DE10017279A1 - System zur automatischen Folgeführung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
System zur automatischen Folgeführung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Folgeführung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, eines Kraftfahrzeugs (1), um so den Fahrer in Stausituationen sowohl durch die Übernahme der Querführung mittels einer automatischen Lenkungsregelung als auch durch Einhalten einer bestimmten Distanz zu einem Führungsfahrzeug zu entlasten. Die zuletzt genannte Funktion benötigt eine adaptive Fahr- und Bremsregelung mit "Stop"- und "Go"-Funktion. Erfindungsgemäß sind Auswahl- und Entscheidungsmittel (5, 6, 7, 8, 9) vorgesehen, die eine Auswahl von Regelparametern als auch von Reglertypen treffen, z. B. Folgeführung des Kraftfahrzeugs (1) nach mittels einer Videokamera erkannten Fahrbahnmarkierungen oder nach einem erkannten Führungsfahrzeug. Das System ist in Hierarchiestufen I-IV gegliedert, wobei sich der Fahrer stets in dem der obersten Hierarchiestufe IV zugeordneten Überwachungs- und Adaptionskreis befindet, so dass er die höchste Priorität hat und das System jederzeit übersteuern kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Folgefüh
rung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, eines
Kraftfahrzeugs, welches
- - eine elektronische Fahr-, Brems- und Lenkungssteue rung/Regelung,
- - eine mit einer Videokamera und nachgeschalteter Bildauswertung ausgerüstete Umgebungsbilderfassungseinheit, die Signale er zeugt, die der elektronischen Fahr-, Brems- und Lenkungssteue rung wenigstens zur automatischen Führung längs einer markier ten Fahrspur eingebbar sind, und/oder
- - eine Umgebungserfassungseinheit, die aufgrund detektierter Re flexionen von ausgesandter elektromagnetischer Strahlung ar beitet, sowie
- - eine Abstands- und Relativgeschwindigkeitserfassungseinheit aufweist, die einen Abstand und eine Relativgeschwindigkeit zu einem aufgrund der von der Umgebungsbilderfassungseinheit er zeugten Signale auswählbaren Führungsfahrzeug erfaßt und je weils ein entsprechendes Abstands- und Relativgeschwindig keitserfassungssignal erzeugt.
Ein ähnliches System ist im US-Patent 5 684 697 beschrieben. Bei
dem bekannten System werden die von der Videokamera gelieferten
Bildrahmen digitalisiert und von einem Computer verarbeitet, der
die Lenkung, Beschleunigung, Verlangsamung und Bremsung des
Fahrzeugs innerhalb bestimmter Kriterien automatisch steuert
oder regelt. Die automatische Lenkung des Fahrzeugs beruht auf
der Bilderfassung von streifenförmigen Fahrbahnmarkierungen,
während die automatische Geschwindigkeitssteuerung- oder rege
lung auf der Erfassung des Orts eines Führungsfahrzeugs inner
halb der markierten Fahrspur beruht.
Dagegen verwendet ein weiteres, aus dem US-Patent 5 572 449 be
kanntes System Geschwindigkeitssignale, die einerseits von dem
zu steuernden Fahrzeug und andererseits von einem voranfahrenden
Führungsfahrzeug erfaßt und über ein Kommunikationssystem ausge
tauscht werden, um die Relativgeschwindigkeit zwischen den bei
den Fahrzeugen zu ermitteln und Steuersignale zu erzeugen, die
die Geschwindigkeit und damit eine sichere Folgedistanz des
nachkommenden Fahrzeugs zum Führungsfahrzeug stabilisieren und
außerdem die Lenkung so steuern, dass das nachkommende Fahrzeug
dem voranfahrenden folgen kann. Nachteilig ist hier, dass alle
in Kolonne fahrenden Fahrzeuge mit demselben System ausgerüstet
sein müssen.
Ein weiteres aus dem US-Patent 5 245 422 bekanntes System ver
wendet ähnlich wie bei dem US -Patent 5 684 697 eine Videokamera
und die von einem Bildprozessor verarbeiteten Bilder derselben,
um die Fahrbahnmarkierungen der Straße sowie die Position des
Fahrzeugs relativ dazu zu bestimmen. Das gemeinsame Eingreifen
eines Fahrregelschalters und eines Lenkregelschalters werden er
kannt und dazu benutzt, die Verarbeitung der Bilddaten und eine
automatische Lenkung des Fahrzeugs zu initiieren. Die automati
sche Einhaltung eines gegebenen Abstands zu einem voranfahrendem
Führungsfahrzeug ist in dem obigen US-Patent 5 245 422 dagegen
nicht beschrieben.
In Stausituationen tritt häufig der Fall ein, dass in einer Ko
lonne ein Fahrzeug hinter dem anderen mit niedriger Geschwindig
keit, z. B. unter 20 km/h in derselben Fahrspur fährt. In sol
chen Situationen ist die Aufmerksamkeit des Fahrers hauptsäch
lich darauf gerichtet, einen bestimmten Abstand zum Vordermann
einzuhalten, um bei plötzlichen Bremsmanövern einen ausreichen
den Bremsweg zur Verfügung zu haben. Die Lenkung des Fahrzeugs
macht bei solchen kleinen Geschwindigkeiten und stetigen Fahr
zeugbePzegungen allenfalls kleine Korrekturen an dem Lenkrad er
forderlich. Diese Fahrsituationen führen, wenn sie über einen
längeren Zeitraum andauern, häufig zu einer Ermüdung oder Ablen
kung des Fahrers, da sie nur einen kleinen Teil seiner Aufmerk
samkeit beanspruchen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zur automatischen Fol
geführung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, ei
nes Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, welches den Fahrer in be
stimmten Situationen, beispielsweise in Stausituationen, durch
die Übernahme der Querführung und der Abstandsführung zu einem
Führungsfahrzeug wirksam entlasten kann.
Voraussetzung für ein solches System zur automatischen Folgefüh
rung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, ist eine
automatische Fahrsteuerung mit "Stop"- und "Go"-Funktion, die
unter bestimmten Bedingungen Brems-, Gas- und Kupplungspedalbe
wegungen des Fahrers entbehrlich macht und die abhängig von be
stimmten Situationen ein automatisches Halten, Wiederanfahren
und Fahren bis zur eingestellten Grenzgeschwindigkeit unabhängig
von Fahrereingriffen ermöglicht. Eine weitere Voraussetzung für
die Funktion eines solchen Systems zur automatischen Folgefüh
rung, insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, ist eine
automatische Lenkungssteuerung- oder -regelung, die unabhängig
von einer fahrerseitigen Betätigung des Lenkrads Lenkbewegungen
und/oder Lenkmomente auf die gelenkten Räder ausüben kann. Eine
weitere Voraussetzung des erfindungsgemäßen Systems zur automa
tischen Folgeführung, insbesondere zur automatischen Staufolge
führung, ist das Vorhandensein von Fahrspurmarkierungen und ein
innerhalb der Fahrspurmarkierungen befindliches Führungsfähr
zeug, das im Falle eines Staus langsam fährt. Das eigene Fahr
zeug folgt dem Führungsfahrzeug, solange dieses innerhalb der
Fahrspurmatkierungen und unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit
fährt. Fällt das Führungsfahrzeug weg, weil es z. B. die Fahr
spur verläßt oder schneller fährt als die Grenzgeschwindigkeit,
schaltet das System ab. Das gleiche gilt auch dann, wenn mit
Hilfe der mit einer Videokamera und einer nachgeschalteten Bild
auswertung ausgerüsteten Umgebungsbilderfassungseinheit die
Fahrspur nicht mehr erkannt werden kann, z. B. wenn Fahrspurmar
kierungen nicht mehr oder mehrdeutig vorhanden sind. Jede bevor
stehende Abschaltung des automatischen Folgeführungssystems,
insbesondere des automätischen Staufolgeführungssystems, wird
dem Fahrer durch ein Warnsignal mitgeteilt.
Das erfindungsgemäße System zur automatischen Folgeführung, ins
besondere zur automatischen Staufolgeführung, weist Auswahl- und
Entscheidungsmittel auf, die aufgrund von durch einen Fahrer
eingebbaren und/oder von einem Fahrer abhängigen Parametern und
aufgrund von vom System automatisch ermittelten Bedingungen zum
einen entscheiden, ob eine automatische Folgeführung ausführbar
ist oder ob eine manuelle Fahr-, Brems- und Lenkungssteue
rung/Regelung vom Fahrer auszuführen ist, ob nur eine automati
sche Führung längs einer markierten erkannten Fahrspur oder ob
eine Folgeführung nach einem erkannten Führungsfahrzeug oder ob
eine Kombination dieser automatischen Führungstypen auszuführen
ist und die andererseits ebenfalls aufgrund von von einem Fahrer
eingebbaren und/oder von einem Fahrer abhängigen Parametern und
aufgrund von vom System automatisch ermittelten Bedingungen aus
wählen, welche der Parameter für die Entscheidung: automatische
oder manuelle Folgeführung zugrundezulegen sind und die, wenn
die automatische Folgeführung ausgeführt wird, die Regelparame
ter für die Fahr-, Brems- und Lenkungsregelung auswählen.
Bei dem erfindungsgemäßen System zur automatischen Folgeführung,
insbesondere zur automatischen Staufolgeführung, sind folgende
Einschaltbedingungen in Form von "UND"-Kriterien verwirklicht:
- - Das System ist nur aktiv, wenn die automatische Fahrsteue rung/Regelung mit der "Stop"- und "Go"-Steuerung aktiv ist. Die automatische "Stop"- und "Go"-Steuerung verlangt eine Freigabe durch den Fahrer beim Wiederanfahren nach einem Halt.
- - Die Fahrspurmarkierungen wurden zweifelsfrei von der Umge bungsbilderfassungseinheit erfaßt. D. h., die Fahrspurerken nung erkennt z. B. zwei unterbrochene Linien in einem Abstand von z. B. bis zu 12 m. Zusätzlich oder alternativ können auch ausreichend hochstehende Bordsteine, die z. B. mindestens 10 cm über die Fahrbahnoberfläche ragen, als. Fahrspurbegrenzung über kurze Entfernungen erkannt werden.
- - Das Führungsfahrzeug ist vorhanden und wurde von der Umge bungsbilderfassungseinheit zweifelsfrei erkannt.
- - Die Geschwindigkeit des Führungsfahrzeugs ist kleiner als die Grenzgeschwindigkeit, d. h. z. B. kleiner als 20-30 km/h.
Weiterhin realisieren die erfindungsgemäßen Auswahl- und Ent
scheidungsmittel folgende Abschaltbedingungen als "ODER"-
Kriterien:
- - wenn die Einschaltbedingungen nicht oder nicht mehr gegeben sind;
- - wenn der Fahrer einen Lenkeingriff über ein gewisses Lenkmo ment hinaus oder einen Fahrpedaleingriff, d. h. einen Eingriff am Brems-, Gas- und/oder Kupplungspedal vornimmt;
- - wenn der Fahrer das System zur automatischen Folgeführung z. B. durch eine Schalterbetätigung abschaltet. In diesem Fall muß das System sofort abgeschaltet werden;
- - wenn Fahrspurmarkierungen fehlen oder aussetzen oder nicht zweifelsfrei erkannt wurden oder wenn zwar die Fahrspurmarkie rungen erkannt wurden, aber das Führungsfahrzeug fehlt. In diesem Fall wird nach Ausgabe eines Abschaltwarnsignals das Fahrzeug ohne Fahrereingriff bis zum Stillstand abgebremst und das System nach einer bestimmten Wartezeit, z. B. 1-2 s abge schaltet. Der automatische Bremsvorgang wird durch jeden Fahr eingriff, sei es an dem Lenkrad oder an einem Fahr- oder Bremspedal, oder auch durch Ausschalten der automatischen Fahrsteuerung abgebrochen;
- - wenn die Grenzgeschwindigkeit erreicht ist. Dabei bleibt das System zunächst aktiv und das eigene Fahrzeug beschleunigt nicht über die Grenzgeschwindigkeit hinaus. Wenn dann das Füh rungsfahrzeug durch steigende Geschwindigkeit den Regelbereich des Systems verläßt, erfolgt eine Abschaltung nach einem vor angehenden Abschaltwarnsignal, da dann in Wirklichkeit kein Führungsfahrzeug mehr vorhanden ist.
Für alle Arten der Abschaltung gilt, dass der Fahrer jederzeit
in der Lage sein muß, das Fahrzeug zu übernehmen. Gegebenenfalls
kann mit dem Abschalten der automatischen Lenkungssteue
rung/Regelung auch die automatische Fahrsteuerung/Regelung abge
schaltet werden.
Das erfindungsgemäße System zur automatischen Folgeführung, ins
besondere zur automatischen Staufolgeführung, kann zur Erzeugung
folgender Informations- und Warnsignale eingerichtet sein:
- - Informationssignale können erzeugt werden, wenn
- - eine unplausible Fahrweise des Führungsfahrzeugs innerhalb der erkannten Fahrspurmarkierung erfaßt wird, wie z. B. bei einem Ausweichmanöver des Führungsfahrzeugs oder bei Beginn eines Spurwechsels desselben.
Eine Abschaltwarnung kann vor jeder Systemabschaltung erzeugt
werden.
Das erfindungsgemäße System zur automatischen Folgeführung, ins
besondere zur automatischen Staufolgeführung, ermöglicht eine
modulare und ausbaufähige hierarchisch organisierte Reglerstruk
tur, die eine Situationserkennung durch das System und/oder
durch den Fahrer und eine situationsabhängige Entscheidung und
Auswahl über die Steuer/Regelbetriebsart, d. h. manuelle oder
automatische Steuerung, eine Auswahl der Art der Steuerung oder
Regelung, d. h. eine Spurnachführung oder eine Nachführung hin
ter dem Führungsfahrzeug und eine Auswahl der Reglerparameter
und der Sollwerte für die Regelung bietet.
Optionell ist auch eine Fahrertyperkennungseinheit vorgesehen,
die eine fahreradaptive Anpassung des Systems herbeiführt. Der
Fahrer hat in jedem Fall die höchste Priorität und kann das Sy
stem jederzeit übersteuern, da er stets im Überwachungskreis
vorhanden ist.
Die anspruchsgemäße Umgebungserfassungseinheit arbeitet vorzugs
weise mit Radar-(Radio Detection and Ranging) und/oder Lidar-
(Light Detection and Ranging)Strahlung.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfin
dungsgemäßen Systems zur automatischen Folgeführung eines Kraft
fahrzeugs anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hier wird die
Erfindung insbesondere anhand einer automatischen Staufolgefüh
rung verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt in Form eines Funktionsblockschaltbilds eine Über
sicht über die Struktur des erfindungsgemäßen Systems; und
Fig. 2 zeigt ebenfalls als Funktionsblockschaltbild eine Reg
lerstruktur des erfindungsgemäßen Systems, die nach Längs- und
Querführungsfunktionen unterteilt ist.
Wie das in Fig. 1 abgebildete Funktionsblockschaltbild des er
findungsgemäßen Systems zur automatischen Staufolgeführung
zeigt, ist die Reglerstruktur hierarchisch gegliedert. Die Hier
archieebenen sind in Fig. 1 mit I, II, III und IV gekennzeich
net.
Die unterste Hierarchieebene I enthält das Kraftfahrzeug 1 mit
den ihm zugeordneten Sensoren 2 und Stellgliedern 3. Die Senso
ren 2 beinhalten insbesondere die Videokamera gegebenenfalls mit
der nachgeschalteten Bildauswertung und den beispielsweise durch
ein Radarsystem verwirklichten Abstandserfassungssensor sowie
weitere im Fahrzeug vorhandene Sensoren, z. B. einen Sensor zur
Ermittlung der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit, einen Beschleuni
gungssensor, einen Steigungssensor, einen Querbeschleunigungs
sensor etc. Hierzu gehören auch Sensoren, die den am Lenkrad
eingeschlagenen Lenkradwinkel sowie die durch die automatische
Lenkungssteuerung/Regelung an den zu lenkenden Rädern einge
stellten Ist-Lenkwinkel erfassen. Die hier erwähnten Sensoren
sind nur beispielhaft. Entsprechende Signale können auch von an
deren im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräten geliefert werden.
Die Stellglieder 3 dienen zur Ansteuerung der Längs- und Querbe
wegung des Fahrzeugs unabhängig von der Antriebsart. Z. B. kön
nen Stellglieder zur Steuerung/Regelung der Brennkraftmaschine,
wie deren Drehzahl, Drosselklappenwinkel, Einspritzmenge
und/oder -intervalle, automatische/manuelle Bremsstellglieder
sowie ein oder mehrere elektrische Stellmotoren zur Einstellung
eines Lenkwinkels an den gelenkten Rädern unabhängig vom Lenk
radwinkel vorgesehen sein.
Die nächste Hierarchieebene II stellt die Grundsteuerung/Rege
lung dar und umfaßt eine mit von den Sensoren 2 gelieferten Si
gnalen beaufschlagte Zustandsschätzung 4, auswählbare Reglerar
ten bzw. Regelgesetze für Vorwärtsregelungen 5 sowie auswählbare
Reglerarten bzw. Regelgesetze für rückkoppelnde Regelungen 6,
wobei die ausgewählten Reglerarten-Regelgesetze über ein Sum
mierglied zusammengefaßt werden, sowie einen Umschalter 7, der
zwischen automatischer und manueller Ansteuerung der Stellglie
der 3 umschaltet. Die Regelgesetze der Vorwärtsregelung 5 und
die der rückkoppelnden Regelung 6 verwenden Ergebnisse der Zu
standsschätzung 4 und die der Einheit 8 zur Anpassung der Reg
lerparameter und der Sollwerte und werden abhängig von Ergebnis
sen ausgewählt, die eine Regelbetriebsartauswähleinheit 9 be
treffen. Die Einheiten 8 und 9 sind der nächsthöheren Hierar
chiestufe III zugeordnet. In der zur Überwachung und Anpassung
dienenden höchsten Hierarchiestufe IV analysiert eine Einheit 10
anhand des Ergebnisses der Zustandsschätzung 4 und anhand von
Sensorsignalen von den Führungssensoren 2 sowie aus Fahrereinga
ben die Situation und erzeugt ein Analyseergebnis, welches in
einer Entscheidungseinheit 12 verarbeitet wird und wesentlich
dazu beiträgt, ob eine manuelle oder die automatische Steuerung
oder Regelung für die Staufolgeführung ausgeführt wird. Ferner
dient die durch die Einheit 10 analysierte Situation dazu, über
eine Einheit 11 die Reglerbetriebsart mittels der Auswähleinheit
9 auszuwählen, insbesondere, ob eine Folgeführung nach einem
voranfahrenden Führungsfahrzeug oder eine Führung nach der Fahr
bahnmarkierung auszuführen sind.
Optionell umfaßt die höchste Hierarchiestufe IV eine adaptive
Fahrertyperkennung, die die Sollwert- und Parameteranpassung 8
entsprechend einem erkannten Fahrertyp beaufschlagt. Eine solche
adaptive Fahrertyperkennung kann auch durch entsprechende vom
Fahrer selbst eingebbare Fahrtypinformationen ersetzt oder er
gänzt werden.
Der Fahrer erhält also durch die direkte Beeinflussung der Si
tuationsanalyse 10 sowie des Umschalters 7 jederzeit die Mög
lichkeit
- - die automatische Staufolgeführung des Systems an die vorlie gende Situation anzupassen oder abzuschalten und das Fahrzeug manuell zu führen. Dadurch, dass der Fahrer die Hierarchieebe nen II-IV überlagert, hat er selbst die höchste Priorität und kann das System jederzeit übersteuern. Durch die vom Fahrer wunsch beeinflußbare und von den Sensorsignalen beaufschlagte Situationsanalyse 10 wird eine situationsabhängige Entschei dung über die Steuer/Regelbetriebsart "manuell" oder "automa tisch", den Typ der Steuerung bzw. Regelung, z. B. die Führung anhand der erkannten Fahrbahnmarkierung oder die Führung an hand des erkannten Führungsfahrzeugs sowie über die Einheiten 8 und 9 die Auswahl der Parameter und Sollwerte (Einheiten 5 und 6) für die Steuerung/Regelung erreicht. Die optionell vor gesehene Fahrertyperkennung 13 ermöglicht eine fahreradaptive Anpassung, indem sie die Sollwert- und Parameteradaptionsein heit 8 beaufschlagt.
Das anhand des in Fig. 1 dargestellten Funktionsblockschalt
bilds erläuterte erfindungsgemäße System zur automatischen
Staufolgeführung hat vorteilhafterweise eine hierarchische und
ausbaufähige Struktur und arbeitet situations- und fahrerädap
tiv, wobei sich der Fahrer stets im überwachungskreis befindet,
die höchste Priorität hat und das System jederzeit übersteuern
kann. Damit kann der Fahrer jederzeit die Verkehrssituation
selbst einschätzen und die Verantwortung für sein Fahrzeug über
nehmen, indem die automatische Staufolgeführung abgeschaltet
wird.
Die in Fig. 1 gezeigte hierarchisch gegliederte Funktionsstruk
tur des erfindungsgemäßen Systems zur automatischen Staufolge
führung wird durch die Fig. 2 ergänzend veranschaulicht, die
ebenfalls in Form eines Funktionsblockschaltbilds die erfin
dungsgemäßen Funktionen trennt in die Fahr- und Bremssteuerung
bzw. -regelung A (im linken Teil der Fig. 2) und die automati
sche Lenkungssteuerung/Regelung B (im rechten Teil der Fig. 2).
Im oberen Teil des Abschnitts A sind die unmittelbar dem Fahr
zeug 1 zugeordneten Funktionen der Fahr- und Bremssteuerung bzw.
-regelung, nämlich Stellglieder 120 und Sensoren insbesondere
ein Sensor 121 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit einge
tragen. Die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit wird zusammen mit
einer gesetzten Sollgeschwindigkeit 124 einer Geschwindigkeits
regelung 123 eingegeben, die eine Auswahlfunktion 122 zur Aus
wahl der Regelungsart beaufschlagt. Weitere Eingangsgrößen der
Fahr- und Bremssteuerung bzw. -Regelung A sind ein zeitlicher
Abstand zum Führungsfahrzeug 125, von einem Radarsystem 126 er
faßte Fahrzeuge 129 sowie erfaßte Fahrbahnmarkierungen 128, die
ein Ergebnis der Auswertung der von einer Videokamera 127 gelie
ferten Bildrahmen sind. Anhand der erfaßten Fahrbahnmarkierung
128 und der erfaßten Fahrzeuge 129 wählt eine Auswahlfunktion
130 ein geeignetes voranfahrendes Führungsfahrzeug aus (Aus
gangsgröße 131). Weitere Ausgangsgrößen der Fahrzeugauswahl 130
sind die Relativgeschwindigkeit 132 sowie die Distanz 133 des
voranfahrenden Fahrzeugs zum eigenen Fahrzeug. Die so ermittelte
Ist-Distanz 133 wird mit einer aus der eigenen gemessenen Fahr
zeuggeschwindigkeit berechneten Solldistanz verknüpft und mit
dem Verknüpfungsergebnis eine Distanzregelfunktion 134 beauf
schlagt, die außerdem die aus der Auswahlfunktion 130 sich erge
bende Relativgeschwindigkeit 132 als Eingangsgröße erhält. In
einer Auswahlfunktion 122 wird die Steuerungs- oder Regelbe
triebsart der Fahr- und Bremssteuerung bzw. -regelung A ausge
wählt, nämlich entweder die Geschwindigkeitsregelung 123 oder
die Distanzregelung 134, um damit die Stellglieder 120 anzusteu
ern
Diese im rechten Teil der Fig. 2 dargestellte automatische Len
kungssteuerung/Regelung B enthält wieder die schraffiert mar
kierte Ebene des Fahrzeugs 1 mit den für die automatische Len
kungssteuerung bzw. Regelung notwendigen dem Fahrzeug zugeordne
ten Stellgliedern 20 sowie Sensoren 21 zur Erfassung der Ist-
Position des Eigenfahrzeugs. Der Regelteil B empfängt als Ein
gangsgrößen die Information 131 über das erfaßte Führungsfahr
zeug, die Ist-Distanz 133 zwischen dem eigenen und dem Führungs
fahrzeug sowie die anhand der ausgewerteten Bildrahmen von der
Videokamera 127 erfaßten Fahrbahnmarkierungen 128. Aus der von
den Sensoren 21 gelieferten Ist-position des Eigenfahrzeugs und
den aus den Bildrahmen der Videokamera erfaßten Fahrbahnmarkie
rungen 128 wählt eine Wählfunktion 27 die zur automatischen Len
kungssteuerung bzw. -regelung B geeignete Fahrbahnmarkierung
aus. Wenn es sich dabei um eine Fahrbahnmarkierung 24 vor dem
eigenen Fahrzeug handelt, beaufschlagt diese Information 24 zu
sammen mit der aus dem linken Regelungsteil A stammenden Infor
mation 131 über das erfaßte voranfahrende Führungsfahrzeug eine
Auswahlfunktion 23 zur Auswahl der Regelbetriebsart, die mit ei
ner symbolisch als Umschalter 31 dargestellten Wählfunktion die
automatische Lenkungssteuerung bzw. Regelung B zwischen, einer
Führungsfahrzeug-Folgeregelung 26 und einer Fahrbahnmarkierungs-
Folgeregelung 29 auswählt. Dabei erhält die Führungsfahrzeug-
Folgeregelung 26 als Eingangsgröße die im Teil A ermittelte Di
stanz 133 des eigenen Fahrzeugs von dem voranfahrenden Führungs
fahrzeug und einen Sollwert 25, während die Fahrbahnmarkierungs-
Folgeregelung 29 von der Auswahlfunktion 27 eine Information
über eine geeignete ausgewählte Fahrbahnmarkierung 28 sowie ei
nen Sollwert 30 empfängt. Die Stellglieder 20 werden dann ent
sprechend der von der Wählfunktion 31 gewählten automatischen
Lenkungssteuerungs bzw. -regelungsbetriebsart, d. h. entweder
entsprechend der Führungsfahrzeug-Folgeregelung 26 oder entspre
chend der Fahrbahnmarkierungs-Folgeregelung 29 eingestellt.
Es ist zu erwähnen, dass die in Fig. 1 gemäß hierarchischen Ge
sichtspunkten und in Fig. 2 entsprechend den Regelbetriebsarten
A und B unterteilten Funktionen von einer entsprechend einge
richteten Steuer/Regeleinheit ausgeführt werden können. Selbst
verständlich lassen sich aber die Funktionen auch von separaten
Steuer/Regeleinheiten ausführen, deren Programme entsprechend
den in Fig. 2 gezeigten getrennten Funktionen A und B aufge
teilt sind.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur automati
schen Staufolgeführung eines Kraftfahrzeugs kann folgende Be
dienelemente und Anzeigen aufweisen;
- - Ein-/Ausschalter;
- - gegebenenfalls Tastatur zur Eingabe einer Fahrertypinformation die, wie erwähnt, die automatische Fahrertyperkennung 13 er setzen oder ergänzen kann;
- - Anzeige: "System ist einsatzbereit", d. h. die Einschaltbedin gungen sind erfüllt;
- - Anzeige: "System ist aktiv";
- - Anzeige: "System ist (wird) abgeschaltet".
Die nachfolgende Aufstellung gibt beispielhaft einige Situatio
nen, die darauffolgenden Systemreaktionen sowie Informationen
an, die einem Fahrer mitgeteilt werden:
- - Hin- und herfahrendes Führungsfahrzeug innerhalb der Fahrspur, d. h. das Führungsfahrzeug führt Ausweichmanöver aus oder hat eine unplausible Fahrweise. Dem Fahrer wird eine entsprechende Information angezeigt. Das System kann hierauf seine Eigenin telligenz nutzen und nach Hindernissen Ausschau halten und selbst reagieren. Dazu sind geeignete Schwellwerte nötig.
- - Fahrspurwechsel des Führungsfahrzeugs mit sofortigem Erkennen eines neuen Führungsfahrzeugs. Dem Fahrer wird darauf eine entsprechende Information erzeugt.
- - Einscheren eines Fahrzeugs, wobei das einscherende Fahrzeug ein neues Führungsfahrzeug wird. Dem Fahrer des eigenen Fahr zeugs wird eine entsprechende Information angezeigt. Ein zu knapp einscherendes Fahrzeug macht eine Bremsung z. B. mit mehr als 0,5 g erforderlich. Dazu ermöglicht die automatische Lenkung einen weiteren Freiheitsgrad zum Ausweichen.
- - Fahrspurwechsel des Führungsfahrzeugs ohne Erkennen eines neu en Führungsfahrzeugs. Das System wird abgeschaltet und eine entsprechende Abschaltwarnung erzeugt bzw. angezeigt. Bei plötzlichem Spurwechsel des Führungsfahrzeugs, das z. B. einem Hindernis ausweicht, kann die Totzeit verkürzt oder die maxi male Verzögerung erhöht werden. Wenn daraufhin ein Objekt oder ein Führungsfahrzeug sicher erkannt wird, kann die maximale Bremsverzögerung von 0,5 g erhöht werden.
- - Fahrbahnmarkierung kann nicht mehr erkannt werden, jedoch ist ein Führungsfahrzeug vorhanden. Das System schaltet dann mit Abschaltwarnung ab.
- - Stehende Objekte, die keine Fahrzeuge sind, z. B. Warnbaken, Baustellenabschrankungen, verlorene Ladung, befinden sich in nerhalb der Fahrspur. Wenn diese Objekte sicher erkannt wur den, kann darauf durch Systemabschaltung mit einer Abschalt warnung reagiert werden.
- - Eine Kreuzung wird durch Fehlen. bzw. Aussetzen der Fahrbahn markierung erkannt. Das System kann daraufhin mit Abschaltwar nung abschalten.
Als eine Weiterbildung läßt sich in dem System ein Modell der
Umgebung bilden und damit der Fahrbahnverlauf vorausberechnen.
Damit läßt sich sicherstellen, dass auf größere Abstände der
Fahrspurmarkierung, z. B. wenn diese durch Schnee verdeckt sind,
oder auch auf versetzt fahrende Führungsfahrzeuge reagiert wer
den kann.
Durch entsprechende angepaßte Öffnungswinkel der Videokamera
und/oder durch mehrere im Abstand angebrachte Videokameras läßt
sich eine Erkennung sonst unklarer Situationen sicherstellen.
Claims (15)
1. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere zur auto
matischen Staufolgeführung, eines Kraftfahrzeugs, welches
- - eine elektronische Fahr-, Brems- und Lenkungssteuerung/Rege lung,
- - eine mit einer Videokamera und nachgeschalteter Bildauswertung ausgerüstete Umgebungsbilderfassungseinheit, die Signale er zeugt, die der elektronischen Fahr-, Brems- und Lenkungssteue rung zumindest zur automatischen Führung längs einer markier ten Fahrspur eingebbar sind, und/oder
- - eine Umgebungserfassungseinheit, die aufgrund detektierter Re flexionen von ausgesandter elektromagnetischer Strahlung ar beitet,
- - eine Abstands- und Relativgeschwindigkeitserfassungseinheit aufweist, die einen Abstand und eine Relativgeschwindigkeit zu einem aufgrund der von der Umgebungsbilderfassungseinheit und/oder Umgebungserfassungseinheit erzeugten Signale auswähl baren Führungsfahrzeug erfaßt und jeweils ein entsprechendes Abstands- und Relativgeschwindigkeitserfassungssignal erzeugt, und
- - Auswahl- und Entscheidungsmittel vorgesehen sind, die aufgrund von von einem Fahrer eingebbaren und/oder von einem Fahrer ab hängigen Parametern und aufgrund von vom System automatisch ermittelten Bedingungen
- - entscheiden,
- - ob eine automatische Folgeführung, insbesondere eine Staufolgeführung, ausführbar ist oder
- - ob eine manuelle Fahr-, Brems- und Lenkungssteuerung vom Fahrer auszuführen ist,
- - ob nur eine automatische Führung längs einer erkannten markierten Fahrspur oder
- - ob eine Folgeführung nach einem erkannten Führungsfahrzeug ausführbar sind, oder
- - ob eine Kombination einer Führung längs einer markierten
Fahrspur mit einer Folgeführung nach einem Führungsfahr
zeug ausführbar ist,
wobei jederzeit eine durch einen Eingriff des Fahrers initi ierte manuelle Steuerung priorisiert ist, - - und auswählen,
- - welche der Parameter für die Entscheidung automatische oder manuelle Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, zugrunde zu legen sind
- - und die, wenn die automatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, ausgeführt wird die Steuerungs- und Re gelalgorithmen und -parameter für die automatische Fahr-, Brems- und Lenkungsregelung auswählen.
2. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswahl- und Entscheidungsmittel außerdem eine automatische An
passung der ausgewählten Parameter an die ermittelten Bedingun
gen vornehmen.
3. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
außerdem eine Fahrertyperkennungseinheit vorgesehen ist und dass
die Auswahl- und Entscheidungsmittel außerdem eine automatische
Anpassung der ausgewählten Parameter und Sollwerte an einen von
der Fahrertyperkennungseinheit erkannten Fahrertyp vornehmen.
4. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, nur ein
schalten, wenn die Umgebungsbilderfassungseinheit die markierte
Fahrspur erkannt und erfaßt hat, dass das Führungsfahrzeug in
nerhalb der erfaßten markierten Fahrspur fährt.
5. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel außerdem
die automatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung,
nur einschalten, wenn das Führungsfahrzeug unterhalb einer be
stimmten Grenzgeschwindigkeit fährt.
6. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel außerdem
die automatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung,
nur einschalten, wenn der eigene Fahrer nach einem Halt und Wie
deranfahren das System aktiviert.
7. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, abschal
ten, wenn das Führungsfahrzeug die markierte Fahrspur verläßt
und kein neues Führungsfahrzeug erkannt wird oder schneller als
eine bestimmte Grenzgeschwindigkeit fährt.
8. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, abschal
ten, wenn der eigene Fahrer einen Lenkeingriff über ein bestimm
tes Lenkmoment und/oder über einen bestimmten Lenkwinkel hinaus
vornimmt.
9. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, abschal
ten, wenn der eigene Fahrer einen Fahrpedaleingriff vornimmt.
10. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufiolgeführung, abschal
ten, wenn der eigene Fahrer dieselben zwar aktiviert hat, aber
die Einschaltbedingungen nicht erfüllt sind.
11. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
totnatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, auf eine
entsprechende manuelle Eingabe des eigenen Fahrers abschalten.
12. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Auswahl- und Entscheidungsmittel die au
tomatische Folgeführung, insbesondere Staufolgeführung, abschal
ten, wenn die Umgebungsbilderfassungseinheit erfasst hat, dass
die Fahrspurmarkierung fehlt oder aussetzt.
13. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass bei jedem Abschalten der automatischen Folge
führung, insbesondere Staufolgeführung, ein entsprechendes Warn
signal für den Fahrer erzeugt wird.
14. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Abstands- und Relativgeschwindigkeitser
fassungseinheit ein Radarsystem aufweist.
15. System zur automatischen Folgeführung, insbesondere Staufol
geführung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Umgebungserfassungseinheit mit Radar-
(Radio Detection and Ranging) und/oder Lidar-(Light Detection
and Ranging)Strahlung arbeitet.
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