DE10012737A1

DE10012737A1 - Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10012737A1
Application number: DE10012737A
Authority: DE
Inventors: Hans Fritz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: DE10012737B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug, mit einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positionsinformationen (y, B) des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffende Fahrspurinformationen (Br, Bl), einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen (y, B; Br, Bl) abhängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel, einer den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungseinrichtung (14) zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momantanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug von einer Momentanspur auf eine benachbarte Zielspur.

Derartige Vorrichtungen werden dazu verwendet, den Fahrer eines Kraftfahrzeuges bei einem Fahrspurwechsel, z. B. zum Einfädeln in oder Ausfahren aus einer Schnellstraße oder zum Überholen eines langsameren Fahrzeuges auf einer Autobahn, zu unterstüt zen, d. h. ihn wenigstens teilweise von den hierfür erforderli chen Überwachungsmaßnahmen zu entlasten.

Aus der DE 43 13 568 C1 ist bekannt, den Vorraum und den Rück raum wenigstens der benachbarten Zielspur für den gewünschten Spurwechsel zu überwachen. Dabei werden die Abstände von dort detektierten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, und deren Ge schwindigkeiten gemessen sowie daraus Sicherheitsabstände be rechnet. Wenn alle gemessenen Abstände größer als die errechne ten Sicherheitsabstände sind, wird dies als möglicher Spurwech sel erkannt. Der Fahrer wird hierdurch weitestgehend von Über wachungsaufgaben und einem Schätzen von Abständen und Geschwin digkeiten nachfolgender und vorausfahrender Fahrzeuge entla stet. Der Fahrer entscheidet jedoch selbst, ob er durch manuel len Lenkeingriff und gegebenenfalls durch zusätzliche Betäti gung des Fahrpedals oder des Bremspedals einen Fahrspurwechsel durchführen soll.

Bei dem Fahrspurwechsel kann es jedoch zu Fehlreaktionen oder gefährlichen Fahrmanövern durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges kommen. Beispielsweise kann der Fahrer eine für den Wechsel auf eine benachbarte Zielspur nicht angemessene Lenkbewegung aus führen oder für einen sicheren Wechsel in eine Lücke zwischen zwei auf der Zielspur hintereinander fahrenden Fahrzeugen nicht ausreichend beschleunigen oder verzögern. Durch derartige Fahrfehler können Verkehrsteilnehmer, insbesondere bei zügiger Autobahnfahrt, ernstlich zu Schaden kommen.

Beispielsweise ist aus der DE 43 32 836 C1 eine Vorrichtung zur selbsttätigen Fahrzeugquerführung längs einer Fahrspur bekannt. Diese ermöglicht, das Fahrzeug beispielsweise auf einer bestimm ten Fahrspur einer mehrspurigen Straße zu halten. Es ist mit diesen Vorrichtungen jedoch kein Fahrspurwechsel in eine be nachbarte Zielspur möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug be reitzustellen, welche dazu beiträgt, fahrerseitige Fahrfehler beim Wechseln von einer Momentanspur auf eine Zielspur weitge hend zu vermeiden. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Fahrer des Kraftfahrzeuges ermöglichen, einen derartigen Fahrspurwechsel auf komfortable und funktionssichere Weise einfach durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Pa tentsansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Demgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh rung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug eine Lage erkennungseinrichtung zur Ermittlung von Positionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentanspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen auf. Weiterhin ist eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel vorgesehen, sowie eine den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussende Querführungs einrichtung zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentan spur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal. Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist eine Aktivierungseinrich tung vorgesehen.

Mit der Erfindung wird eine Fahrspurwechselvorrichtung geschaf fen, welche einen vom Fahrer angeforderten Spurwechsel aus führt. Die Spurhaltung in der Momentanspur, der Wechsel auf ei ne ausgewählte Zielspur und die Spurhaltung in der Zielspur, welche zur neuen Momentanspur wird, wird dem Fahrer durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgenommen. Der Fahrer ist also von teilweise gefahrenträchtigen Fahrmanövern entlastet.

Der eigentliche Spurwechsel wird dabei durch die Trajektorien planungseinrichtung bestimmt, indem eine Übergangsbahnkurve be rechnet wird, welche eine sichere und komfortable Spurwechsel aktion ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Trajektorienpla nungseinrichtung das Übergangsbahnkurvensignal an die Querfüh rungseinrichtung abgibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkel stellsignal an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenk winkelstelleinrichtung des Kraftfahrzeugs abgibt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Überwachungseinrichtung zur Ermittlung von auf der Mo mentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffende Verkehrsinformationen vorgesehen, die an die Trajektorienpla nungseinrichtung abgegeben werden.

Durch die Überwachungseinrichtung wird in erster Linie die Be obachtung des Raumbereiches vor und hinter dem Fahrzeug ermög licht, um zu ermitteln, ob sich in den Fahrspuren Hindernisse oder andere Verkehrsteilnehmer befinden. Aber auch die beidseitigen Seitenraumbereiche lassen sich mit der Überwachungsein richtung leicht überwachen. Die gewonnenen Kenntnisse über das Verkehrsgeschehen gestatten einen besonders sicheren Spurwech sel und ermöglichen eine zusätzlichen Entlastung des Fahrers.

Sowohl die Lageerkennungseinrichtung als auch die Überwachungs einrichtung können eine Kameraanordnung mit einer zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren re lativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung zumindest der Breite und Länge der Objekte ausgebildet ist.

Die Informationen bezüglich der räumlichen Anordnung der Objek te und Fahrspuren zueinander und relativ zum Fahrzeug lassen sich durch Bildverarbeitung leicht ermitteln. Aus diesen Daten lassen sich auf einfache Weise Rückschlüsse auf drohende Gefah ren bzw. unerwartete Spurverläufe gewinnen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Lage erkennungseinrichtung sowie die Überwachungseinrichtung ein kartenbasiertes, satellitengestütztes GPS-System (Global- Positioning-System) umfassen, das zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei die Objekte ein satelli tengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunika tion zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.

Mit Hilfe einer fahrspuraufgelösten Straßenkarte in Kombination mit beispielsweise einem bekannten Differential-GPS-System sind die Positionsdaten sowohl zur Durchführung einer Querführung in der Momentanspur als auch für eine Spurwechsel in eine Nachbar spur leicht zu ermitteln. Der Abstand und die relative Lage anderer Objekte zum Fahrzeug lassen sich mit Kenntnis der GPS- Daten der Objekte bzw. Fahrzeuge ebenfalls genau ermitteln.

Darüber hinaus läßt sich der Abstand zu erfaßten Objekten auch dadurch ermitteln, daß die Überwachungseinrichtung eine Ab standsbestimmungseinrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweist. Derartige Abstandsbestimmungsein richtungen sind bewährt und liefern zuverlässige Ergebnisse auch im Fernbereich. Die gelieferten Verkehrsinformationen um fassen dabei zumindest einen Abstandswert zu den erfaßten Ob jekten.

Um dem Fahrer die Entscheidungsfindung bezüglich der Durchfüh rung eines Fahrspurwechsels abzunehmen, kann die Aktivierungs einrichtung zum Auslösen des Fahrspurwechsels eine mit der Überwachungseinrichtung zusammenwirkende Entscheidereinheit um fassen, die ausgebildet ist, ein Spurwechel-Auslösesignal an die Trajektorienplanungseinheit zum Erzeugen eines Übergangsbahn kurvensignals für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung keine spurwechselverhindernden Verkehrsinformationen ermittelt.

Mit dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also ein vollautomatischer Spurwechsel möglich. Die Ent scheidung für einen Spurwechsel wird dem Fahrer hier durch das Zusammenspiel von Entscheider- und Überwachungseinrichtung ab genommen.

Die Entscheidereinheit gibt ein Spurwechel-Abbruchsignal an die Trajektorienplanungseinheit ab, um einen aktiven Spurwechsel vorgang abzubrechen und ein Übergangsbahnkurvensignal für ei nen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels zu erzeugen, wenn die Überwachungseinrichtung während eines Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen er mittelt.

Durch die letztgenannte Möglichkeit kann im Gefahrenfall ein Spurwechsel sicher abgebrochen werden. Dabei wird das Kraft fahrzeug nicht in einem undefinierten Fahrzustand belassen, sondern wie beim Fahrspurwechsel auf einer vorberechneten Über gangsbahnkurve wieder auf die Ausgangsspur zurückgeführt.

Für einen Spurwechsel kann es auch sinnvoll oder notwendig sein, das längsdynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs zu beein flussen. Zu diesem Zweck gibt die Trajektorienplanungseinheit ein zumindest von den Verkehrsinformationen abhängiges Längsre gelungssignal an eine das längsdynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussende Fahrzeug-Längsregeleinrichtung ab. Beispielsweise kann den Verkehrsinformationen der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und dessen Breite entnommen wer den. Aus diesen Informationen berechnet die Trajektorienpla nungseinheit eine geeignete Übergangsbahnkurve. Dabei kann bei spielsweise ein Verringern der Fahrgeschwindigkeit hinter dem vorausfahrenden Fahrzeug nötig sein. Allgemein sind somit schnelle Spurwechsel möglich, aber auch sanfte Wechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur.

Vorzugsweise berechnet die Trajektorienplanungseinheit eine im wesentlichen S-förmige Übergangsbahnkurve. Dies ermöglicht ei nen besonders vorteilhaften Spurwechsel.

Dabei kann die Trajektorienplanungseinheit die Übergangsbahn kurve derart berechnen, daß am Ende des Spurwechsels die Tan gente der Übergangsbahnkurve gleich der von der Lageerkennungs einrichtung oder der Überwachungseinrichtung ermittelten Tan gente der Fahrspur ist. Dies ist insbesondere bei Spurwechseln in Kurven sinnvoll.

Um eine der Verkehs- und Fahrspursituation angemessene Über gangsbahnkurve zu ermitteln, kann die Trajektorienplanungsein heit mit einer Fahrzustandsermittlungseinrichtung verbunden sein, welche zumindest die die Berechnung der Übergangsbahnkur ve beeinflussenden Größen Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung oder dergleichen das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beeinflussende Größen ermittelt.

Für eine einfache Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrich tung wird vorgeschlagen, daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ein manuell betätigbares Auslö se-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspur wechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahr spurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Vor richtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche eine Führungseinrichtung zur automatischen Querführung des Fahrzeugs entlang der Moment anspur, eine Lageerkennungseinrichtung zur Ermittlung von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen, eine Trajektorienplanungseinrichtung zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen abhängigen Übergangsbahnkurvensignals für den Fahrspurwechsel, eine Lenkwinkelstelleinrichtung zum Wech seln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur ent sprechend dem Übergangsbahnkurvensignal, ein manuell betätigba res Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und ein manuell betä tigbares Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen ei nes Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.

Um im Gefahrenfall eine einfache Abbruchmöglichkeit für den Spurwechsel zu schaffen, kann die Trajektorienplanungseinheit mit einem fahrerseitig betätigbaren Fahrspurwechsel- Abbruchelement verbunden sein, um einen Fahrspurwechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels durchzuführen, wenn das Abbruchelement während eines Fahrspurwechsels betätigt wird.

Für eine besonders einfache und für den Fahrer eindeutige Be dienung im Abbruchfall kann das Abbruchelement bei einem auf die rechte Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell betätigbare Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur, und bei einem auf die linke Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell betätigbare Auslöse-Bedienelement zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur umfassen. Soll also ein gerade durchgeführter Spurwechsel nach rechts abgebro chen werden, muß der Fahrer nur das Auslöse-Bedienelement zur Aktivierung eines Spurwechsels nach links und umgekehrt bedie nen. Diese Vorgehen erschließt sich dem Fahrer leicht, so daß hier Fehlbedienungen weitgehend auszuschließen sind.

Damit der Fahrer stets Informationen über den Systemzustand er halten kann, ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die mit der Überwachungseinrichtung zur Anzeige der ermittelten Verkehrsinformationen (Z) und/oder der Möglichkeit eines Spur wechsels aufgrund der ermittelten Verkehrsinformationen und mit der Trajektorienplanungseinheit zur Anzeige der aktuellen Durchführung eines Fahrspurwechsels verbunden ist. Dem Fahrer wird also angezeigt, ob das System aktiv ist, ein Spurwechsel durchgeführt werden kann oder momentan gerade ein Spurwechsel durchgeführt wird.

Damit der Fahrer selbst aktiv in Spurwechselaktionen eingreifen und die Übergangsbahnkurve nach seinen Wünschen beeinflussen kann, ist eine Eingabeeinrichtung zur fahrerseitigen Beeinflus sung des quer- und/oder längsdynamischen Verhaltens vorgesehen.

Anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung deutlicher.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer von der Trajektori enplanungseinrichtung der Erfindung berechneten S- förmigen Übergangsbahnkurve für einen Fahrspurwechsel,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Aus führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung er möglicht,

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild noch eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung er möglicht und eine Entscheidereinheit zur Durchführung eines Fahrspurwechsels aufweist,

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbei spiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels,

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Aus führungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die er findungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 ist in Form eines schematischen Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug dargestellt.

Die Vorrichtung weist eine durch eine Querführungseinrichtung 14 und eine elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung 18 gebil dete Führungseinrichtung zur automatischen Querführung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur auf. Eine Lageerkennungsein richtung 10 dient der Ermittlung von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen, wie etwa die Breiten Br, Bl einer rechten bzw. linken Zielspur. Zusammen mit ebenfalls von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelten Po sitionsinformationen des Fahrzeugs relativ zu einer Momentan spur, welche die Lage y und die Breite B der Momentanspur um fassen, werden die Fahrspurinformationen an eine Trajektorien planungseinrichtung 12 abgegeben.

Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 berechnet für ein in ei ner Momentanspur fahrendes Kraftfahrzeug eine Übergangsbahnkur ve oder Soll-Querversatztrajektorie für einen Fahrspurwechsel zu einer Nachbar- oder Zielspur. Dabei wird die Form der be rechneten Übergangsbahnkurve von den Fahrspurinformationen Br, Bl und den Positionsinformationen y, B beeinflußt. Die Trajekt orienplanungseinrichtung 12 gibt ein der Übergangsbahnkurve entsprechendes Signal y_soll an die Querführungseinrichtung 14 ab, mit dem der Querführungseinrichtung 14 mitgeteilt wird, welcher laterale Versatz relativ zu einer Referenzlinie (Refe renzfahrspur) eingeregelt werden soll. Die Querführungseinrich tung 14 bestimmt daraus ein geeignetes Lenkwinkelstellsignal δ_soll und übermittelt dieses an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstelleinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs. Die Lenkwinkelstelleinrichtung 18 dient der Lenkkorrektur bei der Querführung in der Momentanspur und zum Wechseln des Fahr zeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur entsprechend der Übergangsbahnkurve.

Weiterhin ist eine Aktivierungseinrichtung 16 zum Auslösen ei nes Fahrspurwechsels bzw. zum Abbrechen eines gerade durchge führten Spurwechsels vorgesehen. Die Aktivierungseinrichtung 16 gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt ein in den Fig. 5 bis 7 gezeigtes, manuell betätigbares Aus löse-Bedienelement 30a, 32a zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betä tigbares Auslöse-Bedienelement 30b, 32b zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur. Die Fig. 5 bis 7 und die dort dargestellten, weiteren Bedienelemen te werden weiter unten genauer beschrieben.

Ein Fahrspurwechsel nach rechts wird mittels eines vom Fahrer an der Aktivierungseinrichtung 16 erzeugten Aktivierungssignals Sr angefordert. Entsprechend wird ein Fahrspurwechsel nach links mittels des Aktivierungssignals Sl angefordert. Aufgrund eines der Aktivierungssignale Sr oder Sl bestimmt die Trajekt orienplanungseinrichtung 12 eine geeignete Übergangsbahnkurve von der Momentanspur zur Nachbarspur.

Während eines durch das Aktivierungssignal Sr ausgelösten Fahr spurwechsels nach rechts kann der Fahrer über das Bedienelement 16 ein Deaktivierungssignal zum automatisierten Abbruch des Spurwechsels zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwechsels an fordern. Dies wird mittels des Aktivierungssignals Sl reali siert.

Entsprechend kann während eines durch das Aktivierungssignal Sl ausgelösten Fahrspurwechsels nach links das fahrerseitig er zeugte Signal Sr als Deaktivierungssignal verwendet werden.

Die Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt eine geeignete Übergangsbahnkurve zurück zur Fahrspur zu Beginn des Spurwech sels, falls während eines automatisierten Spurwechsels ein Deak tivierungssignal zum Abbruch des Spurwechsels vom Fahrer ange fordert wird.

Weiterhin hat der Fahrer durch entsprechende Betätigung der Ak tivierungseinrichtung 16 die Möglichkeit, mittels eines hier durch erzeugten Signals ay_max ein gewünschtes, querdynamisches Fahrverhalten vorzugeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn hierbei das querdynamische Fahrverhalten in Form einer maximal zulässigen Querbeschleunigung beschrieben und diese an die Tra jektorienplanungseinrichtung 12 übermittelt wird.

Der Trajektorienplanungseinrichtung 12 wird für die Bestimmung einer geeigneten Übergangsbahnkurve die aktuelle Fahrzeugposi tion beispielsweise in Form des lateralen Versatzes zu einer Referenzlinie und des Abstandes zu einem voraus in derselben Fahrspur fahrenden Fahrzeug zugeführt. Als Referenzlinie kann dabei beispielsweise eine Fahrspurberandung, wie etwa der Fahr bahnmittelstreifen und der Fahrspurbegrenzungsstreifen, verwen det werden. Es kann aber auch ein in die Fahrbahn eingebrachter elektrischer Leiter oder in die Fahrbahn eingebrachte Magnetnä gel sowie gegebenenfalls auch globale Positionsdaten der Fahr bahn in Form von GPS-Daten verwendet werden.

Die Fahrzeugposition wird mit Hilfe der die Fahrposition rela tiv zur Fahrspur erkennenden Lageerkennungseinrichtung 10, die beispielsweise eine Videokamera mit nachgeschalteter Bildverar beitung aufweist, realisiert. Zur Erkennung und Abstandsbestim mung von vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugen auf der Momentan- oder Zielspur können ebenfalls Bildverarbeitungssy steme oder auch Radarsysteme verwendet werden. Solche Radarsy steme werden bereits in bekannten Abstandsregelvorrichtungen verwendet.

Eine Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26 ermittelt mit Hilfe geeigneter (nicht gezeigter) Sensoren die Fahrgeschwindigkeit v, die Längsbeschleunigung a_x und die Querbeschleunigung a_y. Aber auch die Ermittlung zusätzlicher das längs- oder querdyna mische Verhalten beeinflussende Größen ist denkbar. Der Tra jektorienplanungseinrichtung 12 werden neben diesen von der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26 erfaßten Werten auch die von der Lageerkennungseinrichtung 10 ermittelte Breite B der eigenen Momentanfahrspur und die Breite Br der rechts neben der Momentanspur befindlichen Nachbarspuren und die Breite Bl der links neben der Momentanspur befindlichen Nachbarspuren zuge führt. Die Fahrspurbreiten werden in dem beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel über ein in der Lageerkennungseinrichtung 10 im plementiertes Bildverarbeitungssystem bestimmt. Wenn durch das Bildverarbeitungssystem neben der Momentanspur keine Nachbarspur ermittelt wird, wird der Trajektorienplanungseinrichtung 12 auch kein Signal Br oder Bl geliefert, so daß keine Über gangsbahnkurve berechnet wird. Ein Fahrspurwechsel ist in die sem Fall nicht ausführbar.

Alternativ zu der oben beschriebenen Lageerkennungseinrichtung mit Videokamera und nachgeschalteter Bildverarbeitung kann auch eine Lageerkennungseinrichtung verwendet werden, welche auf der Basis eines Magnetfeldsensorsystems und von in die Fahrbahn ein gebrachten elektrischen Leitern oder in die Fahrbahn eingebrach ten Magnetnägeln die Fahrzeugposition bestimmt.

Die Lageerkennungseinrichtung kann auch globale GPS- Informationen verwenden, welche über Satelliten zur Verfügung gestellt werden. Hierzu kann die Lageerkennungseinrichtung 10 ein kartenbasiertes, satellitengestütztes GPS-System (Global- Positioning-System), das zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage von Ziel spuren ausgebildet ist, aufweisen. Die Position sollte im Zen timeterbereich genau bestimmbar sein, wie dies beispielsweise durch bekannte Differential-GPS-Systeme möglich ist.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein Übergangsbahnkurvenverlauf für einen Fahrspurwechsel nach links dargestellt, wie er von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmt wird. Falls fahrer seitig kein Spurwechsel angefordert wird, liefert die Trajekt orienplanungseinrichtung 12 das Versatzsignal y_soll = y₀. Dies ist der laterale Versatz auf den das System vor der fahrersei tigen Anforderung eines Spurwechsels regelt. Der laterale Ver satz y₀ kann beispielsweise den Abstand von der Fahrspurmitte beim Einschalten des Systems darstellen, wobei dann als Refe renzlinie beispielsweise die Fahrspurmitte verwendet wird. So fern also kein Spurwechsel angefordert wird, regelt das System auf diesen Offset y₀. Wird ein Spurwechsel angefordert, so be stimmt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 eine Übergangs bahnkurve für das Fahrzeug.

Die von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 bestimmte Über gangsbahnkurve ist gekennzeichnet durch eine sigmoide (S- förmige) Funktion y_soll = f(x) mit einem Zieloffset y_D und einer Übergangslänge D.

Eine vorteilhafte Realisierung besteht darin, die Übergangs bahnkurve als ein Polynom dritter Ordnung anzugeben. Damit er gibt sich:

y_soll = f(x) = a₃ . x³ + a₂ . x² + a₁ . x + a₀.

Die x-Richtung des in Fig. 2 dargestellten Koordinatensystems fällt mit der Tangente der Fahrbahn (bzw. Referenzline) zu sammmen. Zum Zeitpunkt t = t₀, an dem der Spurwechsel angefordert wird, sind somit die Koordinaten des Fahrzeugs in Form (0, y(t₀)) bzw. (0, y₀) gegeben. Für einen Spurwechsel nach links ergibt sich als Zieloffset:

y_D = y₀ + (B + B_L)/2.

Entsprechend ergibt sich für einen Spurwechsel nach rechts als Zieloffset:

y_D = y₀ - (B + B_R)/2.

Wenn sich ein Fahrzeug oder ein Objekt in der Fahrspur befin det, kann zusätzlich der Zieloffset Y_D eine Funktion der Fahr zeug- bzw. Objektbreite sein, insbesondere wenn das Fahrzeug bzw. Objekt über die Fahrspurbegrenzungen herausragt oder diese teilweise überschreitet, so daß die volle Breite Br oder Bl der Zielspuren nicht zur Verfügung steht.

Für die Festlegung der noch unbekannten Parameter a₃, a₂, a₁, a₀ werden folgende Bedingungen aufgestellt:

f(0) = y₀ (Gleichung 1)

Die in Gleichung 4 aufgestellte Bedingung bedeutet, daß die Übergangsbahnkurve so bestimmt wird, daß am Ende des Spurwech sels die Tangente der Übergangsbahnkurve gleich der Tangente der Fahrspur ist.

Ein wesentlicher Aspekt für einen komfortablen Spurwechsel ist bei der Bestimmung der Fahrzeugsollbahn, daß der Anfangsgier winkelfehler

Δψ₀ = Δψ(x = 0) = Δψ(t₀)

beträgt, d. h. der Winkel zwischen der Tangente der Fahrspur und der Fahrzeuglängsachse berücksichtigt wird, welcher durch die Lageerkennungseinrichtung 10 aber auch die Überwachungseinrich tung 20 ermittelt werden kann. Dies wird im diesem Beispiel über die Gleichung 2 berücksichtigt.

Durch Lösen des Gleichungssystems, bestehend aus den Gleichungen 1 bis 4, ergeben sich für die Parameter a₃, a₂, a₁, a₀:

Mit den über die Gleichungen 5 bis 8 bestimmten Parametern a₃, a₂, a₁, a₀ ist die Fahrzeugsollbahn abhängig von der Übergangs länge D. Mit der Festlegung der Übergangslänge D kann das quer dynamische Fahrverhalten berücksichtigt werden.

Beispielsweise kann gefordert werden, daß während des ganzen Spurwechsels eine vorgebbare, maximale Querbeschleunigung ay_max nicht überschritten wird. Dies bedeutet, daß die Bedingung

erfüllt werden muß.

Die zweite Ableitung der Funktion f(x) nach der Zeit t liefert

Mit den vereinfachenden Annahmen, daß die Fahrzeuglängsge schwindigkeit v_x näherungweise gleich der Fahrgeschwindigkeit v ist und daß die Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x vernachlässigt werden kann, d. h. daß also gilt:

= v_x ≈ v,

= a_x ≈ 0

ergibt sich für die zweite Ableitung der Funktion f(x) nach der Zeit t:

g(x) = (x) = v . (6a₃ . x¹ + 2a₂).

Mit der zusätzlichen Voraussetzung, daß näherungsweise

D . tan(Δψ₀) <<|y_D - y₀

gilt, ergibt sich für

Somit führt die Forderung nach der vorgebbaren, maximalen Quer beschleunigung ay_max zu der Bedingung:

Diese Gleichung kann nach der gesuchten Übergangslänge D aufge löst werden, und es ergibt sich im vereinfachten Fall:

Allgemein ist, wenn man die Vereinfachung = a_x ≈ 0 nicht macht, die Übergangslänge D zusätzlich abhängig von der aktuellen Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x, das heißt, es gilt:

D = h(ay_max, y₀, y_D, v, a_x).

Somit ist die Bestimmung der Fahrzeugsollbahn wenigstens von einer der Größen Fahrgeschwindigkeit und/oder Fahrzeugbeschleu nigung abhängig.

Bei der vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung erfolgt die Aufforderung für einen Spurwechsel vom Fahrer über das Bedienelement 1.

Falls ein vorausfahrendes Fahrzeug im Abstand d vorhanden ist, überprüft die Trajektorienplanungseinrichtung 12 zunächst, ob überhaupt genügend Raum für die Durchführung des Spurwechsels vorhanden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Spurwechsel nur dann wirklich ausgeführt wird, wenn die Be dingung

D = h(ay_max, y₀, y_D, v, a_x) ≦ d

erfüllt ist. Dem Fahrer kann beispielsweise auf einer (in Fig. 7 gezeigten) optischen Anzeigeeinheit 34 mitgeteilt werden, ob ein Spurwechsel durchgeführt werden kann oder nicht. Falls vom Fahrer ein Spurwechsel angefordert wird, der jedoch nicht durchgeführt werden kann, kann zusätzlich eine akustische War nung ausgegeben werden.

In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes dar gestellt, bei der neben der Beeinflussung der Fahrzeugquerfüh rung auch eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsführung erfolgt.

Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugs zeichen der Fig. 3, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen, die bereits in Fig. 1 verwendet werden, bezeichnen gleiche Komponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 umfaßt zusätzlich zu der Aktivie rungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26, der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungsein richtung 10, der Querführungseinrichtung 14 und der elektroni schen Lenkwinkelstelleinrichtung 18 eine Überwachungseinrich tung 20, eine Längsregeleinrichtung 24, eine Antriebsstrang stelleinheit 25 und eine Bremsanlagen-Stelleinheit 27.

Die Überwachungseinrichtung 20 dient zur Ermittlung von auf der Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffen den Verkehrsinformationen Z, welche an die Trajektorienplanungs einrichtung 12 abgegeben werden und die Berechnung der Übergangsbahnkurve y_soll beeinflussen. Die Verkehrsinformationen (Z) beeinhalten unter anderem den vektoriellen Abstand zum er faßten Objekt und die Breite und Länge des Objekts. Insbesonde re der Abstand zum und die Breite des Objekts wird für die Be rechnung der Übergangsbahnkurve y_soll ausgenutzt.

Die Überwachungseinrichtung 20 umfaßt gemäß der in Fig. 3 ge zeigten Ausführungsform eine Kameraanordnung mit einer zugeord neten Bildverarbeitungseinrichtung. Diese dient zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung der Breite und Länge der Objekte.

Darüber hinaus kann die Überwachungseinrichtung 20 ähnlich wie die Lageerkennungseinrichtung 10 ein kartenbasiertes, satelli tengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen, das zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahr zeug ausgebildet ist. Hierbei ist es notwendig, daß die Objekte bzw. Fahrzeuge ein satellitengestütztes GPS-System (Global- Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunikation zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.

Die Überwachungseinrichtung 20 kann alternativ oder in Ergän zung zum Bildverarbeitungssystem eine Abstandsbestimmungsein richtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweisen.

Mit der Vorrichtung gemäß der Fig. 3 braucht der Fahrer die Fahrspuren nicht mehr selber zu überwachen. Die Fahrspurüberwa chung übernimmt in dieser Ausführungsform die Überwachungsein heit 20. Diese erzeugt beispielsweise ein Abstandssignal Z, das wenigstens eine vektorielle Abstandsinformation von allen sich auf der eigenen Fahrspur und den Nachbarfahrspuren befindlichen Fahrzeugen und Objekten darstellt. Darüber hinaus kann das Si gnal Z auch Informationen über die relative Geschwindigkeit zu den auf der eigenen Fahrspur und den Nachbarfahrspuren befind lichen Fahrzeugen und Objekten enthalten. Bei vorhandenen Ob jekten, welche ein Hindernis in der Fahrspur darstellen, ist im Signal Z neben der Lage des Objektes auch die Größe des Objek tes als Information enthalten.

Falls nun von der Überwachungseinrichtung 20 ein vorausfahren des Fahrzeug im Abstand d ermittelt wird, überprüft die Tra jektorienplanungseinrichtung 12 zunächst, ob überhaupt genügend Raum für die Durchführung des Spurwechsels vorhanden ist. Dies kann, wie oben beschrieben, beispielsweise wieder über die Be dingung

D = h(ay_max, y₀, y_D, v, a_x) ≦ d

erfolgen.

Falls jedoch die obige Bedingung nicht erfüllt ist, d. h. falls

D = h(ay_max, y₀, y_D, v, a_x) < d

ist, gibt die Trajektorienplanungseinrichtung 12 an die Längs regeleinrichtung 24 ein Längsregelsignal d_soll_spw zur Beein flussung des längsdynamischen Fahrverhaltens ab.

Der für den Spurwechsel erforderliche Raum kann beispielsweise dadurch geschaffen werden, daß ein vorgegebener Soll-Abstand d_soll_spw von der Längsregeleinrichtung 24 eingeregelt wird.

Die Antriebsstrangstelleinheit 25 erhält zur Ansteuerung des (nicht gezeigten) Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs von der Längsregeleinrichtung 24 ein Antriebsstrang-Stellsignal U_a. Entsprechend bekommt die Bremsanlagenstelleinheit 27 von der Längsregeleinrichtung 24 ein Bremsanlagen-Stellsignal U_b.

Falls kein Spurwechsel angefordert wird, erfolgt in der Längs regeleinrichtung 24 im Zusammenspiel mit der in der Überwa chungseinrichtung 20 vorhandenen Abstandssensorik eine Abstandsregelung, wie sie von herkömmlichen Abstandregelsystemen her bekannt ist.

In Fig. 4 ist schematisch noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockschaltbil des dargestellt, welche die Durchführung eines vollautomati sierten Fahrspurwechsel ermöglicht.

Im folgenden werden nur diejenigen Komponenten der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung beschrieben, welche sich von der in Fig. 3 gezeigten Ausführung unterscheiden. Diejenigen Bezugs zeichen der Fig. 4, welche mit Bezugszeichen übereinstimmen, die bereits in Fig. 3 verwendet werden, bezeichen gleiche Kom ponenten, die nicht nochmals beschrieben werden.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 umfaßt zusätzlich zu der Aktivie rungseinrichtung 16, der Fahrzustandsermittlungseinrichtung 26, der Trajektorienplanungseinrichtung 12, der Lageerkennungsein richtung 10, der Querführungseinrichtung 14, der elektronischen Lenkwinkelstelleinrichtung 18, der Überwachungseinrichtung 20, der Längsregeleinrichtung 24, der Antriebsstrangstelleinheit 25 und der Bremsanlagen-Stelleinheit 27 eine Entscheidereinheit 22.

Die Aktivierungseinrichtung 16 zum Auslösen des Fahrspurwech sels ist mit der Entscheidereinheit 22 verbunden. Der Fahrer kann an der Aktivierungseinrichtung 16 eine gewünschte Fahrge schwindigkeit v_set nach Art einer Tempomateinstellung vorge ben. Dieses Signal v_set wird an die Entscheidereinheit 22 abge geben. Es kann eine (nicht gezeigte) Tempomateinrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen sein.

Die Entscheidereinheit 22 ist mit der Überwachungseinrichtung 20 verbunden und bestimmt aufgrund der von der Überwachungsein richtung 20 zugeführten Verkehrsinformationen Z ein Aktivie rungssignal Sr, Sl zum Spurwechsel bzw. zum Ausweichen vor ei nem in der Fahrbahn befindlichen Hindernis und übermittelt dieses an die Trajektorienplanungseinrichtung 12. Das zumindest auch einen vektoriellen Abstandswert zu einem erfaßten Objekt umfassende Verkehrsinformationssignal Z wird ebenfalls an die Trajektorienplanungseinrichtung 12 abgegeben, denn der ermit telte Abstand beeinflußt den Verlauf der zu berechnenden Über gangsbahnkurve y_soll.

Wenn die Überwachungseinrichtung 20 keine spurwechselverhin dernde Verkehrsinformationen Z, also kein Objekt, das den Spur wechselvorgang stören könnte, ermittelt, gibt die Entschei dereinheit 22 ein Spurwechel-Auslösesignal Sr oder Sl an die Trajektorienplanungseinheit 12 zum Erzeugen eines Übergangs bahnkurvensignals y_soll für einen Spurwechsel von der Moment anspur auf eine Zielspur ab.

Nachfolgend soll kurz ein Beispiel für einen aus Spurwechseln zusammengesetzten Überholvorgang beschrieben werden:

Der Fahrer aktiviert über die Aktivierungseinrichtung 16 einmal das Spurwechselsystem und gibt eine Wunschgeschwindigkeit v_set vor. Das System führt das Fahrzeug, wie bereits zu Fig. 1 er klärt, mit Hilfe der Lageerkennungseinrichtung 10, der Trajekt orienplanungseinrichtung 12, der Querführungseinrichtung 14 und der Lenkwinkelstelleinrichtung 18 selbständig quergeregelt mit der Wunschgeschwindigkeit v_set entlang der Momentanspur.

Sobald die Überwachungseinrichtung 20 in der Momentanspur ein vorausfahrendes Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit unter der Wunschgeschwindigkeit v_set liegt, oder ein stehendes Hindernis ermittelt, werden die weiteren Verkehrsinformationen Z verar beitet, die an die Trajektorienplanungseinheit 12 abgegeben werden. Es wird zum Beispiel der Abstand zu bzw. das Vorhanden sein von weiteren Objekten hinter dem Fahrzeug oder auf der Überholspur ermittelt. Die Lagererkennungseinrichtung 10 ermit telt die Spurbreiten Br und Bl der Zielspuren rechts bzw. links der Momentanspur und gibt diese an die Trajektorienplanungsein heit 12 ab.

Die Entscheidereinheit 22 wertet die Verkehrsinformationen Z aus, und "entscheidet" daraufhin, ob ein Spurwechsel in eine "freie" Zielspur vorgenommen werden kann. Dementsprechend gibt die Entscheidereinheit 22 beispielsweise ein Aktivierungssignal Sl an die Trajektorienplanungseinheit 12 aus, wenn ein Spur wechsel in die linke Überholspur vorgenommen werden soll. Die Trajektorienplanungseinheit 12 berechnet eine Übergangsbahnkur ve y_soll und gibt ein entsprechendes Längsregelsignal d_soll_spw an die Längsregeleinrichtung 24 ab, um beispielswei se das Fahrzeug aufgrund der Verkehrslage abzubremsen und einen bestimmten Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu halten. Dies geschieht durch Abgabe eines von der Längsregeleinrichtung 24 erzeugten Verzögerungssignals U_b an die Bremsanlagenstellein heit.

Das System führt daraufhin den Spurwechsel auf die linke Über holspur durch, welche zur neuen Momentanspur wird. Die Überwa chungseinrichtung 20 ermittelt dabei die Breite des vorausfah renden Fahrzeugs, welche für die Bestimmung des Zieloffsets y_D notwendig sind, und beim Passieren die Länge des vorausfahren den Fahrzeugs. Um wieder in die ursprüngliche Fahrspur vor dem Spurwechsel zurückzugelangen, führt das System einen entspre chend des vorstehend beschrieben Vorgehens auszuführenden Spur wechsel nach rechts durch.

Das System ermöglicht also einen automatischen Spurwechsel, ein automatisches Überholen aber auch ein automatisches Ausweichen vor Hindernissen. Der Fahrer gibt eine Wunschgeschwindigkeit v_set vor, und das System entlastet ihn von weiteren Fahraktio nen. Es lassen sich dabei verkehrsgesetzgebungsbedingte Ent scheidungsmuster in der Entscheidereinheit 22 hinterlegen, etwa die Vorschrift, daß auf deutschen Autobahnen links überholt wird, wenn nicht eine bestimmte Geschwindigkeit unterschritten ist.

Wenn die Überwachungseinrichtung 20 während eines Fahrspurwech sels spurwechselhindernde Verkehrsinformationen Z ermittelt, wie beispielsweise auftretende Hindernisse in der Zielspur, dann gibt die Entscheidereinheit 22 ein Spurwechel- Abbruchsignal an die Trajektorienplanungseinheit 12 zum Abbre chen eines aktiven Spurwechselvorgangs und zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals y_soll für einen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels ab. Das Abbruchsignal für einen Spurwechsel auf eine linke Zielspur ist dabei das Ak tivierungssignal Sr für einen Spurwechsel auf eine rechte Ziel spur.

Die Trajektorienplanungseinheit 12 kann eine (nicht gezeigte) Speichereinrichtung für Übergangsbahnkurven aufweisen. Für den Fall eines Abbruchs des Spurwechsels liegen somit die notwendi gen Daten vor, die eine Rückführung auf die ursprüngliche Fahr spur vor dem Spurwechsel ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 wird nachfolgend ein Ausfüh rungsbeispiel einer Bedieneinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels beschrie ben. Die Bedieneinrichtung kann dabei Teil der in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Aktivierungseinrichtung 16 sein.

In Fig. 5 ist ein Bedienelement 39 zur Aktivierung bzw. Deak tivierung der Querführungseinrichtung 14 zur Durchführung einer selbsttätigen Fahrzeugquerführung längs einer Fahrspur, ein Be dienelement 38 zur Fahrtrichtungsanzeige (üblicherweise als Blinker bezeichnet), ein Multifunktionslenkrad 40, Bedienele mente 30a, 30b zur Aktivierung bzw. Auslösung eines Fahrspur wechsels nach links bzw. rechts sowie eine Zentraleinheit 42 gezeigt.

Die Verwendung von separaten Bedienelementen zu Fahrtrichtungs anzeige und zur Auslösung des Fahrspurwechsels hat den Vorteil, daß der Fahrer mit dem Bedienelement zur Fahrtrichtungsanzeige wie gewohnt zunächst die Absicht des Spurwechsels den übrigen Verkehrsteilnehmern mitteilen kann und erst dann, nachdem er oder die Entscheidereinheit überprüft hat, ob die für den Spur wechsel benötigte Nachbarspur frei ist, mittels der Auslöse- Bedieneinheit den automatisierten Fahrspurwechsel auslöst. Dies schafft für den Fahrer klare Verhältnisse für die Bedienung.

Die Zentraleinheit 42 umfaßt unter anderem die die Fahrposition relativ zur Fahrspur erkennende Lageerkennungseinrichtung 10, die Trajektorienplanungseinrichtung 12, die Querführungsein richtung 14 und die elektronische Lenkwinkelstelleinrichtung 18 gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1, 3 oder 4.

Zum Auslösen eines Fahrspurwechsels ist ein manuell betätigba res Auslöse-Bedienelement 30a zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betä tigbares Auslöse-Bedienelement 30b zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur vorgesehen.

Über die als zwei Tasten eines Multifunktionslenkrades ausge bildeten Bedienelemente 30a und 30b erzeugt der Fahrer ein Ak tivierungs- bzw. Deaktivierungssignal S_AKT, mit dem ein automa tisierter Fahrspurwechsel ausgelöst bzw. abgebrochen werden kann.

Diese Bedienfunktion läßt sich alternativ mit einem einzigen Bedienhebel mit gegensätzlichen Bedienrichtungen für den Spur wechsel nach rechts bzw. links realisieren.

Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Hier sind die Bedienelemente 32a, 32b als Tasten auf einem das übliche Lenkrad ersetzenden Side Stick-Hebel 44 ausgebildet.

Erfolgt beispielsweise die Auslösung des Fahrspurwechsels nach links mit Hilfe des Drucks auf die Taste 30a am Multifunktions lenkrad 40 gemäß Fig. 5 oder 32a am Side Stick-Hebel 44 gemäß Fig. 6, so wird ein weiteres Betätigen derselben Taste bis zum Ende des Spurwechsels ignoriert, um das Aktivieren mehrfacher Spurwechsel in unmittelbarer Folge auszuschließen. Erst nach vollständigem Abschluß des eingeleiteten Spurwechsels kann ein weiterer Spurwechsel in dieselbe Richtung (d. h. in diesem Bei spiel nach links) über dieselbe Taste aktiviert werden.

Während eines automatisierten Fahrspurwechsels kann jedoch durch Betätigen des Bedienhebels in gegensätzlicher Bedienrich tung bzw. durch Drücken der gegensätzlichen Bedientaste der ak tuelle Spurwechsel automatisiert abgebrochen (deaktiviert) wer den, und das Kraftfahrzeug fährt automatisch gemäß einer von der Trajektorienplanungseinrichtung 12 berechneten Übergangskurve in die Fahrspur zurück, aus welcher der Spurwechsel aktiviert wurde.

Alternativ kann zusätzlich ein (nicht gezeigter) griffgünstig plazierter Notschalter vorgesehen sein, der vom Fahrer im Not fall betätigt werden kann. Bei Betätigung des Notschalters wird der Spurwechsel sofort abgebrochen, und der Fahrer erhält die volle Kontrolle über das Fahrzeug wieder zurück. Natürlich ist in diesem Notfall auch die Lenkeinrichtung durch den Fahrer in gewohnter Weise bedienbar. Die Notschalterfunktion kann auch beispielsweise mit dem Brems- oder Fahrpedal gekoppelt sein, so daß der Spurwechsel bei plötzlichem Bremsen oder Gasgeben durch den Fahrer abgebrochen wird. Auch der Abbruch des Spurwechsels durch aktiven, fahrerseitigen Lenkeingriff ist denkbar.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild noch eines wei teren Ausführungsbeispiels einer Bedieneinrichtung für die er findungsgemäße Vorrichtung, bei der die erweiterte Zentralein heit 46 neben der Zentraleinheit 42 gemäß Fig. 5 zusätzlich eine Überwachungseinheit 20 und eine Anzeigeeinheit 34 besitzt. Hier muß der Fahrer die Nachbarfahrspuren nicht mehr selbst überwachen. Die Überwachung der Nachbarspuren erfolgt durch die Überwachungseinheit 20. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von am Fahrzeug angebrachten Videokameras und einem geeigneten Bildverarbeitungssystem realisiert sein. Die Fahrspurüberwa chungseinheit 20 erzeugt ein Signal S_SPW, das angibt, ob ein automatisierter Spurwechsel aufgrund der Belegungssituation be nachbarter Fahrspuren möglich ist oder nicht.

Die Anzeigeeinheit 34 zeigt dem Fahrer an, ob das Gesamtsystem für einen automatisierten Spurwechsel bereit ist oder nicht. Neben einer freien Nachbarfahrspur muß hierfür sowohl die Lage erkennungseinrichtung 10 als auch die elektronische Lenkwin kelstelleinrichtung 18 bereit sein. Dieser Bereitschaftszustand wird mit dem Signal SBZ an die Anzeigeeinheit 34 übermittelt. Die Anzeigeeinheit 34 enthält ein Anzeigeelement 20a, das dem Fahrer anzeigt, ob ein automatisierter Fahrspurwechsel nach links möglich ist. Entsprechend wird mit dem Anzeigeelement 10b dem Fahrer angezeigt, ob ein automatisierter Fahrspurwechsel nach rechts möglich ist.

Weiterhin ist die Möglichkeit vorgesehen, daß der Fahrer mit Hilfe eines weiteren Bedienelements 36 ein Signal S_LQ an die erweiterte Zentraleinheit 46 übermittelt, mit dem fahrerseitig das querdynamische Verhalten des Fahrzeuges beim automatisier ten Fahrspurwechsel vorgeben bzw. beeinflussen werden kann. Das Bedienelement 36 kann beispielsweise als ein Drehpotentiometer ausgebildet sein.

Sämtliche in den Anmeldeunterlagen genannten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination nicht vorbekannt sind.

Bezugszeichenliste

10

Lageerkennungseinrichtung

12

Trajektorienplanungseinrichtung

14

Querführungseinrichtung

16

Aktivierungseinrichtung (manuell - Entscheider)

18

Lenkwinkelstelleinrichtung

20

Überwachungseinheit

22

Entscheidereinheit

24

Längsregeleinrichtung

25

Antriebsstrangstelleinheit

26

Fahrzustandermittlungseinrichtung

27

Bremsanlagenstelleinheit

30

a,

30

b Auslöse-Bedienelemente

32

a,

32

b Auslöse-Bedienelemente

34

Anzeigeeinheit

34

a,

34

b Anzeigeelemente

36

Bedienungselement für längsdynamische Beeinflussung

38

Blinkerhebel

39

Bedienelement für Fahrzeugquerführung

40

Multifunktionslenkrad

42

Zentraleinheit

44

Side Stick-Hebel

46

erweiterte Zentraleinheit
B Breite der eigenen Fahrspur
Bl Breite der linken Nachbarspur
Br Breite der rechten Nachbarspur
S_AKT

Aktivierungs-/Deaktivierungssignal
S_BZ

Signal Bereitschaftszustand
Sl Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach links
S_LQ

Signal Längs-/Querbeeinflussung
Sr Aktivierungssignal für Fahrspurwechsel nach rechts
S_SPW

Signal Spurwechsel aktuell
v Fahrgeschwindigkeit

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug mit
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von Positi onsinformationen (y, B) des Fahrzeugs relativ zu einer Moment anspur und von die Lage benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Positions- und Fahrspurinformationen (y, B; Br, Bl) ab hängigen Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspur wechsel,
einer den Fahrzeuglenkwinkel beeinflussenden Querführungsein richtung (14) zur Querführung des Fahrzeugs entlang der Moment anspur und zum Wechseln des Fahrzeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll), und
einer Aktivierungseinrichtung (16; 20, 22) zum Auslösen eines Fahrspurwechsels.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinrichtung (12) das Übergangsbahn kurvensignal (y_soll) an die Querführungseinrichtung (14) ab gibt, welche ein entsprechendes Lenkwinkelstellsignal (δ_soll) an eine den Fahrzeuglenkwinkel einstellende Lenkwinkelstellein richtung (18) des Kraftfahrzeugs abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (20) zur Ermittlung von auf der Momentanspur oder den Zielspuren befindliche Objekte betreffen de Verkehrsinformationen (Z), die an die Trajektorienplanungs einrichtung (12) abgegeben werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwa chungseinrichtung (20) eine Kameraanordnung mit einer zugeord neten Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Er mittlung der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzu geordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren relativ zum Kraftfahrzeug und zur Ermittlung zumin dest der Breite und Länge der Objekte ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerkennungseinrichtung (10) und/oder die Überwa chungseinrichtung (20) ein kartenbasiertes, satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System), das zur Ermittlung der Lage des Fahrzeugs relativ zur Momentanspur bzw. zur Ermittlung der Lage von Zielspuren und zur Ermittlung der spurzugeordneten Lage von Objekten in der Momentanspur und in den Zielspuren re lativ zum Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei die Objekte ein satellitengestütztes GPS-System (Global-Positioning-System) aufweisen und zwischen den Objekten und dem Kraftfahrzeug eine Kommunikation zum Austausch von GPS-Daten eingerichtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (20) eine Abstandsbestimmungs einrichtung mit Radarsensoren oder dergleichen Abstandssensoren aufweist und die Verkehrsinformationen (Z) zumindest einen Ab standswert zu erfaßten Objekten umfassen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aktivierungseinrichtung zum Auslösen des Fahrspurwech sels eine mit der Überwachungseinrichtung (20) zusammenwirkende Entscheidereinheit (22) umfaßt, die ausgebildet ist, ein Spurwechel-Auslösesignal (Sr, Sl) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Spurwechsel von der Momentanspur auf eine Zielspur abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) keine spurwechselverhindernden Verkehrsinformationen (Z) ermittelt, oder ein Spurwechsel-Abbruchsignal (Sl, Sr) an die Trajektorienpla nungseinheit (12) zum Abbrechen eines aktiven Spurwechselvor gangs und zum Erzeugen eines Übergangsbahnkurvensignals (y_soll) für einen Wechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahrspurwechsels abzugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (20) während eines Fahrspurwechsels spurwechselhindernde Ver kehrsinformationen (Z) ermittelt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) ein zumindest von den Verkehrsinformationen (Z) abhängiges Längsregelungssignal (d_soll_spw) an eine das längsdynamische Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussende Fahrzeug-Längsregeleinrichtung (24) abgibt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) eine im wesentlichen S-förmige Übergangsbahnkurve (y_soll) berechnet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangente der Übergangsbahnkurve (y_soll) am Ende des Spurwechsels gleich der von der Lageerkennungseinrichtung (10) oder der Überwachungseinrichtung (20) ermittelten Tangente der Fahrspur ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) mit einer Fahrzu stands-Ermittlungseinrichtung (26) verbunden ist, welche zumin dest die die Berechnung der Übergangsbahnkurve (y_soll) beein flussenden Größen Fahrgeschwindigkeit (v), Fahrzeuglängsbe schleunigung (a_x), Fahrzeugquerbeschleunigung (a_y) oder der gleichen das längs- oder querdynamische Fahrverhalten beein flussende Größen ermittelt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung (16) zum Auslösen eines Fahr spurwechsels ein manuell betätigbares Auslöse-Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und ein manuell betätigbares Auslöse- Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur aufweist.

13. Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrspurwechsels durch ein Kraftfahrzeug mit
einer Führungseinrichtung (14, 18) zur automatischen Querfüh rung des Fahrzeugs entlang der Momentanspur,
einer Lageerkennungseinrichtung (10) zur Ermittlung von die La ge benachbarter Zielspuren betreffenden Fahrspurinformationen (Br, Bl),
einer Trajektorienplanungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines von den Fahrspurinformationen (Br, Bl) abhängigen Übergangs bahnkurvensignals (y_soll) für den Fahrspurwechsel,
einer Lenkwinkelstelleinrichtung (18) zum Wechseln des Fahr zeugs von der Momentanspur auf eine Zielspur, entsprechend dem Übergangsbahnkurvensignal (y_soll),
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und
einem manuell betätigbaren Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trajektorienplanungseinheit (12) mit einem fahrerseitig betätigbaren Fahrspurwechsel-Abbruchelement verbunden ist, um einen Fahrspurwechsel zurück zur Fahrspur zu Beginn des Fahr spurwechsels durchzuführen, wenn das Abbruchelement während ei nes Fahrspurwechsels betätigt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbruchelement bei einem auf die rechte Zielspur ausge führten Fahrspurwechsel das manuell betätigbare Auslöse- Bedienelement (30a, 32a) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine linke Zielspur und bei einem auf die linke Zielspur ausgeführten Fahrspurwechsel das manuell betä tigbare Auslöse-Bedienelement (30b, 32b) zum fahrerseitigen Auslösen eines Fahrspurwechsels auf eine rechte Zielspur um faßt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (34), die mit der Überwachungseinrich tung (20) zur Anzeige der ermittelten Verkehrsinformationen (Z) und/oder der Möglichkeit eines Spurwechsels aufgrund der Ver kehrsinformationen (Z) und mit der Trajektorienplanungseinheit (12) zur Anzeige der aktuellen Durchführung eines Fahrspurwech sels verbunden ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (36) zur fahrerseitigen Beeinflussung des quer- und/oder längsdynamischen Verhaltens.