PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004048530A1 13.04.2006
Titel Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge sowie Kollisionsvermeidungssystem
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Paasche, Sascha, Dr., 73732 Esslingen, DE;
Schwarzhaupt, Andreas, Dr., 74420 Oberrot, DE;
Spiegelberg, Gernot, Dr., 71296 Heimsheim, DE
DE-Anmeldedatum 06.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004048530
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G08G 1/16(2006.01)A, F, I, 20060120, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge sowie ein Kollisionsvermeidungssystem für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge (10) mit großer Länge, mit Mitteln (21) zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums und mit Mitteln (22) zur Bestimmung eines benötigten Fahrraums, wobei Abstandswerte zwischen dem Fahrzeug (10) und Hindernissen (11, 12, 13, 14, 18) der Umgebung des Fahrzeugs (10) berechnet werden,
wobei in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien verschiedene Trajektorien bestimmt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge sowie ein Kollisionsvermeidungssystem nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

In engen Kurvendurchfahrten besteht insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit großer Länge wie beispielsweise bei Lastkraftwagen (Solofahrzeugen, Sattel- und Anhängerfahrzeugen), Bussen, Gespannen und anderen Fahrzeugen wie beispielsweise Wohnwagen die Gefahr, dass vorhandene Überhänge in verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs beim Abbiegen und Rangieren ausschwenken. Es sind dabei drei Stellen besonders gefährdet, an welchen das Fahrzeug mit Hindernissen in dessen Umgebung kollidieren kann, nämlich Ecken an Heck und Front des Fahrzeugs sowie Flanken. Weiterhin besteht die Gefahr, dass sich insbesondere Sattelfahrzeuge und andere Gliederzüge festfahren, d.h. beispielsweise dass die Fahrzeuge wegen einer drohenden Kollisionsgefahr mit Hindernissen in der Umgebung nicht mehr vorwärts fahren können, jedoch aufgrund ihrer Kinematik auch nicht mehr auf demselben Weg zurück fahren können.

Es sind verschiedene Fahrer-Assistenzsysteme und Einparksysteme bekannt, die ein Steuern von Fahrzeugen, vor allem solche mit großer Länge, insbesondere in kritischen Situationen erleichtern.

Ein Sicherheitssystem sowie ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 28 792 A1 bekannt, wobei mit Hilfe von Sensoren am Fahrzeug Bereiche der räumlichen Umgebung eines Fahrzeugs erfasst und deren Signale von einer Datenverarbeitungseinrichtung für eine Berechnung eines vorhandenen hindernisfreien Fahrraums ausgewertet werden. Für die Erfassung der räumlichen Umgebung werden verschiedene Mittel eingesetzt, beispielsweise GPS-Systeme (Global-Positioning-Systeme) und/oder digitale Karten. Andere Sensoren erfassen zusätzlich Lage und Position aller beweglichen Fahrzeugteile sowie dynamische Parameter der aktuellen Fahrsituation. Anhand der erfassten Daten wird über die im Fahrzeug mitgeführte Datenverarbeitungseinrichtung ein für ein Manöver benötigter Fahrraum bestimmt und mit einem erfassten tatsächlich vorhandenen Fahrraum verglichen. Dieser Vergleich ermöglicht eine frühzeitige Vorhersage möglicher Kollisionen, wobei die Ergebnisse beispielsweise in der Form eines virtuellen Abbilds, z.B. als Gittermodell, erstellt und dem Fahrer im Fahrzeug übermittelt werden. Änderungen aufgrund einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs oder durch Änderungen der Lage von beweglichen Hindernissen können in diese Berechnung mit einbezogen und ständig aktualisiert werden. Besteht aufgrund dieser Berechnungen eine Kollisionsgefahr, wird der Fahrer durch entsprechende visuelle und/oder akustische Warneinrichtungen auf die Kollisionsgefahr hingewiesen. Zudem besteht bei dem bekannten Warnsystem die Möglichkeit, Handlungsempfehlungen für den Fahrer auszugeben. Falls die verbleibende Zeit vor einer möglichen Kollision für eine angemessene Reaktion durch den Fahrer nicht ausreicht, ist auch ein Systemeingriff in die Fahrzeugführung möglich, beispielsweise in Form einer Notbremsung oder durch Gegenlenken des Fahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge bereitzustellen sowie ein Kollisionsvermeidungssystem für Fahrzeuge zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit großer Länge, werden in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien und Fahrsituationen verschiedene Trajektorien bestimmt. Ferner wird ein Kollisionsvermeidungssystem vorgeschlagen, bei dem in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien verschiedene Trajektorien bestimmbar sind. Hierfür können Mittel zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums und Mittel zur Bestimmung eines benötigten Fahrraums vorgesehen sein. Der vorhandene Fahrraum ist der Raumbereich ohne Hindernisse, der für die sichere und kollisionsfreie Fahrt des Fahrzeugs tatsächlich zur Verfügung steht. Dabei kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug auf seiner Fahrspur bleiben kann oder die Fahrspur verlassen und Rangieren muss. Als benötigter Fahrraum gilt das Volumen im Raum, das dabei zeitlich nacheinander während der Fahrt vom Fahrzeug „durchstreift" wird. Hierzu gehört insbesondere auch der Raum, der beim Abbiegen und Rangieren durch das Ausschwenken von Überhängen benötigt wird.

Bevorzugt können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Abstandswerte zwischen dem Fahrzeug und Hindernissen der Umgebung des Fahrzeugs berechnet werden. Vorzugsweise können Mittel zur Umgebungserfassung in Form einer Kamera und/oder eines Lidars (Lidar = light detection and ranging) vorgesehen sein. Zusammen mit einem Navigations- und Positionsbestimmungssystem kann dann beispielsweise eine bevorstehende Kurvenfahrt analysiert werden. Hierzu kann aus der in dem Navigationssystem hinterlegten Karte der genaue Kurvenlauf sowie die Breite der zur Verfügung stehenden Fahrbahn entnommen werden. Mit der Umgebungserfassung kann günstigerweise ein räumliches Bild der auf bzw. an der Fahrbahn stehenden Hindernisse aufgenommen werden. Mit Hilfe dieser Daten kann dann günstigerweise die Situation beurteilt und der Raum der möglichen Trajektorien und der vom Fahrzeug benötigte Fahrraum berechnet werden. Hierbei können vorzugsweise verschiedene Fahrstrategien berücksichtigt werden, wobei als konstante Parameter eine aktuelle Geometrie des Fahrzeugs sowie weitere konstruktive Details mit in die Berechnung einbezogen werden, und als sich veränderliche Parameter Angaben über bewegliche Fahrzeugteile, die sich während der Fahrt bewegen, beispielsweise ausschwenken, und daher laufend aktualisiert werden müssen, wie beispielsweise ein Lenkwinkel der Vorderachse und bei mehreren lenkbaren Achsen ein Knickwinkel. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff Lenkwinkel nicht nur der tatsächliche Lenkwinkel des Fahrzeugs, d.h. der Winkel, unter welchem die lenkbare Achse des Fahrzeugs von der Einstellung für eine Geradeausfahrt abweicht, gemeint. Es wird vielmehr mit dem Begriff Lenkwinkel ganz allgemein derjenige Winkel bezeichnet, welcher die augenblickliche Abweichung von einer Geradeausfahrt eines Fahrzeugs definiert. Ein solcher Lenkwinkel lässt sich beispielsweise durch Messung der Differenzen von Raddrehzahlen ermitteln. Es ist auch denkbar, die Signale eines fahrzeug-basierten Kreiselsystems oder einer Spurverfolgung, beispielsweise Tracking in Verbindung mit Navigation auszuwerten. Entsprechend dieser Definition lässt sich auch der Knickwinkel bestimmen, welcher durch den Lenkwinkel von weiteren lenkbaren Achsen eines Fahrzeugs definiert wird.

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren durch die Voreinstellung der Fahrstrategien leicht an Veränderungen, beispielsweise der Fahrzeugkonturen (z.B. neuer Anhänger, andere Aufbauten und dgl.) angepasst werden. Solche Änderungen lassen sich relativ einfach ohne großen technischen Aufwand in das Verfahren aufnehmen, indem einfach die entsprechenden Daten der neuen Abmaße in den Speicher der Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden. Bevorzugt kann dies auch drahtlos erfolgen. Bei sich häufig wiederholenden Änderungen ist auch eine Vorprogrammierung durch einen Speicher der Datenverarbeitungsanlage möglich.

Anhand der so definierten verschiedenen Fahrstrategien sowie weiterer dynamischer Werte der Fahrsituation (Geschwindigkeit, Gangwahl, Motordrehzahl, Bremswerte und dgl.) können verschiedene Trajektorien berechnet werden. Bevorzugt werden Vorschläge von möglichen Trajektorien mittels einer Anzeigevorrichtung an den Fahrer ausgegeben, beispielsweise durch ein sich in dem Fahrerhaus befindliches Display. Sofern eine Trajektorie existiert, bei der der benötigte Fahrraum nicht mit Hindernissen kollidiert, ist eine Durchfahrt prinzipiell möglich. Günstigerweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anhand der erfassten Umgebungsdaten, des bekannten Straßenverlaufs und der Position und der Geometrie des Fahrzeugs eine optimale Trajektorie bestimmt, auf der das Fahrzeug gefahrlos fahren kann. Günstigerweise kann noch ein Sicherheitsabstand zwischen dem benötigten Fahrraum und den Hindernissen mit einberechnet werden, um eine gefahrlose Durchfahrt zu ermöglichen. Eine Trajektorie kann auch dann optimal sein, wenn die Fahrspur nicht verlassen werden muss und ein Rangieren nicht notwendig ist. Ist ein Durchfahren der Situation nicht möglich, kann dies dem Fahrer über eine entsprechende Anzeige mitgeteilt werden. Es können dabei beispielsweise akustische Warnsignale (z.B. auffällige Töne/Klänge, Sprachausgaben oder auch Handlungsempfehlungen) oder optische Warnsignale (z.B. Lichtsignale) abgegeben werden. Ferner sind visuelle Warnsignale, beispielsweise optische Handlungsanweisungen auf dem Display oder Darstellungen des Fahrzeugs und des Hindernisses auf dem Display, oder auch haptische Warnsignale, beispielsweise Vibrationen oder Rütteln des Lenkrads, möglich. In zeitkritischen Fahrsituationen kann auch ein direkter Eingriff des Systems in die Steuerung des Fahrzeugs, beispielsweise in die Lenkung oder Bremsung, erfolgen. Dies bietet zusätzliche Sicherheit in Situationen, bei denen menschliche Reaktionszeiten nicht mehr ausreichen.

Sofern ein Durchfahren der Situation möglich ist, ohne den vorhandenen Fahrraum zu verlassen, kann der Fahrer ebenfalls hierüber informiert werden.

Für den Fall, dass ein Durchfahren der Situation nur dadurch möglich ist, dass der Fahrer seine Fahrspur verlässt oder dass die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug den Hindernissen in der Umgebung zu nahe kommt, kann der Fahrer darüber informiert werden, wie er die Kurve günstigerweise befahren kann, indem an bestimmten Positionen das Fahrzeug in geeigneter Weise rangiert wird. Gibt es dazu mehrere Vorschläge, kann der Fahrer vorzugsweise dabei eine Trajektorie auswählen. Besonders bevorzugt kann die ausgewählte Trajektorie in Form einer Soll-Lenkbewegung für den Fahrer übermittelt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Soll-Lenkbewegung für die ausgewählte Trajektorie in Form von Soll- und Ist-Kreisbögen mit graphischer Überlagerung angezeigt wird.

Vorteilhafterweise kann die ausgewählte Trajektorie in Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens autonom unter Überwachung des Fahrers durchfahren werden. Dabei kann der Fahrer einen Schalter betätigen und die Fahrfunktion an eine Autopilotfunktion des Fahrzeugs übergeben. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass nur die Lenkfunktion für die ausgewählte Trajektorie unter Überwachung des Fahrers autonom durchfahren wird. Vorzugsweise kann dabei der Fahrer das Fahrzeug beispielsweise durch Betätigung eines Gas- und Bremspedals die Fahrgeschwindigkeit beeinflussen.

Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise durch einen großen Einsatzbereich aus, weil es für sehr verschiedene Fahrzeugtypen zur Kollisionsvermeidung geeignet ist.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

1 schematische Darstellungen des benötigten Fahrraums am Beispiel einer engen Kurve in zeitlicher Folge;

2 eine Veranschaulichung des vorhandenen Fahrraums derselben Situation nach 1;

3 einen Vergleich von benötigtem und vorhandenem Fahrraum entsprechend der Fahrsituation zu einem bestimmten Zeitpunkt nach 1; und

4 schematisch eine Darstellung des erfindungsgemäßen Kollisionsvermeidungssystems.

1 zeigt schematisch die räumlichen Positionen eines Lastkraftwagens 10 zu den Zeitpunkten t0, t1, tn während einer engen Kurvenfahrt. Der vorhandene Fahrraum wird durch den Straßenverlauf bestimmt und durch unbewegliche Hindernisse 11, 12, 13, 14 begrenzt. Es sind dabei insbesondere drei Stellen besonders gefährdet, an welchen der Lastkraftwagen 10 mit den Hindernissen 11, 12, 13, 14 in dessen Umgebung kollidieren kann, nämlich Ecken 15, 16 an Heck und Front des Lastkraftwagens 10 sowie dessen Flanke 17.

Durch eine schrittweise Überlagerung der zeitlichen Abfolge der Positionen lässt sich der für das gesamte Fahrmanöver benötigte Fahrraum darstellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems werden aus verschiedenen Fahrstrategien Abstandswerte zwischen dem Lastkraftwagen 10 und den Hindernissen 11, 12, 13, 14 der Umgebung des Lastkraftwagens im voraus in einer Datenverarbeitungseinrichtung berechnet. Diese Fahrstrategien sind zum einen konstante Parameter wie eine Geometrie des Fahrzeugs und weitere konstruktive Details sowie sich veränderliche Parameter wie Angaben über bewegliche Fahrzeugteile, die sich während der Fahrt ändern und daher laufend aktualisiert werden müssen, wie beispielsweise ein Lenkwinkel der Vorderachse und bei mehreren lenkbaren Achsen ein Knickwinkel, Häufigkeit und Art des Rangierens oder ob die Fahrspur verlassen werden kann und dergleichen. Andererseits werden weitere dynamischer Werte der Fahrsituation (Geschwindigkeit, Gangwahl, Motordrehzahl, Bremswerte und dgl.) in die Berechnung mit einbezogen. In Abhängigkeit dieser Fahrstrategien werden verschiedene Trajektorien bestimmt, wobei Vorschläge von möglichen Trajektorien mittels einer Anzeigevorrichtung an den Fahrer ausgegeben werden. Insbesondere wird dabei eine optimale Trajektorie bestimmt, wobei sich der Fahrer eine Trajektorie auswählt.

Je nach Verkehrsgeschehen ändert sich dabei der vorhandene Fahrraum mehr oder weniger dynamisch. In 2 wird die Situation eines sich zeitlich ändernden vorhandenen Fahrraums t0, t1, tn gezeigt. Der vorhandene Fahrraum ist dabei jeweils mit einer schraffierten Fläche dargestellt. Bei jeder Eigenbewegung des Lastkraftwagens sowie der beweglichen Hindernisse ändern sich Größe und Lage des vorhandenen Fahrraums ständig. Die Berechnung des vorhandenen Fahrraums muss daher ständig aktualisiert werden. Je nach der Geschwindigkeit des Lastkraftwagens, aber auch der Geschwindigkeit beweglicher Hindernisse, wie beispielsweise in 2 eines entgegenkommenden Fahrzeugs 18, kann das Zeitintervall zwischen zwei aufeinander erfolgenden Erfassungen im Bereich eines Bruchteils einer Sekunde liegen.

In 3 wird ein Vergleich von benötigtem und vorhandenem Fahrraum entsprechend der Fahrsituation zum Zeitpunkt t1 nach 1 illustriert. Der vorhandene Fahrraum ist wiederum mit einer schraffierten Fläche gekennzeichnet und durch unbewegliche Hindernisse 11, 12, 13 in Form von parkenden Autos eingegrenzt.

4 zeigt schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kollisionsvermeidungssystems eines Lastkraftwagens 10 mit einem Zugfahrzeug 19 und einem Auflieger 20. In der Fahrkabine des Zugfahrzeugs 19 sind Mittel zur Umgebungserfassung in Form einer optischen Kamera 21 vorgesehen, mit der ein räumliches Bild der auf bzw. an einer Fahrbahn stehenden Hindernisse aufgenommen wird. Zusammen mit einem Navigationssystem 22 wird eine bevorstehende Kurvenfahrt analysiert. Hierzu kann aus der in dem Navigationssystem 22 hinterlegten Karte der genau Kurvenlauf sowie die Breite der zur Verfügung stehenden Fahrbahn entnommen werden. Mit Hilfe sämtlicher erfasster Fahrstrategien wird dann die Situation beurteilt und der Raum der möglichen Trajektorien und der vom Fahrzeug benötigte Fahrraum in einer Datenverarbeitungsanlage 23 berechnet. Vorschläge von möglichen Trajektorien werden dann mittels einer als Display 24 ausgestalteten Anzeigevorrichtung an den Fahrer übermittelt. Die ausgewählte Trajektorie wird insbesondere in Form einer Soll-Lenkbewegung für den Fahrer übermittelt, wobei die Soll-Lenkbewegung für die ausgewählte Trajektorie in Form von Soll- und Ist-Kreisbögen mit graphischer Überlagerung angezeigt wird.

Die ausgewählte Trajektorie kann autonom unter Überwachung des Fahrers durchfahren werden, wobei der Fahrer durch Betätigung eines Gas- und Bremspedals die Fahrgeschwindigkeit beeinflussen kann.

Alternativ hierzu kann auch nur die Lenkfunktion für die ausgewählte Trajektorie unter Überwachung des Fahrers autonom durchfahren werden.

Insgesamt ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge besonders einfach und sicher durchführbar.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Betreiben eines Kollisionsvermeidungssystems für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge (10) mit großer Länge, mit Mitteln (21) zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums und mit Mitteln (22) zur Bestimmung eines benötigten Fahrraums, wobei Abstandswerte zwischen dem Fahrzeug (10) und Hindernissen (11, 12, 13, 14, 18) der Umgebung des Fahrzeugs (10) berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien und Fahrsituationen verschiedene Trajektorien bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorschläge von möglichen Trajektorien mittels einer Anzeigevorrichtung (24) an einen Fahrer ausgegeben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine optimale Trajektorie bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer eine Trajektorie auswählt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Trajektorie in Form einer Soll-Lenkbewegung für den Fahrer übermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Lenkbewegung für die ausgewählte Trajektorie in Form von Soll-Kreisbögen und/oder Ist-Kreisbögen mit graphischer Überlagerung angezeigt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Trajektorie autonom unter Überwachung des Fahrers durchfahren wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer durch Betätigung eines Gas- und Bremspedals die Fahrgeschwindigkeit beeinflusst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Lenkfunktion für die ausgewählte Trajektorie unter Überwachung des Fahrers autonom durchfahren wird.
  10. Kollisionsvermeidungssystem für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge (10) mit großer Länge, mit Mitteln (21) zur Erfassung eines vorhandenen Fahrraums und mit Mitteln (22) zur Bestimmung eines benötigten Fahrraums, wobei Abstandswerte zwischen dem Fahrzeug (10) und Hindernissen (11, 12, 13, 14, 18) der Umgebung des Fahrzeugs (10) berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrstrategien verschiedene Trajektorien bestimmbar sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com