DE4313568C1 - Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel durch ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel durch ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leithilfe für
einen Fahrspurwechsel durch ein Kraftfahrzeug von einer Momen
tanspur auf eine benachbarte Zielspur.
Ein derartiges Verfahren dient dazu, den Kraftfahrer bei einem
Fahrspurwechsel, z. B. zum Einfädeln in oder Ausfahren aus einer
Schnellstraße oder zum Überholen eines langsameren Fahrzeuges,
zu unterstützen, d. h. ihn wenigstens teilweise von den hierfür
erforderlichen Überwachungsmaßnahmen zu entlasten und ihm durch
Auswertung der bei der Überwachung gewonnenen Daten bei der
Entscheidungsfindung zur Seite zu stehen, ob ein Fahrspurwech
sel gefahrlos möglich ist.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 40 05 444 A1
offenbart. Dort wird der Rückraum des Fahrzeuges auf das Vor
handensein von Objekten, d. h. vor allem von nachfolgenden Fahr
zeugen, überwacht, und es werden der Abstand und die Geschwin
digkeit von in diesem Bereich detektierten Objekten bestimmt.
Daraus werden die von einem nachfolgenden Fahrzeug gegebenen
falls vorzunehmende Verzögerung beim Spurwechsel des vorderen,
eigenen Fahrzeugs berechnet und ein zugehöriger Bewertungsindex
gebildet, dessen stufenweise Werte dem Fahrer zur Anzeige ge
bracht werden. Letzterer erhält dadurch eine akustische oder
optische Information über einen möglichen Fahrspurwechsel, ab
gestuft nach der zu erwartenden Beeinträchtigung des rückwärti
gen Verkehrs. Zur Rückraumüberwachung dient ein Laserpuls-Ent
fernungsmeßgerät.
Bekannt sind als Überwachungsdetektoren weiterhin neben Ultra
schall- und Infrarotanlagen (siehe z. B. DE 38 32 720 A1) vor
allem Radareinrichtungen. Letztere sind neben ihrem Einsatz zur
Überwachung des sogenannten Totwinkelbereichs (siehe z. B. DE 39
02 852 A1) vor allem zur Abstandsmessung gegenüber vorausfah
renden Fahrzeugen in Gebrauch, so z. B. für ein selbsttätig ab
standsgeregeltes Fahren (siehe z. B. F. Ackermann, Abstandsrege
lung mit Radar, Spektrum d. Wiss., Juni 1980, Seiten 25ff.)
oder zur Gewinnung von Überholempfehlungen, wie im Fall der DE
36 22 447 C1, bei der zu diesem Zweck eine Vorraumüberwachung
per Radar vorgesehen ist.
Aus der DE 36 22 091 A1 ist ein Fahrbahnwechsel-Warnsystem be
kannt, bei der ein Überwachungsdetektor zwischen einer Totwin
kelbereich- und einer Vorraumüberwachung umschaltbar ist, wobei
die rückwärtige Totwinkelüberwachung während einer Spurwechsel
warnungs-Betriebsart und die Vorraumüberwachung in einer Ab
standswarnungs-Betriebsart, gekoppelt an das Schalten einer Ne
belschlußleuchte, ausgewählt werden.
Aus der DE 30 28 077 C2 ist eine Vorrichtung zur Warnung des
Fahrers eines Fahrzeugs vor einem auf der Momentanspur vor ihm
fahrenden Fahrzeug bekannt, bei dem der Vorraum der Momentan
spur mittels eines Radargerätes nach dem Vorhandensein eines
vorausfahrenden Fahrzeugs überwacht und der Abstand des eigenen
Fahrzeugs zu einem detektierten vorausfahrenden Fahrzeug sowie
deren Relativgeschwindigkeit bestimmt wird. Abhängig von diesen
Parametern und der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie gege
benenfalls weiteren Parametern, wie Fahrbahn- und Bremsenzu
stand, wird ein Sicherheitsabstand zwischen den beiden Fahrzeu
gen berechnet, der dann mit dem gemessenen Abstand verglichen
wird. Wenn der gemessene Abstand geringer als der Sicherheits
abstand ist, wird ein Warnsignal erzeugt und/oder das Risiko
eines Zusammenstoßes auf einem optischen Anzeigefeld darge
stellt. In einer Variante dieser bekannten Vorrichtung ist zu
sätzlich vorgesehen, das Risiko eines im Fall eines Fahrspur
wechsels zu erwartenden Kollisionsrisikos dadurch anzuzeigen,
daß neben dem Vorraum der Momentanspur zusätzlich der jeweilige
Rückraum benachbarter Fahrspuren überwacht und die ermittelten
Daten in analoger Weise wie für das auf der Momentanspur vor
ausfahrende Fahrzeug ausgewertet werden. Diese Vorrichtung be
rücksichtigt folglich zur Bewertung eines möglichen Fahrspur
wechsels lediglich die jeweils momentane Situation im Rückraum
einer möglichen Zielspur.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Ver
fahren zur Leithilfe für einen Spurwechsel eines Kraftfahrzeu
ges bereitzustellen, welches weitestgehend selbsttätig über die
Möglichkeit eines momentanen oder zukünftigen Spurwechsels zu
befinden vermag und den Fahrer von einer Beobachtung des Um
felds sowie der Schätzung von Abständen und Geschwindigkeiten
entlastet.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die Detektorüberwachung sowohl
des Rückraums als auch des Vorraums der Zielspur sowie der Ge
winnung der erforderlichen Abstands- und Geschwindigkeitsdaten
der dort detektierten Objekte, vor allem Fahrzeuge, vermag die
ses Verfahren zu erkennen, ob auf der Zielspur eine ausreichen
de Lücke für einen gewünschten Fahrspurwechsel vorhanden ist,
und zwar unter Berücksichtigung einzuhaltender, gefahrenverhü
tender Sicherheitsabstände. Der Fahrer braucht weder den Rück
raum noch den Vorraum der Zielspur im Auge zu behalten, noch
die Abstände und Geschwindigkeiten dort befindlicher Fahrzeuge
zu schätzen. Er wird durch entsprechende Warnanzeigen und/oder
Anweisungen von dem rechnergestützten Leithilfeverfahren über
das Vorhandensein einer ausreichenden Lücke auf der Zielspur im
Falle eines gewünschten Spurwechsels informiert. Die erfin
dungsgemäße Lückensuche ermöglicht hierbei festzustellen, ob
überhaupt prinzipiell eine Lücke auf der Zielspur für einen
Spurwechsel, wenn auch unter Umständen nicht in der momentanen
Fahrzeugsituation, zur Verfügung steht. So ist es möglich, das
Vorhandensein einer einen Spurwechsel ermöglichenden Lücke auf
der Zielspur schräg vor oder schräg hinter dem eigenen Fahrzeug
festzustellen und dem Fahrer anzuzeigen. Dieser kann dann durch
geeignete Manöver, d. h. insbesondere Beschleunigung oder Verzö
gerung des Fahrzeugs, versuchen, auf Höhe dieser ihm vom Leit
hilfeverfahren angezeigten Lücke zu gelangen und daraufhin den
Spurwechsel vorzunehmen. Dies entlastet den Fahrzeugführer in
besonders günstiger Weise von der Beobachtung und Einschätzung
der Fahrsituation im Vor- und im Rückraum der Zielspur.
In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 werden auch Fahrzeuge
auf der Momentanspur, d. h. der Spur, auf der sich das eigene
Fahrzeug vor einem Spurwechsel befindet, von dem Verfahren mit
in die Betrachtungen einbezogen. Die dergestalt weitergebildete
Lückensuche stellt nicht nur fest, ob eine Lücke auf der Ziel
spur prinzipiell vorhanden ist, sondern zusätzlich, ob die Lage
auf der Momentanspur, d. h. dort im Vor- oder Rückraum gegeben
enfalls befindliche Fahrzeuge, das Erreichen einer solchen
Lücke durch das eigene Fahrzeug gestattet, so daß der Fahrer
auch von dieser Einschätzung der Fahrsituation auf der Momen
tanspur entlastet wird.
Vorteilhafterweise kann die Frage, ob eine detektierte, prin
zipiell für einen Spurwechsel ausreichende Lücke auf der Ziel
spur auch praktisch durch eigene Fahrzeugmanöver erreicht wer
den kann, ebenfalls von dem Leithilfeverfahren in einer Ausge
staltung nach Anspruch 5 beantwortet werden, indem das mögliche
zukünftige Fahrverhalten zum Erreichen der Lücke in einer Rech
nersimulation durchgespielt und solchermaßen abgeprüft wird, ob
die Lücke tatsächlich erreichbar ist. In Weiterbildung dieses
Gedankens können die von der Simulation im Fall eines erreich
baren Spurwechsels ermittelten, nötigen Beschleunigungs- oder
Verzögerungswerte für das eigene Fahrzeug gemäß Anspruch 8 ent
weder dem Fahrer zur Anzeige gebracht oder bei weiterer Fahr
komforterhöhung direkt an eine gegebenenfalls vorhandene Längs
reglereinrichtung des Fahrzeugs weitergeben werden, die die Be
wegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung ohne Eingriff des Fahrers
selbsttätig zu regeln vermag.
Ein besonders hoher Fahrkomfort im Hinblick auf die Fahrzeug
führung läßt sich mit der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 9 erzielen, bei der das Erreichen einer einen
Spurwechsel ermöglichenden Lücke einer gegebenenfalls vorhande
nen Querreglereinrichtung des Fahrzeugs signalisiert wird, wel
che das Ausscheren des Fahrzeugs aus der Momentanspur und das
Einfädeln in die Lücke auf der Zielspur selbsttätig vornimmt,
ohne daß der Fahrer selbst Lenkbewegungen vorzunehmen braucht.
In Verbindung mit einer gleichzeitig aktivierten Längsregler
einrichtung wird ein Verfahren für eine vollkommen autonome
Fahrzeugführung unter Einschluß möglicher Spurwechsel reali
siert, ohne daß steuernde Eingriffe des Fahrers erforderlich
sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Programmablaufplan eines rechnergesteuerten
Leithilfeverfahrens für einen Spurwechsel,
Fig. 2 bis 6 unterschiedliche Fahrzeugsituationen zur Illustration
des Leithilfeverfahrens und
Fig. 7 eine schematische Darstellung der von dem Verfahren
benutzten Überwachungsbereiche.
In den Fahrbahndarstellungen der Fig. 2 bis 7 sind jeweils ein
eigenes Fahrzeug (0) auf einer momentanen Fahrspur (8), ein auf
dieser Momentanspur (8) vorausfahrendes Fahrzeug (2) sowie ein
nachfolgendes Fahrzeug (4) und auf einer Zielspur (9) ein vor
deres Fahrzeug (3) und ein hinteres Fahrzeug (1) gezeigt, wobei
die Fahrtrichtung jeweils durch den Pfeil (25) angegeben ist.
In Fig. 2 sind die jeweiligen Abstände (s01, s02, s03, s04) des
eigenen Fahrzeugs (0) zu den vier übrigen Fahrzeugen (1, 2, 3,
4) eingetragen.
Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß das eigene Fahrzeug (0) über
eine Heckradareinrichtung (HR) zur Überwachung des Rückraums
(23) der Momentanspur (8), eine Abstandsradareinrichtung (AR)
zur Überwachung des Vorraums (24) der Momentanspur (8), eine
Totwinkelradareinrichtung (TWR) zur Überwachung des Rückraums
(21) der benachbarten Zielspur (9) sowie eine Vorraumradarein
richtung (VR) zur Überwachung des Vorraums (22) der Zielspur
(9) besitzt. Diese Detektoreinrichtungen erkennen das Vorhan
densein von Objekten in dem jeweils von ihnen abgedeckten Be
reich und gestatten außerdem die Bestimmung des Abstands des
Objekts. Unter den Begriff Objekt fallen hierbei andere Fahr
zeuge ebenso wie möglicherweise auftauchende stehende Hinder
nisse, beispielsweise am Ende einer Fahrspur. Das Totwinkel-
und das Vorraumradar (TWR, VR) sind in den Außenspiegeln inte
griert. Der Winkel der Radarkeule ist ausreichend groß, um den
toten Winkel zu verkleinern. Die Rückraum-Überwachung erfordert
eine Reichweite des Totwinkelradars in Längsrichtung von wenig
stens ca. 100 m.
Die Funktionsweise des Verfahrens zur rechnergestützten Leit
hilfe für einen Spurwechsel von der Momentanspur (8) auf die
benachbarte Zielspur (9), die im gezeigten Fall eine in Fahrt
richtung links von der Momentanspur (8) liegende Überholspur
darstellt, durch das eigene Kraftfahrzeug (0) wird im folgenden
unter Bezugnahme auf den Programmablaufplan der Fig. 1 ausführ
lich erläutert.
Das Verfahren wird eingeleitet durch einen Aktivierungsschritt
(10), der durch eine Betätigung eines Fahrtrichtungsanzeigehe
bels gebildet wird. Die Aktivierung des Systems erfolgt somit
gleichzeitig mit dem Auslösen des Fahrtrichtungsanzeigers. Als
Alternative kann vorgesehen sein, daß die Verfahrensaktivierung
durch ein bloßes Antippen des Fahrtrichtungsanzeigehebels er
folgt, ohne daß bereits die Fahrtrichtungsanzeige ausgelöst
wird, so daß die anderen Verkehrsteilnehmer nicht durch die Ab
sicht eines möglicherweise augenblicklich noch gar nicht reali
sierbaren Spurwechsels irritiert werden. Die Fahrtrichtungsan
zeige erfolgt dann erst, wenn eine Lücke für einen möglichen
Spurwechsel erkannt und das eigene Fahrzeug die für den Spur
wechsel erforderliche Position erreicht hat. Bevorzugt wird
diese Aktivierung wieder gelöscht, wenn innerhalb einer vorge
gebenen Zeit keine Lücke zu finden war, wonach der Fahrer zur
Wiederholung aufgefordert wird, wenn er weiterhin einen Spur
wechsel beabsichtigt. Werden die anderen Verkehrsteilnehmer
hingegen durch sofortiges Aufleuchten der Fahrtrichtungsanzeige
von der bestehenden Absicht eines Spurwechsels informiert, so
können diese in unterschiedlicher Weise darauf reagieren, ent
weder indem sie Raum für eine ausreichende Lücke freimachen
oder aber eine eventuell vorhandene Lücke schließen und damit
einen Spurwechsel unmöglich machen.
Eine weitere Alternative besteht darin, daß das fahrzeugeigene
System, welches das Verfahren durchführt, ständig aktiviert
bleibt und lediglich die Datenausgabe an entsprechende Anzeige
einrichtungen oder fahrzeugbewegungsregelnde Einrichtungen je
weils durch die Fahrtrichtungsanzeigeanforderung aktiviert
wird. Bei dieser Vorgehensweise sind der Rechner und die Daten
leitungen ständig belegt und bereit. Wird das das Verfahren
durchführende System hingegen erst jeweils auf die Anforderung
einer Fahrtrichtungsanzeige hin aktiv, so ist dadurch dessen
zwischenzeitliche Nutzung auch für andere Zwecke möglich. Es
sei an dieser Stelle gesagt, daß das Verfahren mittels eines
üblichen fahrzeugeigenen Rechnersystems, wie es beispielsweise
zum Zwecke eines automatisch abstandsgeregelten Fahrens bekannt
ist, durchführbar ist, weshalb hier auf eine genaue Beschrei
bung der Systemkomponenten verzichtet wird.
Die Aufforderung zur Betätigung des Fahrtrichtungsanzeigers
kann dem Fahrer, wenn gewünscht, durch die Vorraumüberwachung
auf der Momentanspur (8) vermittelt werden, wenn hierbei fest
gestellt wird, daß sich ein Objekt (2) in diesem Vorraumbereich
(24) befindet, welches sich langsamer in Fahrtrichtung bewegt
als das eigene Fahrzeug (0).
Nach der Aktivierung werden in einem nächsten Schritt (11) die
Abstände (s01, s02, s03 und s04) der in den überwachten Berei
chen (21 bis 24) detektierten Objekte (1 bis 4) sowie deren Re
lativgeschwindigkeiten zum eigenen Fahrzeug (0) von diesem aus
mittels der Radareinrichtungen gemessen und die eigene Fahr
zeuggeschwindigkeit (v0) über den Tachometer bestimmt. Zum Er
halten der Daten dieser Größen werden hierbei die Rohdaten der
Radareinrichtungen zweckentsprechend aufbereitet, Störungen,
z. B. durch Signalreflexionen, werden herausgefiltert und aus
reichende Plausibilitätsprüfungen durchgeführt. Beispielsweise
werden die detektierten Objekte (1 bis 4) bei Kurvenfahrt über
den Lenkwinkel der jeweiligen Fahrspur zugeordnet. Ist die Re
lativgeschwindigkeit eines Objektes entgegengesetzt gleich groß
der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit, so wird dieses Objekt als
stehendes Hindernis oder das Ende einer Fahrspur, z. B. einer
Einfädelspur, interpretiert. Treten widersprüchliche, nicht
verwertbare Signale auf, wird dies dem Fahrer angezeigt, wenn
er den Fahrtrichtungsanzeiger betätigt hat. Entgegenkommende
Fahrzeuge auf einer Gegenfahrbahn können ausgeblendet werden,
oder es wird beim Betätigen des Fahrtrichtungsanzeigers ein
Warnsignal ausgelöst.
Aus dem im vorigen Schritt gewonnenen Abstands- und Geschwin
digkeitsdaten werden in einem nächsten Schritt (12) die Sicher
heitsabstände (sw01, sw02, sw03 und sw04) berechnet. Hierzu
werden eingangs die absoluten Geschwindigkeiten (v1, v2, v3 und
v4) der anderen Fahrzeuge bzw. detektierten Objekte (1 bis 4)
aus den Relativgeschwindigkeiten und der eigenen Fahrzeugge
schwindigkeit (v0) ermittelt. Danach werden die Sicherheitsab
stände jeweils als Summe aus einem Reaktionsweg, einem Restab
stand, einer Bremswegdifferenz und einem Ausrollweg gebildet.
Der Reaktionsweg ergibt sich aus dem Produkt einer Reaktions
zeit und der Geschwindigkeit des jeweils hinteren Fahrzeuges.
Für die Reaktionszeit wird eine übliche Fahrer-Reaktionszeit,
z. B. 1,8 s, angesetzt. Beim Einsatz einer Abstandsregelung kann
an dieser Stelle die kürzere System-Reaktionszeit verwendet
werden. Der Restabstand bildet eine Sicherheitsreserve und wird
typischerweise mit ungefähr 5 m angesetzt. Unter Bremswegdif
ferenz wird die Differenz der Bremswege bei Vollbremsung der
beiden Fahrzeuge, zwischen denen der Sicherheitsabstand gerade
ermittelt wird, verstanden, wobei die maximale Verzögerung,
z. B. typischerweise 3m/s2, vorgegeben oder, wenn das eigene
Fahrzeug (0) über entsprechende Einrichtungen verfügt, auto
matisch über den vom Straßenzustand abhängigen Reibwert ermit
telt wird. Der Ausrollweg schließlich ergibt sich aus einem an
triebslosen Rollen der Fahrzeuge bei einer zumutbaren Verzöge
rung, die typischerweise um 1 m/s2 beträgt. Mit diesen vorgege
benen Parametern, bei denen im übrigen der Restabstand und die
Reaktionszeit über eine adaptive Regelung anpaßbar sind, ermit
telt der Rechner des Systems die Sicherheitsabstände (sw01 bis
sw04) des eigenen Fahrzeugs (0) zu jedem der detektierten Ob
jekte bzw. Fahrzeuge (1 bis 4).
In einem nächsten Schritt (13) findet eine Abfrage statt, ob
die Sicherheitsabstände alle eingehalten sind, indem die gemes
senen Abstände (s01 bis s04) mit den errechneten Sicherheitsab
ständen (sw01 bis sw04) verglichen werden. Besitzt das eigene
Fahrzeug (0) eine Abstandsreglereinrichtung, z. B. in Verbindung
mit einem Tempomat, so wird der Sicherheitsabstand (sw02) zum
vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) automa
tisch eingehalten und es brauchen nur die übrigen Abstände
überprüft zu werden. Stellt der Rechner fest, daß alle gemesse
nen Abstände größer oder wenigstens gleich groß sind wie die
jeweils zugehörigen errechneten Sicherheitsabstände, so signa
lisiert er, daß ein Spurwechsel in der momentanen Situation
realisierbar ist, und zeigst dies dem Fahrer entsprechend an.
Dieser kann dann in einem nächsten Schritt (14) den Spurwechsel
durchführen, wonach das System wieder an den Punkt (A) vor der
Systemaktivierung zurückkehrt.
Es kann bei der Durchführung dieses Verfahrensabschnitts von
Vorteil sein, keine scharf berechneten Grenzen des Sicherheits
abstandes zu verwenden, sondern, insbesondere während eines
Spurwechsels, die Abstandsgrenzen nach einer Plausibilitäts
prüfung etwas unscharf auszuführen oder mit Hystereseeigen
schaften zu versehen. Des weiteren kann eine Einbeziehung
bereits gestarteter Beschleunigungsvorgänge einzelner Fahrzeuge
in die Berechnung der Sicherheitsabstände dem Verkehrsfluß
dienlich sein.
Hat der Rechner hingegen ermittelt, daß einer der gemessenen
Abstände kleiner als der zugehörige Sicherheitsabstand ist, so
bedeutet dies, daß ein momentaner Spurwechsel nicht möglich
ist. Das Verfahrensprogramm sieht dann als nächsten Schritt
(15) eine Lückensuche vor. Dabei wird ermittelt, ob eine für
einen Spurwechsel ausreichende Lücke, wenn sie schon nicht auf
Höhe der momentanen Position des eigenen Fahrzeugs (0) gegeben
ist, eventuell schräg vor oder schräg hinter dem eigenen Fahr
zeug (0) vorhanden und grundsätzlich dem eigenen Fahrzeug (0)
auch zugänglich ist. Zu diesem Zweck werden vom Rechner folgen
de gemessenen Abstände und errechneten Sicherheitsabstände sum
miert und verglichen. Zum einen die Summe (s01 + s03) der ge
messenen Abstände zu den Fahrzeugen (1, 3) auf der Zielspur (9)
und die Summe (sw01 + sw03) der zugehörigen errechneten Sicher
heitsabstände. Der Rechner vergleicht beide Summen und erkennt
das Vorhandensein einer Lücke auf der Zielspur (9), wenn die
Summe der gemessenen Abstände größer als die Summe der errech
neten Sicherheitsabstände ist. Zum zweiten berechnet er die
Summe (s01 + s02) der gemessenen Abstände zwischen dem rückwär
tigen Fahrzeug (1) auf der Zielspur (9) und dem vorausfahrenden
Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) und ebenso wiederum die
zugehörige Summe (sw01 + sw02) der errechneten Sicherheitsab
stände. Gleiches wird als drittes mit den Abständen der beiden
übrigen Fahrzeuge (3, 4) durchgeführt. Beide Summen (s01 + s02,
s03 + s04) der gemessenen Abstände werden dann wiederum jeweils
mit der zugehörigen Summe der errechneten Sicherheitsabstände
verglichen, und wenn in beiden Fällen festgestellt wird, daß
die Summe der gemessenen Abstände größer als die Summe der zu
gehörigen errechneten Sicherheitsabstände ist, wird dies dahin
gehend interpretiert, daß für das eigene Fahrzeug (0) Raum zum
Beschleunigen oder Verzögern vorhanden ist, wodurch unter Um
ständen die ermittelte Lücke zum Spurwechseln erreichbar ist.
Wenn folglich in wenigstens einem der drei Vergleiche dieses
Abfrageschrittes (16) die Summe der gemessenen Abstände kleiner
als die Summe der errechneten Sicherheitsabstände ist, so wird
dies dahingehend erkannt, daß ein Spurwechsel unter den gesetz
ten Parametern, wie z. B. Reaktionszeit, Sicherheitsreserve-Rest
abstand, eigene Beschleunigung oder Verzögerung und zumutbare
Verzögerung der anderen Fahrzeuge, nicht möglich ist. Dem Fahrer
wird daraufhin in einem folgenden Schritt (17) die Anweisung
angezeigt, die Fahrspur zu halten. Das System kehrt dann im
Verfahrensablauf zu Punkt B vor dem Meßschritt (11) zurück und
es beginnt ab da ein erneuter Verfahrensdurchgang, wobei neue
Meßdaten gewonnen werden, die sich durch mögliche Änderungen
der Fahrzeugpositionen oder -geschwindigkeiten ergeben.
Wenn hingegen in allen drei Vergleichen die Summe der gemessen
en Abstände größer als die diejenige der errechneten Sicher
heitsabstände ist, wird dies dahingehend erkannt, daß zum einen
eine Lücke für einen Spurwechsel vorhanden ist und diese Lücke
zum anderen auch erreichbar ist, zwar nicht momentan, jedoch
nach Durchführung geeigneter Fahrzeugmanöver, insbesondere ei
nes Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs. Dies kann dem
Fahrer vom System signalisiert werden, z. B. über eine Leucht
diodenanzeige.
Das Verfahren unterstützt den Fahrer weitergehend bei dem dann
auftretenden Problem, wie er mit dem eigenen Fahrzeug (0) die
grundsätzlich vorhandene Lücke auf der Zielspur (9) durch ge
eignetes Manövrieren erreichen kann, wobei Änderungen im Fahr
verhalten der anderen Fahrzeuge (1 bis 4), z. B. Beschleunigen,
Verzögern oder Spurwechseln, aktuell berücksichtigt werden.
Hierzu ist als nächstes nach einer positiven Antwort im voran
gegangenen Abfrageschritt (16) nach dem grundsätzlichen Vorhan
densein einer Lücke ein Simulationsschritt (18) vorgesehen.
Hierbei wird der zukünftige Ablauf zum Erreichen der Lücke in
einer Rechnersimulation mit sämtlichen Fahrzeugen (0, 1, 2, 3,
4) durchgespielt, da es sich um ein stark nichtlineares Problem
handelt. Denn eine Veränderung der eigenen Fahrzeuggeschwindig
keit bedeutet gleichzeitig eine Veränderung der errechneten
Sicherheitsabstände. Selbst bei konstanter Geschwindigkeit der
anderen Fahrzeuge kann solchermaßen eine Erhöhung der eigenen
Fahrzeuggeschwindigkeit (v0) ergeben, daß bei gleichbleibend
großer Lücke die Sicherheitsabstände zu den vorausfahrenden
Fahrzeugen nicht mehr eingehalten werden oder daß die vorgege
bene Beschleunigung nicht ausreicht, die Positionsveränderung
innerhalb eines Zeitraums durchzuführen, in dem die sich ver
ändernde Verkehrssituation einen Spurwechsel zuläßt. In beiden
Fällen müßte ein eingeleiteter Überholvorgang abgebrochen wer
den, weshalb an dieser Stelle die im Zeitraffer vorausberech
nende Simulation sinnvoll ist. Die Radareinrichtungen gemäß
Fig. 7 erfassen dabei die aktuell anstehende Verkehrssituation
mit den Abständen und Geschwindigkeiten der anderen Fahrzeuge.
Ausgehend von dieser Situation wird in der Simulation durchge
spielt, ob und durch welche Aktivitäten gegebenenfalls das Ein
fädeln in die gefundene Lücke ermöglicht wird.
Für diese Simulation wird ein negativer Beschleunigungswert,
d. h. eine Verzögerung, vorgegeben, wenn die errechneten Sicher
heitsabstände zu den rückwärtigen Fahrzeugen (1, 4) beide ein
gehalten sind. Wenn hingegen die Sicherheitsabstände zu den
beiden vorderen Fahrzeugen (2, 3) von den gemessenen Abständen
eingehalten sind, so wird ein positiver Beschleunigungswert,
d. h. eine wirkliche Beschleunigung, vorgegeben. Damit wird das
Verkehrsgeschehen voraussimuliert, und zwar längstenfalls bis
im Falle der Beschleunigung der Abstand zum vorausfahrenden
Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) oder im Fall einer Ver
zögerung der Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug (4) auf der Mo
mentanspur (8) den jeweils zugehörigen Sicherheitsabstand un
terschreitet. Wird bis zu diesem Zeitpunkt die vorhandene Lücke
nicht erreicht, so wird im Beschleunigungsfall ein neuer Simu
lationszyklus mit einem stufenweise erhöhten Beschleunigungs
wert durchgeführt. Erst wenn nach Erreichen einer gesetzten
Obergrenze für den Beschleunigungswert, der sich z. B. aus dem
kleinsten Wert aus der Motorleistungsgrenze, der Reibwertgrenze
oder einer individuellen Komfortgrenze ergibt, oder nach Er
reichen einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit die Lücke
nicht erreicht werden konnte, wird der Abfrageschritt (19) nach
einem möglichen Spurwechsel im Beschleunigungsfall endgültig
verneinend beantwortet und dem Fahrer wiederum die Anweisung im
Schritt (17) gegeben, die Spur zu halten. Die Verzögerung wird
in der Simulation hingegen aus Fahrkomfortgründen nicht stufen
weise vergrößert, sondern gleich zu Beginn auf einen dem Komfort
noch zuträglichen Wert gesetzt. Wird die Lücke nicht nach dem
einmaligen Verzögerungs-Simulationszyklus erreicht, so wird dem
Fahrer wiederum die Anweisung gegeben, die Spur zu halten.
Wird während der Simulation hingegen im Abfrageschritt (19) er
kannt, daß ein Spurwechsel durch das simulierte Fahrzeugmanöver
möglich ist, so werden die hierfür ermittelten Daten über die
Fahrzeugbeschleunigung oder -verzögerung ausgegeben. Diese Da
tenausgabe erfolgt entweder an eine Anzeigeeinrichtung für den
Fahrer, der daraufhin den erforderlichen Beschleunigungs- oder
Verzögerungswert einstellen und das Manöver zum Erreichen der
Lücke auf der Zielspur anschließend in eigener Regie vornehmen
kann. Dieses Nachvollziehen des voraussimulierten Fahrzeugmanö
vers in der Wirklichkeit ist mit dem Schritt (20) der Positio
nierung im Programmablaufplan der Fig. 1 umschrieben. Besitzt
das Fahrzeug eine Längsreglereinrichtung zur automatischen
Fahrzeugfortbewegung in Längsrichtung, so kann die Datenausgabe
andererseits an diesen Längsregler erfolgen, der dann selbsttä
tig das Fahrzeug auf den in der Simulation ermittelten Be
schleunigungs- oder Verzögerungswert bringt. Nach der Daten
übergabe geht das System zum Punkt (B) vor dem Meßschritt (11)
zurück, von wo aus das Verfahren neu durchlaufen wird, um
schließlich das Erreichen der ausreichenden Lücke zu erkennen
und den gewünschten Spurwechsel vornehmen zu können.
Eine völlig autonome Fahrzeugführung unter Einbeziehung von
Spurwechseln ohne jegliche notwendige Fahrereinwirkung ist mög
lich, wenn das Fahrzeug zusätzlich eine Querreglereinrichtung
besitzt. Diesem Querregler wird dann beim Erkennen, daß ein
Spurwechsel möglich ist, selbige Möglichkeit signalisiert, wo
nach der Spurwechsel von Längsregler und Querregler des Fahr
zeugs selbsttätig, eventuell nach einer entsprechenden Anforde
rung vom Fahrer, durchgeführt wird.
Nachfolgend wird das Verfahren in Anwendung auf unterschiedli
che Verkehrssituationen nach den Fig. 2 bis 6 erläutert.
Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem vorausgesetzt ist, daß
alle Sicherheitsabstände eingehalten sind. Die Durchführung des
oben beschriebenen Verfahrens resultiert darin, daß die Lücke
auf der benachbarten, hier linken Zielspur (9) und damit die
Möglichkeit eines sofortigen Spurwechsels erkannt wird.
Im Fall der Fig. 3 ist der Sicherheitsabstand zum rückwärtigen
Fahrzeug (1) auf der Zielspur (9) nicht eingehalten, das ver
fahrensdurchführende System erkennt somit, daß ein momentaner
Spurwechsel nicht möglich ist. Der Lückensuchschritt (15) führt
jedoch zu einer positiven Antwort auf die Frage einer grund
sätzlich vorhandenen Lücke, die sich schräg vor dem eigenen
Fahrzeug (0) befindet. Der gemessene Abstand zum vorausfahren
den Fahrzeug (2) auf der Momentanspur (8) ergibt eine freie Be
schleunigungsstrecke. In der anschließenden Simulation wird
durchgespielt, ob und gegebenenfalls mit welcher Beschleunigung
eine Positionierung in diese Lücke im sicheren Abstand zu allen
anderen Fahrzeugen möglich wird.
In der Verkehrssituation nach Fig. 4 ist der Sicherheitsabstand
zum vorausfahrenden Fahrzeug (3) auf der Zielspur (9) nicht
eingehalten. Das verfahrensdurchführende System erkennt wieder
um, daß ein sofortiger Spurwechsel nicht möglich ist. Die an
schließende Lückensuche ergibt eine positive Antwort auf die
Frage nach einer grundsätzlich vorhandenen Lücke, die sich in
diesem Fall schräg hinter dem eigenen Fahrzeug (0) befindet.
Der gemessene Abstand zum nachfolgenden Fahrzeug (4) auf der
Momentanspur (8) ergibt sich als deutlich größer als der er
rechnete Sicherheitsabstand, was eine freie Verzögerungsstrecke
anzeigt. In der anschließenden Simulation wird durchgespielt,
ob durch die vorgewählte Verzögerung oder einfaches Abwarten
eine Positionierung in die Lücke im sicheren Abstand zu den
übrigen Fahrzeugen möglich wird.
Im Falle der Fig. 5 wird wie im Fall der Fig. 3 wiederum das
Vorhandensein einer Lücke schräg vor dem eigenen Fahrzeug (0)
erkannt. Der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (2) auf der
Momentanspur (8) entspricht jedoch in etwa dem errechneten
Sicherheitsabstand, weshalb keine Beschleunigungsstrecke frei
ist, so daß die Frage nach einem möglichen Spurwechsel im
Schritt (19) verneinend zu beantworten ist und dem Fahrer die
Anweisung gegeben wird, die Momentanspur (8) zu halten.
Bei der Situation der Fig. 6 wird wie im Fall der Fig. 4 das
Vorhandensein einer Lücke, schräg hinter dem eigenen Fahrzeug
(0) erkannt. Jedoch entspricht der gemessene Abstand des nach
folgenden Fahrzeugs (4) auf der Momentanspur (8) bereits etwa
dem errechneten Sicherheitsabstand, so daß keine freie Verzö
gerungsstrecke verbleibt und die Frage eines möglichen Spur
wechsels wiederum verneinend beantwortet wird, so daß die Mo
mentanspur (8) auch in diesem Fall zu halten ist.
Das Verfahren kann selbstverständlich, wie zum Teil bereits an
gedeutet, in Verbindung mit abstandsgeregeltem Fahren und einem
Tempomat verwendet werden. In gleicher Weise wie das Wechseln
auf eine linke Zielspur kann ein Wechsel auf eine rechte Ziel
spur durch das Verfahren bewerkstelligt werden, wenn das eigene
Fahrzeug auf der rechten Seite über entsprechende Radardetek
tionseinrichtungen verfügt, wobei die Aktivierung dann auf die
Anforderung einer Fahrtrichtungsanzeige nach rechts erfolgt. In
der Regel sind die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge auf der
rechten Zielspur geringer, weshalb dann als Modifikation bei
der Rechnersimulation eine Verzögerung vorgewählt wird, wenn
die Momentangeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs höher als die
an einem Tempomat vorgewählte ist.
Darüber hinaus ist es möglich, daß das Verfahren auf vielspuri
gen Straßen, wie z. B. Highways in USA, auf denen das Überholen
rechts erlaubt ist, über den Rechner durch die Simulation die
zum Überholen momentan geeignetere Spur ermittelt und dem Fah
rer oder der eventuell vorhandenen Querreglereinrichtung des
Fahrzeugs vorschlägt.
Claims (10)
1. Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel von einer
Momentanspur (8) auf eine benachbarte Zielspur (9) durch ein
Kraftfahrzeug (0),
gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
- a) Überwachen sowohl des Rückraums (21) als auch des Vorraums (22) wenigstens der benachbarten Zielspur mittels Detekto ren (TWR, VR) nach dem Vorhandensein von Objekten und Be stimmen der Geschwindigkeiten (v1, v3, v0) der detektier ten Objekte (1, 3) und des eigenen Fahrzeugs (0) sowie der Abstände (s01, s03) der detektierten Objekte vom eigenen Fahrzeug,
- b) Berechnen von Sicherheitsabständen (sw01, sw03), des eige nen Fahrzeugs (0) zu jedem der detektierten Objekte (1, 3) in Abhängigkeit der im vorigen Schritt gewonnenen Ge schwindigkeitsdaten, einer Reaktionszeit und gegebener Verzögerungswerte,
- c) Vergleichen der gemessenen Abstände (s01, s03) mit den er
rechneten Sicherheitsabständen (sw01, sw03) für jedes Ob
jekt (1, 3) und entweder
- d.1) Signalisieren eines möglichen Fahrspurwechsels, wenn für alle Objekte (1, 3) der errechnete Sicherheitsabstand größer oder wenigstens gleich groß ist wie der gemessene Abstand, oder
- d.2) Durchführen einer Lückensuche, wenn für wenigstens ein Ob jekt (1, 3) der gemessene Abstand (s01, s03) kleiner als der errechnete Sicherheitsabstand (sw01, sw03) ist, in folgenden Schritten:
- d.2.1) Vergleichen wenigstens der Summe (s01 + s03) der gemes senen Abstände des eigenen Fahrzeugs (0) zum Objekt (1) im Rückraum (21) und zum Objekt (3) im Vorraum (22) der Ziel spur (9) mit der entsprechenden Summe (sw01 + sw03) der errechneten Sicherheitsabstände und
- d.2.2) Signalisieren, daß ein Spurwechsel nicht ausgeschlossen ist, wenn die wenigstens eine Summe der gemessenen Abstän de größer als die entsprechende Summe der errechneten Si cherheitsabstände ist, und andernfalls Signalisieren, daß ein Spurwechsel ausgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß
- - im Schritt a zusätzlich der Rückraum (23) und der Vorraum (24) der Momentanspur (8) mittels Detektoren (HR, AR) nach dem Vorhandensein von Objekten (4, 2) überwacht wird und die weiteren Schritte auch bezüglich der dort detektierten Objekte (4, 2) durchgeführt werden, wobei zur Durchführung der Lückensuche im Schritt d.2.1 zusätzlich
- - die Summe (s01+s02) der gemessenen Abstände des Objekts (1) im Rückraum (21) der Zielspur (9) und des Objekts (2) im Vorraum (24) der Momentanspur (8) mit der entsprechen den Summe (sw01+sw02) der errechneten Sicherheitsabstände und
- - die Summe (s04+s03) der gemessenen Abstände des Objekts (4) im Rückraum (23) der Momentanspur (8) und des Objekts (3) im Vorraum (22) der Zielspur (9) mit der entsprechen den Summe (sw04+sw03) der errechneten Sicherheitsabstände verglichen werden und im Schritt d.2.2
- - signalisiert wird, daß ein Spurwechsel nicht ausgeschlos sen ist, wenn in allen drei Fällen die Summe der gemessen en Abstände größer als die entsprechende Summe der errech neten Sicherheitsabstände ist, und andernfalls signali siert wird, daß ein Fahrspurwechsel ausgeschlossen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicherheitsabstände (sw01, sw02, sw03, sw04) jeweils
als Summe eines Reaktionsweges, einer Bremswegdifferenz bei
Vollbremsung, eines Ausrollweges und eines als Sicherheitsre
serve dienenden Restabstands berechnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (s02) zu einem detektierten Objekt (2) im Vor
raum (24) der Momentanspur (8) mittels einer auf die Beschleu
nigungs- und Verzögerungseinrichtungen des eigenen Fahrzeuges
(0) einwirkenden Abstandsregelungseinrichtung selbsttätig auf
einem Wert gleich oder größer demjenigen des errechneten Si
cherheitsabstandes (sw02) eingeregelt gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Signalisieren eines nicht ausgeschlossenen Spur
wechsels hin eine Spurwechsel-Rechnersimulation zum Auffinden
eines möglichen Spurwechsels und der hierfür gegebenenfalls er
forderlichen Beschleunigung oder Verzögerung des eigenen Fahr
zeugs durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Simulation
- - eine Verzögerung des eigenen Fahrzeugs gewählt wird, wenn die gemessenen Abstände (s01, s04) der Objekte (1, 4) im Rückraum (21, 23) von Zielspur (9) und Momentanspur (8) beide größer als die entsprechenden errechneten Sicherheitsabstände (sw01, sw04) sind, und
- - eine Beschleunigung für das eigene Fahrzeug vorgegeben wird, wenn die gemessenen Abstände (s03, s02) der Objekte (3, 2) im Vorraum (22, 24) der Zielspur (9) und der Momentanspur (8) bei de größer als die entsprechenden errechneten Sicherheitsabstän de (sw03, sw02) sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Simulation mit stufenweise erhöhten Beschleunigungs-
oder Verzögerungswerten wiederholt wird, wenn mit dem zuvor ge
wählten Wert kein möglicher Spurwechsel erreicht wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 6, oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Falle eines rechnersimulatorisch gefundenen möglichen
Spurwechsels der ermittelte Beschleunigungs- oder Verzögerungs
wert auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt und/oder einer
Längsreglereinrichtung des eigenen Fahrzeugs (0) zur selbsttä
tigen Beschleunigung oder Verzögerung desselben weitergegeben
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalisierung eines möglichen Spurwechsels an eine
Querreglereinrichtung des eigenen Fahrzeugs (0) zum selbsttäti
gen Ausscheren in die Zielspur (9) weitergegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren durch die Anforderung einer Fahrtrichtungsan
zeige aktiviert wird und die angeforderte Fahrtrichtungsanzeige
erst erfolgt, wenn ein möglicher Spurwechsel signalisiert wird.
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