die die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung vorausfahrender Fahrzeuge regelt, auch wenn und während das geregelte Fahrzeug die Fahrspur wechselt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Vorliegen von Indikatoren für einen beginnenden oder beabsichtigten Spurwechsel der für eine Abstandsregelung berücksichtigte, vorwärtige Bereich verbreitert wird. Dazu sind Mittel vorgesehen, die vorausfahrende Fahrzeuge detektieren und zumindest ihren Abstand, ihre Geschwindig­ keit und ihren Winkel zum geregelten Fahrzeug bestimmen. Weitere Mittel bestimmen anhand fahrzeugdynamischer Daten, wie beispielsweise der Gierrate, des Lenkwinkels, der Querbeschleunigung und/oder anhand von Raddrehzahlen einen zukünftigen Kursbereich des geregelten Fahrzeugs. Im Ideal­ fall ist dieser deckungsgleich mit dem weiteren Verlauf der Fahrspur, in der sich das geregelte Fahrzeug befindet. Im normalen Fahrbetrieb innerhalb dieser Fahrspur werden für die Abstandsregelung nur die Fahrzeuge berücksichtigt, die sich in diesem bestimmten voraussichtlichen Kursbereich des geregelten Fahrzeugs befinden. Bei Vorliegen von Indikatoren für einen Spurwechsel wird nun dieser voraussichtliche Kurs­ bereich um bis zu einer Streifen- oder Fahrspurbreite erweitert.
In dem Fall, daß dadurch nun mehrere vorausfahrende Fahr­ zeuge als Regelungsziel in Frage kommen, wird dasjenige ausgewählt, das bei dem geregelten Fahrzeug eine geringste Sollbeschleunigung hervorruft. Dabei wird eine gegebenen­ falls erforderliche Verzögerung als negative Beschleunigung betrachtet.
Die Erweiterung des voraussichtlichen Kursbereichs wird wieder reduziert, wenn der Vollzug des Spurwechsel erkannt wurde und/oder wenn die Indikatoren für einen beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel für eine bestimmte Zeit anliegen. Diese bestimmte Zeit liegt dabei vorzugsweise zwischen 2 und 5 Sekunden.
Der beabsichtigte oder beginnende Spurwechsel kann anhand fahrdynamischer Größen wie wiederum der Gierrate, des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung, anhand des Fahrtrichtungsanzeigers und/oder anhand einer Videobild­ verarbeitung erkannt werden.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die sich auf der Nachbarspur befindenden Fahrzeuge bereits frühzeitig für den Regelalgorithmus berücksichtigt werden. Dadurch ergibt sich ein früherer Übergang bei der Übernahme eines neuen Regelungsziels. Das Verhalten das geregelten Fahrzeugs ist dadurch insgesamt komfortabler und klarer nachzuvoll­ ziehen. Außerdem erhöht die frühzeitige Berücksichtigung eines Fahrzeugs auf der benachbarten Spur die Sicherheit, da eine gegebenenfalls notwendige Verzögerung beispielsweise durch einen Bremseingriff bereits vor Beendigung des Spurwechsels eingeleitet wird.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1a und b zwei mögliche Szenarien, in denen ein Spurwechsel stattfinden kann und
Fig. 2 ein Blockschaltbild inklusive eines Flußdiagramms für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Fig. 1a ist eine gerade verlaufende dreispurige Straße skizziert, deren linke, mittlere und rechte Fahrspur mit 11, 12 und 13 bezeichnet sind. Auf der mittleren Fahrspur befindet sich ein Fahrzeug 14 mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung. Vor dem geregelten Fahrzeug 14 befinden sich in jeweils einer Fahrspur drei vorausfahrende Fahrzeuge 15, 16 und 17. Ausgehend von der Front des geregelten Fahrzeugs 14 kennzeichnen zwei v-förmig verlaufende Linien mit einem Öffnungswinkel α den Beobachtungsbereich eines winkelauflösenden Entfernungs- und Geschwindigkeitssensors. Dies kann beispielsweise ein mehrstrahliger und/oder bewegter Radar- oder Lasersensor sein. Eine dunkel schraffierte Fläche 18 kennzeichnet einen als zukünftigen Fahrstreifen des geregelten Fahrzeugs bestimmten Bereich. Dieser öffnet sich hier beispielsweise v-förmig von der Front des geregelten Fahrzeugs 14 an bis zur Breite der tatsächlichen Fahrspur und liegt idealerweise deckungsgleich über der Fahrspur 12 in Fahrtrichtung des geregelten Fahrzeugs 14. Dabei wird das vorausfahrende Fahrzeug 16, das sich in der Fahrspur 12 befindet, ebenfalls durch den dunkel schraffierten Bereich 18 überdeckt. Ein heller schraffierter Bereich 19 kennzeichnet einen erweiterten zukünftigen Fahrstreifen. Er erweitert den zukünftigen Fahrstreifen 18 um die Breite eines Fahrstreifens und überdeckt die rechte Fahrspur 13 in Fahrtrichtung des geregelten Fahrzeugs 14 sowie ein vorausfahrendes Fahrzeug 17, das sich in dieser Fahrspur 13 befindet.
Fig. 1b zeigt dasselbe Szenario wie in Fig. 1a, wobei hier nun die Fahrbahn 10 in einer Kurve verläuft. Die ein­ gezeichneten Fahrzeuge, die schraffierten Bereiche sowie die Bezifferungen entsprechen denen in Fig. 1a. Verdeutlicht wird hiermit, daß das nachfolgend beschriebene Verfahren unabhängig davon ist, ob die Straße eine Krümmung aufweist oder nicht.
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Block 201 symbolisiert fahrzeugdynamische Sensoren. Dies sind beispielsweise Sensoren, die einzeln oder in Kombination die Gierrate des Fahrzeugs, seinen Lenkwinkel, Querbeschleunigungen und/oder Raddrehzahlen erfassen. Block 202 symbolisiert den Fahrtrichtungsanzeiger des Fahrzeugs. Block 203 symbolisiert eine videobasierte Fahrstreifenerkennung. Die Signale mindestens eines der Blöcke 201 und 203 werden einem Block 204 zugeführt, der aus den ihm zugeführten Signalen die zukünftigen Fahrstreifen­ verläufe bestimmt. Gleichzeitig werden die Signale mindestens eines der Blöcke 201 bis 203 einem Block 205 zugeführt, der mit Fahrstreifenwechsel-Antizipation bezeichnet ist. Hier werden aus den zugeführten Signalen Indikatoren ermittelt, die darauf hindeuten, daß ein Spurwechsel bevorsteht. Bei einer videobasierten Fahr­ streifenerkennung 203 läßt sich dies beispielsweise daraus ableiten, daß die seitliche Entfernung zu der jeweils nächsten erkannten Fahrbahnmarkierung stetig abnimmt.
Alternativ oder ergänzend wird als Indiz erst ein Über­ schreiten der Markierung oder ein Mindestabstand zu ihr gewertet. Die fahrdynamischen Größen können beispielsweise mit abgespeicherten Mustern verglichen werden, die sich aus Aufzeichnungen gewinnen lassen und Merkmale oder Merkmals­ kombinationen enthalten, die wiederum für einen Spurwechsel typisch sind. Ein sehr zuverlässiges Indiz für einen bevorstehenden Spurwechsel ist natürlich eine Aktivierung des Fahrtrichtungsanzeigers.
Ein Block 206 symbolisiert einen Sensor zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge sowie zur Messung ihres Abstandes, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Winkellage. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Radarsensor, der z. B. durch mehrere Empfangskeulen und/oder eine elektrische oder mechanische Schwenkung einer Empfangskeule eine Winkel­ auflösung erzielt. Es sind hier jedoch auch alle Alternativ­ lösungen denkbar, wie beispielsweise Lasersysteme. Der Radarsensor liefert seine Signale einem Block 207, der gleichzeitig auch Daten oder Signale des Blocks 204 erhält.
Innerhalb des Blocks 207 werden die vom Block 206 detektierten Radarobjekte den drei Klassen "Objekte auf aktuellem Fahrstreifen, Objekte auf linkem und Objekte auf rechten Nachbarfahrstreifen" zugeordnet. Die Daten des Blocks 207 sowie des Blocks 205 werden einem Block 208 zugeführt, der zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. In ihm ist ein Flußdiagramm zur Durch­ führung des Verfahrens gezeigt.
Innerhalb des Blocks 208 findet zunächst eine Entscheidung 209 statt, in der gefragt wird, ob ein Fahrstreifenwechsel nach links bevorsteht. Die Entscheidungsbasis dazu liefert der schon genannte Block 205. Bestehen für einen Fahr­ streifenwechsel nach links keine Anzeichen, wird im nächsten Schritt 210 abgefragt, ob Indikatoren für einen Fahr­ streifenwechsel nach rechts vorliegen. Ist auch dies nicht der Fall, werden gemäß 213 nur die Objekte auf dem aktuellen Fahrstreifen berücksichtigt. Wird eine der beiden vorher­ gehenden Entscheidungen mit ja beantwortet, das heißt liegen Indikatoren für einen Fahrstreifenwechsel vor, werden gemäß den Schritten 211 und 212 die Objekte auf dem aktuellen und dem jeweils benachbarten Fahrstreifen berücksichtigt. Selbstverständlich kann dabei auch die Reihenfolge der Abfragen 209 und 210 vertauscht werden.
Steht nun, wie in beiden Szenarien der Fig. 1 gezeigt, mehr als ein Fahrzeug zur Auswahl, wird gemäß Schritt 214 dasjenige als konkretes Regelungsziel ausgewählt, das bei dem geregelten Fahrzeug eine geringste Sollbeschleunigung a_soll hervorruft. Dabei wird eine gegebenenfalls notwendige Verzögerung als negative Beschleunigung betrachtet und bewertet. Zur Auswahl eines vorausfahrenden Fahrzeugs als Regelungsziel wird dementsprechend zunächst für jedes in Frage kommende vorausfahrende Fahrzeug eine auf dieses Fahrzeug bezogene Sollbeschleunigung a_soll des geregelten Fahrzeugs bestimmt. Anschließend wird dasjenige voraus­ fahrende Fahrzeug als Regelungsziel ausgewählt, für das die bestimmte Sollbeschleunigung a_soll minimal ist.
Die Daten des so ausgewählten Fahrzeugs werden vom Block 208 einem Regler 215 zugeführt, der die Geschwindigkeits- und Abstandsregelung bewirkt.
Im aktuellen Fahrbetrieb bestimmt nun der Block 204 aus den ihm zugelieferten fahrdynamischen Größen stetig einen zukünftigen Fahrstreifenverlauf. Dieser als zukünftiger Fahrstreifen 18 bezeichnete Bereich ist im Idealfall identisch mit dem Verlauf der Fahrspur in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 14. Geringfügige und/oder kurzzeitige Abweichungen können sich dabei jedoch durch überlagerte Störungen, Mehrdeutigkeiten und/oder Meßfehler ergeben. Von allen detektierten, vorausfahrenden Fahrzeugen werden nun für eine Abstandsregelung nur diejenigen berücksichtigt, die innerhalb dieses zukünftigen Fahrstreifens 18 liegen. Detektiert werden jedoch, aufgrund des größeren Öffnungs­ winkels α, auch Fahrzeuge außerhalb des zukünftigen Fahrstreifens 18. Im Szenario der Fig. 1a oder b bedeutet dies, daß während des normalen Fahrbetriebs, das heißt wenn keine Anzeichen für einen Fahrstreifenwechsel vorliegen, nur das vorausfahrende Fahrzeug 16 zur Abstandsregelung berücksichtigt wird.
Wird nun vom Block 205 aufgrund der ihm zugelieferten Daten ein beabsichtigter oder ein begonnener Spurwechsel erkannt, wird der berücksichtigte zukünftige Fahrstreifen um eine Streifenbreite in Richtung des erkannten Spurwechsels erweitert. Konkret bedeutet dies, daß der in Block 204 bestimmte, zukünftige Fahrstreifenverlauf um beispielsweise 3,5 m in Richtung des bevorstehenden Spurwechsels vergrößert wird. Die Größe der Erweiterung ergibt sich dabei entweder aus einem gemittelten und abgespeicherten Erfahrungswert oder kann beispielsweise aus der Videobildverarbeitung 203 gewonnen werden. Alternativ oder ergänzend kann die Erweiterung auch in Abhängigkeit des jeweiligen Fahrkurses, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder in Abhängigkeit einer vorgegebenen Zeitfunktion dynamisch angepaßt werden.
Auf Grund einer solchen Erweiterung werden nun gemäß Fig. 1a und b alle Fahrzeuge, die in den beiden schraffierten Bereichen 18 und 19 fahren, für die Abstandsregelung berücksichtigt.
Steht nun, wie in beiden Szenarien gezeigt, mehr als ein Fahrzeug zur Auswahl, wird gemäß Schritt 214 dasjenige als konkretes Regelungsziel ausgewählt, das bei dem geregelten Fahrzeug die minimale Sollbeschleunigung hervorruft. Dabei wird eine gegebenenfalls notwendige Verzögerung als negative Beschleunigung betrachtet und bewertet.
Diese Auswahl nach dem Minimum der jeweiligen Soll­ beschleunigung bewirkt, daß ein Wechsel des Regelungsziels so sanft und damit so komfortabel wie möglich erfolgt. Außerdem erreicht man eine größtmögliche Sicherheit, da das ausgewählte Regelungsziel prinzipbedingt jeweils immer auch das kritischste ist. Angemerkt sei in diesem Zusammenhang, daß bei dieser Auswahl der Abstand des jeweiligen voraus­ fahrenden Fahrzeugs ein Kriterium sein kann, aber nicht das einzige Kriterium sein muß. So kann die Sollbeschleunigung des geregelten Fahrzeugs beispielsweise nach folgender Formel berechnet werden:
a_soll = c1·v_rel + c2·(d-d_soll)
wobei bedeuten:
a_soll: Sollbeschleunigung des geregelten Fahrzeugs
c1, c2: Gewichtungsfaktoren
v_rel: Relativgeschwindigkeit zwischen geregeltem und vorausfahrendem Fahrzeug
d: Abstand zwischen geregeltem und vorausfahrendem Fahrzeug
d_soll: eingestellter Soll- oder Mindestabstand zwischen geregeltem und vorausfahrendem Fahrzeug
Dadurch, daß in dieser Formel neben dem Abstand d auch die Relativgeschwindigkeit v_rel eingeht, wird unter Umständen ein weiter vorausfahrendes, aber sehr langsames Fahrzeug anstelle eines dichter vorausfahrenden, aber schnelleren Fahrzeugs ausgewählt. Dies entspricht der Einschätzung einer solchen Situation durch einen menschlichen Fahrer.
Ist der eingeleitete Spurwechsel beendet, wird der berück­ sichtigte zukünftige Fahrstreifen 18, 19 wieder auf die ursprüngliche Breite 18 verkleinert. Dies ist dadurch realisiert, daß bei erneut erfolgenden Abfragen 209, 210 keine Indikatoren mehr für einen Spurwechsel vorliegen.
Darüber hinaus wird eine Verbreiterung des berücksichtigten zukünftigen Fahrstreifens zurückgenommen, wenn die Indikatoren für einen Spurwechsel länger als eine vorgegebene Zeit von beispielsweise 10 Sekunden anliegen. Nach subjektiven Erfahrungswerten liegt nämlich eine typische Zeit zwischen erstmaligem Blinken und einem halben Spurwechsel, das heißt, daß sich das Fahrzeug auf der Trennlinie zwischen zwei Fahrspuren befindet, bei Werten zwischen 2 und 5 Sekunden. Dementsprechend ist nach dem Überschreiten einer entsprechend gewählten, vorgegebenen Zeit nicht mehr von einem aktuellen Spurwechsel auszugehen.
Alternativ oder ergänzend kann die Verbreiterung des berücksichtigten, zukünftigen Fahrstreifens auch dynamisch zurückgenommen werden, indem aus fahrdynamischen Größen ein Versatz zum vorherigen Kurs bestimmt wird und die genannte Erweiterung jeweils um diesen gemessenen Versatz reduziert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung vorausfahrender Fahrzeuge, wobei ein vorausfahrendes Fahrzeug als Regelungsziel ausgewählt wird und wobei zu diesem Zweck zukünftige Fahrstreifenverläufe bestimmt werden, denen die vorausfahrenden Fahrzeuge zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung bei einem beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel des geregelten Fahrzeugs auch bereits auf ein voraus­ fahrendes Fahrzeug reagiert, das sich in dem Fahrstreifen befindet, in den das geregelte Fahrzeug wechselt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem beabsichtigten und/oder beginnenden Spur­ wechsel des geregelten Fahrzeugs der für die genannte Auswahl berücksichtigte Fahrstreifen in Richtung des Spurwechsels erweitert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl eines voraus fahrenden Fahrzeugs als Regelungsziel erstens danach erfolgt, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in dem berücksichtigten Fahrstreifen befindet und zweitens danach, welches der dann noch zur Auswahl stehenden, voraus fahrenden Fahrzeuge bei dem geregelten Fahrzeug eine geringste Sollbeschleunigung hervorruft.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der berücksichtigte Fahrstreifen bei einem beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel um bis zu einer Streifenbreite erweitert wird.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beabsichtigte und/oder beginnende Spurwechsel anhand fahrdynamischer Größen, anhand des Fahrtrichtungsanzeigers und/oder anhand einer Videobildverarbeitung erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Erweiterung des berücksichtigten Fahrstreifens wieder reduziert wird, wenn der Vollzug des Spurwechsels erkannt wurde und/oder wenn die Indikatoren für einen beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel länger als eine einstellbar vorgegebene Zeit anliegen.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswahl eines voraus­ fahrenden Fahrzeugs als Regelungsziel mindestens sein Abstand und seine Relativgeschwindigkeit zum geregelten Fahrzeug berücksichtigt werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß Mittel vorhanden sind, um einen beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel des geregelten Fahrzeugs zu erkennen,
  • - daß Mittel vorhanden sind, um zukünftige Fahrstreifen­ verläufe zu bestimmen,
  • - daß Mittel vorhanden sind, um vorausfahrende Fahrzeuge zu detektieren und den bestimmten zukünftigen Fahrstreifen zuzuordnen,
  • - daß Mittel vorhanden sind, um ein vorausfahrendes Fahrzeug innerhalb eines berücksichtigten Fahrstreifens als Regelungsziel auszuwählen und
  • - daß Mittel vorhanden sind, um den berücksichtigten Fahrstreifen bei einem beabsichtigten und/oder beginnenden Spurwechsel des geregelten Fahrzeugs zu erweitern.
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