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DE19828160A1 - Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke - Google Patents

Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke

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DE19828160A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke mit den Schritten Erfassen der Geschwindigkeit (v¶x¶, v¶y¶) eines ersten Fahrzeugs (1) und Erfassen des Abstandes (x, y) des ersten Fahrzeugs (1) von einem Hindernis (4). DOLLAR A Um die Hauptrichtungsfahrbahn zu erkennen, werden erfindungsgemäß die zusätzlichen Schritte durchgeführt: Ermitteln der Vektorkomponenten der Relativgeschwindigkeit (v¶x¶·Ð·, v¶x¶·Ð·; v¶zeta¶·Ð·, v¶eta¶·Ð·) des ersten Fahrzeugs (1) gegenüber dem Hindernis (4) in einem Bezugssystem (3) und Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn (l, r) aus einer der erfaßten Vektorkomponenten (v¶y¶·Ð·) der Geschwindigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke mit den Schritten Erfassen der Geschwindigkeit eines ersten Fahrzeugs und Erfassen des Abstandes des ersten Fahrzeugs von einem Hindernis.
Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zum halbautomatischen Führen eines Kraftfahrzeugs bekannt. Insbesondere beziehen sich die Verfahren nach dem Stand der Technik auf Abstandsregelung im fließenden Verkehr und speziell auf halbautomatisches Abbremsen von Fahrzeugen in einer Verkehrssituation mit mehreren Fahrzeugen. Dabei werden zur Erfassung der absoluten und relativen Koordinaten des Fahrzeugs in bezug auf die übrigen Fahrzeuge Fahrgrößensensoren verwendet, insbesondere Geschwindigkeits- und Abstandssensoren
Fahrgrößensensoren für die Abstandsbestimmung sind z. B. Radargeräte, wie sie in EP 0 773 452 beschrieben sind. Das Radargerät nach diesem Stand der Technik umfaßt eine Radareinheit, die elektromagnetische Wellen auf ein Ziel aussendet, das sich vor dem Fahrzeug befindet, und die von dem Ziel zurückgeworfenen Wellen auffängt. Eine Abtaststeuerung führt eine Strahlabtastung der Ziele durch die Radareinheit durch, so daß die reflektierten Strahlen während des Abtastens empfangen werden. Eine Zentralrichtungserfassungseinheit erfaßt die Strahlverteilung der reflektierten Strahlen in bezug auf die Abtastwinkel der Radareinheit, führt eine Ähnlichkeits-Approximation der Verteilung unter Verwendung einer richtungsabhängigen Gain-Verteilung der Antenne durch und bestimmt eine mittlere Richtung des Ziels in Abhängigkeit von einem Maximum der approximierten Verteilung.
Ein Verfahren zum halbautomatischen Führen eines Kraftfahrzeugs ist in das in EP 0 778 507 beschriebene Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, bei dem von einem im Kraftfahrzeug befindlichen Abstandssensor vor dem Kraftfahrzeug befindliche Objekte erfaßt und der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem erfaßten Objekt ermittelt wird. Aus dem ermittelten Abstand zwischen dem erfaßten Objekt und dem mit der Geschwindigkeitsregelung ausgestatteten Kraftfahrzeug wird ein fiktiver Kurvenradius der befahrenen Strecke bestimmt und in Abhängigkeit von dem fiktiven Kurvenradius ein Geschwindigkeitssollwert zur Berechnung mindestens einer Stellgröße zur Einstellung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt.
Mit den von den Sensoren gewonnenen Daten kann der Fahrer rechtzeitig auf eine gefährliche Situation hingewiesen werden und im Notfall sogar eine Notbremsung eingeleitet werden.
Bei den genannten Verfahren und Sensoren zum halbautomatischen Führen eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik bleiben aber die aktuellen Verkehrsregeln sowie die aktuelle Verkehrssituation unberücksichtigt. So müssen bei der Herstellung unterschiedliche Versionen der Verfahren in die Fahrzeuge implementiert werden, wenn die Bestimmungsländer der Fahrzeuge unterschiedliche Verkehrsregeln haben. Darüber hinaus kann es aufgrund von außerplanmäßigen Verkehrsbedingungen wie Umleitungen etc. zu einer kurzfristigen Aufhebung der normalen Verkehrsregeln kommen, die durch die ursprüngliche Einstellung des Verfahrens zum halbautomatischen Führen eines Kraftfahrzeugs nicht abgedeckt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, aus dem Fahrverhalten des Fahrers die Hauptrichtungsfahrbahn zu ermitteln und diese eventuell einem System zum halbautomatischen Führen des Fahrzeuges bei Entscheidungen zur Verfügung zu stellen.
Insbesondere kann mit der Information der Hauptrichtungsfahrbahn, also der Information ob die Hauptrichtungsfahrbahn links oder rechts ist, sich ein ADR-System automatisch auf die Verkehrsrichtung einstellen und damit eine Fehlfunktion des Systems z. B. bei Überholmanövern ausgeschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke mit den Schritten Erfassen der Geschwindigkeit eines ersten Fahrzeugs und Erfassen des Abstandes des ersten Fahrzeugs von einem Hindernis, ist gekennzeichnet durch die Schritte Ermitteln der Vektorkomponenten der Relativgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs gegenüber dem Hindernis in einem Bezugssystem und Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn aus einer der erfaßten Vektorkomponenten der Geschwindigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Bezugssystem fest mit dem ersten Fahrzeug verbunden, und die Relativgeschwindigkeit des zweiten, entgegenkommenden Fahrzeugs entspricht der Geschwindigkeitsdifferenz der beiden Fahrzeuge in dem Bezugssystem.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Komponente der Relativgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs gegenüber einem Fahrbahnrand bestimmt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß bei Messungen gegenüber dem Fahrbahnrand nur eine Koordinate, nämlich der Abstand zwischen Fahrzeug und Fahrbahnrand berücksichtigt zu werden braucht. Bei dieser Ausführungsform kann zum Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn zusätzlich das Setzen eines Blinkers berücksichtigt werden.
Um eine statistisch gesicherte Aussage über die Hauptrichtungsfahrbahn zu erhalten, erfolgt das Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn vorzugsweise während einer Lernphase mehrfach. Dabei ist die Dauer der Lernphase in einer bevorzugten Ausführungsform so gewählt, daß nach der Lernphase eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit für das korrekte Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn erreicht wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß bei der Herstellung des Fahrzeugs bzw. dem Einbau eines Systems zum halbautomatischen Führen in ein Fahrzeug nicht mehr berücksichtigt werden muß, für welche Verkehrsregeln, d. h. für welches Land das Fahrzeug bestimmt ist, und sich mit der Information über die Hauptrichtungsfahrbahn ein System zum halbautomatischen Führen eines Fahrzeugs auf eine aktuelle Verkehrssituation umstellen kann, ohne daß ein Eingriff durch den Fahrer nötig wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 zeigt zur Erläuterung eine Darstellung mit zwei entgegenkommenden Fahrzeugen und einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
Fig. 2 zeigt zur Erläuterung eine Darstellung mit zwei Fahrzeugen, von denen eines das andere überholt und einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein erstes Fahrzeug 1 und ein zweites Fahrzeug 4 gezeigt, die sich auf unterschiedlichen Richtungsfahrbahnen 1 und r einer Strecke 5 entgegenkommen. Dabei ist hier als Hauptrichtungsfahrbahn die rechte Fahrbahn r angenommen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn ist in dem ersten Fahrzeug 1 implementiert. Insbesondere ist das Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn in ein weiteres Verfahren zum halbautomatischen Führen eines Kraftfahrzeugs eingebunden, wie z. B. eine automatische Distanzregelung (ADR). Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn liefert als Teil des übergeordneten Verfahrens weitere Informationen für das halbautomatische Führen des Kfz in einer komplexeren Situation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke 5 umfaßt als einen Schritt das Erfassen der Vektorkomponenten der Differenzgeschwindigkeit zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und einem zweiten, entgegenkommenden Fahrzeug 4 in einem Bezugssystem 3. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Bezugssystem 3 fest mit dem ersten Fahrzeug 1 verbunden. Das Bezugssystem hat die Achsen x und y. Die x-Achse entspricht im wesentlichen der Hauptachse des Fahrzeugs 1 in Fahrtrichtung.
Senkrecht zu der x-Achse steht eine y-Achse, die vorzugsweise so orientiert ist, daß die x und y-Achse ein Rechtssystem bilden, d. h. die y-Achse ist zur linken Seite des ersten Fahrzeugs 1 gerichtet. Bei einer Geradeausfahrt des ersten Fahrzeugs 1 liegt der Geschwindigkeitsvektor des ersten Fahrzeugs 1 im wesentlichen auf einem positiven x- Achsenabschnitt. Fährt das erste Fahrzeug 1 eine Linkskurve, so ergibt sich außerdem eine von Null verschiedene Komponente vy der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs 1 auf der positiven y-Achse, bei einer Rechtkurve ist die Komponente vy dagegen negativ. Der vollständige Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs 1 in dem Bezugssystem 3 hat damit die Komponenten vx und vy. Diese Komponenten vx und vy des ersten Fahrzeugs 1 werden vorzugsweise über spezielle Sensoren wie Tachometer oder z. B. bereits vorhandene Raddrehzahlsensoren eines ABS-Systems erfaßt oder ermittelt. Die eigene Geschwindigkeit vx des ersten Fahrzeugs 1 ist erforderlich, um das System zu aktivieren und das Verfahren zu starten.
Mit einem Abstandssensor 2 werden Hindernisse auf der Fahrbahn erfaßt und der Abstand zu ihnen ermittelt. Ein derartiges Hindernis ist insbesondere ein zweites Fahrzeug 4, das dem ersten Fahrzeug 1 entgegenkommt. Die Relativgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs 1 gegenüber solchen Hindernissen ergibt sich aus der zeitlichen Ableitung der Abstandswerte. In dem Bezugssystem 3, das mit dem ersten Fahrzeug 1 gekoppelt ist, hat der Vektor der Relativgeschwindigkeit zwischen erstem und zweiten Fahrzeug 4 in dem Bezugssystem 3 die Komponenten vx r, vy r. Damit beide Vektorkomponenten der Relativgeschwindigkeit vx r und vy r; unabhängig voneinander erfaßt werden können, umfaßt das erste Fahrzeug 1 in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vorzugsweise zwei Sensoren 2 zum Messen des Abstandes des eigenen Fahrzeugs 1 von einem vor dem Fahrzeug befindlichen Gegenstand auf der Fahrbahn, insbesondere einem anderen Fahrzeug 4.
Als Sensoren können z. B. optische oder Radar-Sensoren verwendet werden. Bei einem Abstandsmeßsystem mit zwei optischen Sensoren 2 wird von beiden Sensoren die Laufzeit von Abtastsignalen zwischen Senden und Empfangen der rückgestreuten Signale gemessen. Die Laufzeit ist proportional zu dem Abstand zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und einem Hindernis. Bei zwei gleich arbeitenden Sensoren 2 ist bei großer Entfernung die Laufzeit bei beiden Sensoren 2 im wesentlichen gleich. Bei kleinen Entfernungen zwischen Sensoren und Hindernis 4 ergeben sich meßbare Unterschiede in den Laufzeiten der Signale. Zwei Signale mit unterschiedlicher Laufzeit sind in Fig. I gestrichelt dargestellt. Aus der reinen Laufzeit, die von einem der Sensoren 2 gemessen wird, und dem Unterschied der Laufzeiten, die von beiden Sensoren gemessen werden, kann der absolute Abstand und die Richtung (d. h. auf der linken oder rechten Seite) des Hindernisses 4 vom Fahrzeug 1 ermittelt werden. Die zeitliche Ableitung der Abstandswerte von dem ersten Sensor 2 und dem zweiten Sensor 2 ergeben entsprechend die Komponenten vx r, vy r der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug 1 und Hindernis 4, also insbesondere zwischen Fahrzeug 1 und Fahrzeug 4. (Mittels der eigenen Geschwindigkeit vx, vy von Fahrzeug 1 kann auch die Absolutgeschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs 4 bestimmt werden.) Mit anderen Worten, bei einer mehrspurigen Fahrbahn mit z. B. entgegenkommendem Verkehr läßt sich feststellen, ob sich der entgegenkommende Verkehr links oder rechts von der eigenen Fahrtrichtung bewegt, und damit, ob die Hauptrichtungsfahrbahn links oder rechts ist: Ist die Querkomponente, d. h. vy r kleiner als Null (bei einem Rechtssystem), so fährt der entgegenkommende Verkehr links von dem ersten Fahrzeug l, und umgekehrt. Der erste Fall entspricht der normalen Situation auf bundesdeutschen Straßen, der umgekehrte Fall entspricht der normalen Situation auf Straßen z. B. in Großbritannien.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ausführungsform nach Fig. 1 wird somit die Hauptrichtungsfahrbahn, d. h. links l (in Großbritannien) oder rechts r (in der Bundesrepublik Deutschland) aus den erfaßten Geschwindigkeitsvektoren vx r, vy r ermittelt.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 sind zwei Fahrzeuge 1 und 4 gezeigt, von denen das Fahrzeug 1 das Fahrzeug 4 überholt. Der Überholvorgang ist mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Bei der in Fig. 2 erläuterten Ausführungsform wird zum automatischen Bestimmen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Fahrstrecke der Geschwindigkeitsvektor des eigenen Fahrzeugs gegenüber einem Fahrbahnrand 6 erfaßt, so daß sich die Geschwindigkeit v mit den Komponenten vξ r und vη r ergibt. Dabei ist ξ eine erste Achse und η eine zweite Achse des Bezugssystems 3, die gemeinsam vorzugsweise ein Rechtssystem bilden. Diese Ausführungsform hat gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, daß nur ein Sensor 2 benötigt wird: nur der Abstand zum Fahrbahnrand 6 muß "überwacht" werden.
Fährt das erste Fahrzeug 1 im wesentlichen geradeaus, so ist die Geschwindigkeitskomponente vη r, die die Bewegung des Fahrzeuges 1 gegenüber dem Fahrbahnrand 6 angibt, sehr klein oder null. Schert das Fahrzeug 1 dagegen aus, um zu überholen, und danach wieder ein, so erkennt das System, ob die Geschwindigkeitskomponente vη r zuerst größer und dann kleiner kleiner als Null ist oder umgekehrt, und entscheidet wie bei der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung danach, ob die Hauptrichtungsfahrbahn rechts oder links ist. Ist nämlich die Komponente vη r zunächst, d. h. beim Ausscheren kleiner Null und danach, d. h. beim Einscheren größer Null, so ist die Hauptrichtungsfahrbahn rechts (wie z. B. in der Bundesrepublik Deutschland). Ist dagegen die Komponente vη r zunächst größer Null und dann kleiner Null, so ist die Hauptrichtungsfahrbahn links (wie z. B. in Großbritannien).
In beiden Ausführungsformen kann die eigentliche Entscheidung aufgrund der Meßergebnisse, ob Rechts- oder Linksverkehr vorliegt, in dem System mittels unscharfer Logik (Fuzzy-Regeln) erfolgen.
Damit nicht einzelne Messungen als Maßstab für eine allgemeine Einstellung zugrundegelegt werden, werden die Messungen des Vorzeichens der Querkomponente des entgegenkommenden Verkehrs oder die Messungen der Reihenfolge der Vorzeichen der Querkomponente bei einem Überholvorgang vorzugsweise während einer Lernphase wiederholt durchgeführt, bis die Entscheidung, ob Links- oder Rechtsverkehr herrscht, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit getroffen werden kann. Die Dauer der Lernphase, d. h. die Anzahl der zugrundegelegten Überholmanöver oder entgegenkommenden Fahrzeuge 4 hängt dabei vorzugsweise davon ab, wann die gewünschte Wahrscheinlichkeit erreicht ist. Dazu werden statistische Auswertungen der Messungen der Vektorkomponenten der Geschwindigkeit vorgenommen, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht weiter erläutert werden.
Damit das System während der Lernphase nur auf Überholmanöver reagiert und nicht durch Änderungen des Abstandes des Fahrzeugs 1 von dem Fahrbahnrand beim "Anschneiden" von Kurven fehlerhafte Eingaben erhält, wird das System nach Fig. 2 vorzugsweise dadurch aktiviert, daß der Fahrer den (nicht dargestellten) Blinker setzt, um zu überholen.
In der Beschreibung wurde bezug genommen auf die allgemein geltenden, national unterschiedlichen Verkehrsregeln. Die Erfindung findet aber auch Anwendung auf die aktuelle Verkehrssituation in einem Land, wenn aus verkehrstechnischen Gründen eine entgegenkommende Spur sich nicht nur auf der "normalen" Seite der Hauptrichtungsfahrbahn sondern auch auf der anderen Seite der Hauptrichtungsfahrbahn befindet.
Bezugszeichenliste
1
erstes Fahrzeug mit implementiertem Verfahren
2
Sensor
3
Bezugssystem mit den Koordinaten x und y bzw. ξ und η
4
zweites Fahrzeug
5
Fahrbahn
6
Fahrbahnrand
x Koordinate in Bezugssystem
y Koordinate in Bezugssystem
ξ Koordinate in Bezugssystem
η Koordinate in Bezugssystem

Claims (6)

1. Verfahren zum automatischen Erkennen der Hauptrichtungsfahrbahn bei einer mehrspurigen Strecke mit den Schritten:
Erfassen der Geschwindigkeit (vx, vy) eines ersten Fahrzeugs (1),
Erfassen des Abstandes (x, y) des ersten Fahrzeugs (1) von einem Hindernis (4), gekennzeichnet durch die Schritte:
Ermitteln der Vektorkomponenten der Relativgeschwindigkeit (vx r, vy r; vξ r, vη r) des ersten Fahrzeugs (1) gegenüber dem Hindernis (4) in einem Bezugssystem (3) und
Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn (l, r) aus einer der erfaßten Vektorkomponenten (vy r) der Geschwindigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssystem (3) fest mit dem ersten Fahrzeug (1) verbunden ist und die Relativgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs (1) gegenüber einem zweiten Fahrzeug (4) der Geschwindigkeitsdifferenz (vx r, vy r) der beiden Fahrzeuge (1, 4) in dem Bezugssystem entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponente (vη r) der Relativgeschwindigkeit (vξ rr, vη r) des ersten Fahrzeugs (1) gegenüber einem Fahrbahnrand (6) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn das Setzen eines Blinkers berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Lernphase das Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn mehrfach erfolgt und eine Wahrscheinlichkeit für das Ergebnis der Ermittlung der Hauptrichtungsfahrbahn bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Lernphase so gewählt ist, daß in der Lernphase eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit für das Ermitteln der Hauptrichtungsfahrbahn erreicht wird.
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