DE10134367A1

DE10134367A1 - Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE10134367A1
Application number: DE10134367A
Authority: DE
Inventors: Ralf Guido Herrtwich; Dieter Vollmer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2003-01-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurenwechsel eines Fahrzeuges (Fz¶1¶) von einer momentanen Fahrspur (2) auf eine benachbarte Zielspur (1), wobei aus den Abständen und Geschwindigkeiten von dort befindlichen Objekten, insbesondere weiteren Fahrzeugen (Fz¶2¶-Fz¶n¶), mögliche Einscherlücken mittels einer Simulation der zukünftigen Bewegung identifiziert werden und dem Fahrer potentielle Einscherlücken signalisiert werden. DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass Ort und Geschwindigkeit des Fahrzeuges (Fz¶1¶) ermittelt werden, die Orte aller weiteren Fahrzeuge (Fz¶2¶-Fz¶n¶) in der Umgebung des Fahrzeugs (Fz¶1¶) diesem übermittelt werden, die Geschwindigkeit der weiteren Fahrzeuge (Fz¶2¶-Fz¶n¶) entweder aus zeitlich aufeinander folgenden Ortsdaten durch das Fahrzeug (Fz¶1¶) bestimmt oder zusätzlich an dieses übermittelt werden, aus den Informationen zu Ort und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (Fz¶1¶-Fz¶n¶) eine mögliche Einscherlücke ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel eines Fahrzeuges von einer momentanen Fahrspur auf eine benachbarte Zielspur wobei aus den Abständen und Geschwindigkeiten von dort befindlichen Objekten, insbesondere weiteren Fahrzeugen, mögliche Einscherlücken mittels Berechnung der zukünftigen Bewegung identifiziert werden und dem Fahrer potentielle Einscherlücken signalisiert werden. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens befähigt ist.
Ein derartiges Verfahren dient dazu, den Kraftfahrer eines Fahrzeuges bei einem Spurwechsel, z. B. beim Einfädeln in oder Ausfahren aus einer Schnellstrasse oder beim Spurwechsel vor oder nach einem Überholvorgang zu unterstützen. Ein das Verfahren durchführende System wertet dabei Informationen über die Verkehrslage in der Umgebung des Fahrzeuges aus und bewertet Möglichkeiten zum Spurwechsel. Die Bewertung wird optisch oder akustisch dem Kraftfahrer signalisiert.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 43 13 568 C1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, den Vorraum und den Rückraum wenigstens der benachbarten Zielspur für den gewünschten Spurwechsel zu überwachen. Die Abstände und Geschwindigkeiten von dort detektierten Objekten, insbesondere von Fahrzeugen, werden gemessen und daraus Sicherheitsabstände berechnet. Wenn alle gemessenen Abstände größer als die errechneten Sicherheitsabstände sind, wird dies als möglicher Spurwechsel erkannt. Die Abstände und Geschwindigkeiten werden durch das Fahrzeug, das den Spurwechsel durchführen soll, mittels eigener aktiver Sensoren, beispielsweise Abstandssensoren, gemessen. Es liegen daher Relativdaten bezogen auf das mit den Sensoren ausgestattete Fahrzeug vor, deren Genauigkeit von Verkehrssituation und Umweltbedingungen abhängen.

Nachteilig an dem Verfahren ist, dass Abstände und Geschwindigkeiten nur von unmittelbar in der Nähe befindlichen Objekten mit hinreichender Genauigkeit bestimmbar sind, so dass nur nächstgelegene Einscherlücken ermittelt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die Leithilfe auf einen größeren Bereich vor und/oder hinter dem Fahrzeug zu erweitern.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 sowie ein Fahrzeug nach Patentanspruch 22 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass Ort und Geschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt werden, die Orte aller weiteren Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs diesem übermittelt werden, die Geschwindigkeit der weiteren Fahrzeuge entweder aus zeitlich aufeinanderfolgenden Ortsdaten durch das Fahrzeug bestimmt oder zusätzlich an dieses übermittelt werden und aus den Informationen zu Ort und Geschwindigkeit der Fahrzeuge eine mögliche Einscherlücke ermittelt wird.

Das Verfahren ermöglicht eine genaue rechnerische Prognose der Erreichbarkeit auch nicht in unmittelbarer Nähe des Fahrzeuges befindlicher Einscherlücken und bietet dem Kraftfahrer eine Leithilfe, die eine vorausschauende Fahrweise unterstützt. Da keine aktive Messung durch das Fahrzeug von relativem Abstand und Relativgeschwindigkeit der weiteren Fahrzeuge notwendig sind ist eine Sichtverbindung zu den weiteren Fahrzeugen nicht erforderlich. Auch durch andere Fahrzeuge verdeckte Fahrzeuge können daher erfasst werden, schlechte Sicht und ungünstige Verhältnisse z. B. in Kurven oder Baustellen wirken sich weniger stark auf die Brauchbarkeit der ermittelten Daten aus.

Vorteilhaft ist die Ortsbestimmung mittels eines Global Positioning Systems (GPS), vorzugsweise eines Differential Global Positioning Systems (DGPS) nach Anspruch 2. Es handelt sich dabei um ein praktisch weltweit verfügbares System, das eine Ortsbestimmung mit ausreichender Genauigkeit bietet. Empfänger werden in Serienstückzahlen hergestellt und sind entsprechend kostengünstig. Zudem können die anfallenden Ortsdaten in einer Fahrzeugnavigationsanlage genutzt werden.

Eine Übermittlung von Informationen zur Beschleunigung aller Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs entsprechend Anspruch 3 bietet Daten zur Beschleunigung der Fahrzeuge in Echtzeit. Sollen deren Beschleunigungen berücksichtigt werden, wären diese ansonsten anhand mehrerer Geschwindigkeitsdaten des jeweiligen Fahrzeuges zu extrapolieren.

Die Übermittlung der Daten von Ort und ggf. Geschwindigkeit sowie Beschleunigung erfolgt vorzugsweise entsprechend Anspruch 4 mittels einer Fzg/Fzg-Kommunikation. Es handelt sich dabei um Sende-/Empfangsanlagen z. B. im UHF oder optischen Bereich, die einen Datenaustausch zwischen Fahrzeugen über kurze Distanzen, etwa in der Größenordnung der theoretischen Sichtstrecke, ermöglichen. Die in Anspruch 5 angegeben Alternative eines Ortsfesten Dienstes ist insgesamt aufwändiger, bietet aber den Vorteil einer zentralen Verkehrsdatenerfassung.

Zur Ermittlung potentieller Einscherlücken wird die Bewegung des Fahrzeuges ausgehend von einem Anfangsort bis zum erreichen der Einscherlücke entsprechend Anspruch 4 berechnet. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass anhand von Bewegungsgleichungen der Fahrzeuge mit Rand- und Anfangsbedingungen für Orte und Geschwindigkeiten sowie minimal einzuhaltender Abstände zu vorausfahrenden und nachfolgenden Fahrzeugen die Erreichbarkeit einer Einscherlücke durch Vergleich der für den Einschervorgang benötigten Zeit mit einer maximal für den Einschervorgang zur Verfügung stehenden Zeit ermittelt wird. Die maximal zur Verfügung stehende Zeit ergibt sich bei einer endenden Spur aus der Geschwindigkeit und dem Abstand des Fahrzeuges zum Spurende. Anderen Verkehrssituationen, beispielsweise eine Autobahnabfahrt, sind im Prinzip identisch, hier kann jedoch die Unmöglichkeit zum Einscheren zugelassen werden. Die Berechnung des Einschervorganges berücksichtigt die von den weiteren Fahrzeugen bekannten Daten sowie die dynamischen Zusammenhänge durch ein Modell der Bewegungsgleichungen. Das Simulationsmodell erlaubt eine genügend genaue Vorhersage der Fahrzeugbewegungen, insbesondere der des einzuscherenden Fahrzeuges.

Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird durch eine Ausgestaltung nach Anspruch 7 erzielt, nämlich dass anhand von Bewegungsgleichungen der Fahrzeuge mit den Rand- und Anfangsbedingungen für Orte und Geschwindigkeiten sowie minimal einzuhaltender Abstände zu vorausfahrenden Fahrzeugen zusätzlich der zum Erreichen der Einscherlücke erforderliche Fahrweg auf Hindernisse in Form von vorausfahrenden Fahrzeugen geprüft wird. Dem Kraftfahrer signalisierte Einscherlücken sind bei dieser Verfahrensgestaltung Erreichbar, ohne dass der Kraftfahrer weitere Informationen zur Verkehrslage berücksichtigen muss.

Linearisierte Bewegungsgleichungen zur Berechnung der zurückgelegten Distanz bei Geschwindigkeitsanpassungen entsprechend Anspruch 10 erlauben eine ausreichend genaue Simulation der realen Verhältnisse bei Überschaubarer Modellierung und vertretbarem Simulationsaufwand.

Eine Bewertung möglicher Einscherlücken entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens nach den Ansprüchen 18 oder 19 gibt dem Kraftfahrer unmittelbare Entscheidungsvorschläge.

Diese sind bei Übermittlung visueller Eigenschaften der weiteren Fahrzeuge entsprechend Anspruch 20 besonders leicht auswertbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze zum Einscheren hinter einem Fahrzeug;

Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der zur Durchführung des Verfahrens angenommenen Bewegungszusammenhänge;

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Prüfung auf tatsächliche Erreichbarkeit einer Einscherlücke;

Fig. 4 eine Prinzipskizze zum Einscheren hinter einem Fahrzeug.

Zunächst werden anhand der Fig. 1 die im folgenden verwendeten Begriffe definiert und erläutert. Eine Fahrbahn besteht aus einer ersten Spur 1 und einer zweiten Spur 2. Bei dem in Kontinentaleuropa üblichen Rechtsverkehr entspricht die zweite Spur 2 der Überholspur. Die Fahrbahn kann weitere Fahrspuren umfassen, die hier nicht dargestellt sind. Dargestellt sind ein erstes Fahrzeug Fz₁ mit einer Geschwindigkeit V_r auf der zweiten Fahrspur 2 als momentaner Fahrspur sowie Fahrzeuge Fz₂-_-Fz₅ auf der ersten Fahrspur 1. Weitere Fahrzeuge Fz₆-Fz_n, die sich auf einer der Fahrspuren befinden können, sind nicht dargestellt. Die Fahrtrichtung der Fahrzeuge Fz₂-Fz₅ ist in der Darstellung in Fig. 1 von der linken zur rechten Blatthälfte. Die linke Fahrspur endet, so dass sich daraus eine letzte Position 3 ergibt, bei deren Passieren ein Spurwechsel des Fahrzeugs Fz₁ auf die erste Spur 1 als Zielspur vollzogen sein muss. Aus der Geschwindigkeit von Fahrzeug Fz₁ und dessen Bremsvermögen kann ein Einscherpunkt 4 bestimmt werden, bei dessen Erreichen der Spurwechsel spätestens vorzunehmen ist, oder alternativ eine Notbremsung einzuleiten ist. Der Abstand zwischen letzter Position 3 und Einscherpunkt 4 wird als Pufferstrecke e_p bezeichnet und kann beispielsweise unter der Annahme einer konstanten Verzögerung aus der Geschwindigkeit des Fahrzeuges Fz₁ ermittelt werden. Die Verzögerung kann fahrerindividuell z. B. zwischen 3,5 und 7,0 m/s² festgelegt werden. Dadurch variiert die Länge der Pufferstrecke e_p entsprechend dem individuellen Sicherheitsbedürfnis.

Die Fahrzeuge FZ1-FZ5 verfügen jeweils über eine Möglichkeit der Positionsbestimmung, beispielsweise mittels des sogenannten Differential Global Positioning System (DGPRS) sowie über eine Möglichkeit des Datenaustauschs von Fahrzeug zu Fahrzeug. Der Datenaustausch in Form einer Fahrzeug- /Fahrzeugkommunikation kann beispielsweise mittels eines Datenfunksystems unmittelbar von Fahrzeug zu Fahrzeug oder unter Ausnutzung eines zellulären Funknetzes, beispielsweise eines Funknetzes der Mobiltelephonie, realisiert sein. Die Fahrzeuge sind in der Lage, untereinander Daten mindestens bezüglich ihres Ortes, ggf. auch bezüglich ihrer Geschwindigkeit sowie ggf. weiterer Fahrzeugmerkmale, wie z. B. Größe und Art des Fahrzeuges, zu übermitteln. Werden keine Daten zur Geschwindigkeit übermittelt, werden diese aus mehreren Ortsdaten zu verschiedenen Zeiten errechnet. In jedem Fahrzeug liegt so ein vollständiges Bild der Verkehrssituation in dessen unmittelbarer Umgebung vor. Die Fahrzeuge können zusätzlich mit einer elektronischen Landkarte versehen sein, so dass mittels eines automatisierten Systems Situationen wie beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte, nämlich das Ende der von dem Fahrzeug benutzten Fahrspur, automatisiert ermittelt und dem Fahrer mitgeteilt werden können. Ebenso können alle anderen sich aus dem weiteren Weg ergebende Spurwechsel, beispielsweise bei Autobahnauf- und -abfahrten, ermittelt werden.

Aus einer aktuellen Position A des Fahrzeuges Fz₁, dessen aktueller Geschwindigkeit v₁ und potentiellen Beschleunigungsvermögen ergibt sich bei Kenntnis der letzten Position 3 der Einscherpunkt 4 und daraus eine maximale Einscherstrecke e_m mit einer maximalen Einscherzeit t_m. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall ergeben sich drei Einscherlücken. Die erste Einscherlücke besteht zwischen den Fahrzeugen Fz₂ und Fz₃ und ist mit L₁ bezeichnet. Die zweite Einscherlücke besteht zwischen den Fahrzeugen Fz₂ und Fz₄ und ist mit L₂ bezeichnet, die dritte Einscherlücke besteht hinter dem Fahrzeug Fz₅ und ist mit L₃ bezeichnet. Eine Einscherlücke auf der Zielspur wird durch zwei Fahrzeuge gebildet. Das vordere der beiden lückenbildenden Fahrzeuge heißt Lückenführer, das nachfolgende heißt Lückennachfolger.

Einscherlücken, die in Fahrtrichtung vor dem einzuscherenden Fahrzeug, dies ist in Fig. 1 das Fahrzeug Fz₁, gelegen sind, heißen stromabwärtige Einscherlücken, Einscherlücken, die in Fahrtrichtung hinter dem einzuscherenden Fahrzeug liegen, heißen stromaufwärtige Einscherlücken. In der Darstellung in der Fig. 1 ist Einscherlücke L₃ daher eine stromaufwärtige Einscherlücke, die Einscherlücken L₁ und L₂ sind stromabwärtige Einscherlücken.

Potentielle Einscherlücken werden anhand der Abstände zwischen dem jeweiligen Lückenführer und Lückennachfolger ermittelt. Dieser muss zunächst größer sein als der zwischen beiden Fahrzeugen notwendige geschwindigkeitsabhängige Sicherheitsabstand.

Mit einem auf linearisierten Bewegungsgleichungen beruhendem Modell wird berechnet, ob die erkannten Einscherlücken für ein Einscheren ausreichen.

In jedem Fahrzeug Fz₁-Fz₅ ist ein geschwindigkeitsabhängiges fahrzeugtypisches potentielles Beschleunigungsvermögen b_potr abgelegt. Das potentielle Beschleunigungsvermögen b_potr kann beispielsweise basierend auf einer Zugkrafthyperbel geschwindigkeitsabhängig bestimmt werden. Gegebenenfalls kann durch maschinelles Lernen der das Verfahren durchführenden Vorrichtung das Beschleunigungsvermögen an den Beladungszustand grob angepasst werden. Ist das für den weiteren Fahrweg zu erwartende maximale Gefälle oder maximale Steigung beispielsweise aus einer digitalen Karte bekannt, so kann das potentielle Beschleunigungsvermögen mit Hilfe dieser Information rechnerisch z. B. mit einem linearisierten Ansatz korrigiert werden. Da das potentielle Beschleunigungsvermögen bei Beschleunigungsvorgängen geschwindigkeitsabhängig abnimmt und das im Fahrzeug abgelegte auf einer Berechnung durch eine Zugkrafthyperbel basierte Beschleunigungsvermögen in bestimmten Triebstrangzuständen des Fahrzeugs das reale Beschleunigungsvermögen ungenau und in der Regel zu hoch widerspiegelt, wird das sich rechnerisch ergebende potentielle Beschleunigungsvermögen im vorliegenden Verfahren nur mit 70% des sich rechnerisch ergebenden Wertes ausgenutzt.

Bei der Prüfung auf Erreichbarkeit einer entfernteren Einscherlücke wird berücksichtigt, dass eine bestimmte Zeit vergeht, bis diese Einscherlücke erreicht wird. In dieser Zeit bewegen sich die lückenbildenden Fahrzeuge, so dass sich Position und Ausdehnung der Einscherlücke sowie die Zustände der lückenbildenden Fahrzeuge, insbesondere Geschwindigkeit und Beschleunigung, ändern können. Deshalb ist darüber eine rechnerische Prognose zu erstellen, die zu späteren Zeitpunkten überprüft und evtl. korrigiert wird. Diese Zeitpunkte werden folgend als Lückenplanungszeitpunkt bezeichnet. Den zeitlichen Verlauf des Einschermanövers sowie die maximal zur Verfügung stehende Einscherzeit und damit der Prognosehorizont werden immer kleiner und die prognostizierten Zustände nähern sich den Realen immer mehr an. Es wird zur Durchführung des Verfahrens angenommen, dass sich die Zustände der lückenbildenden Fahrzeuge innerhalb eines Prognosehorizonts nicht ändern. Aktualisierungen dieser Zustände werden aber bereits im kommenden Lückenplanungszeitpunkt vorgenommen. Beim spurwechselnden Fahrzeug Fz₁ wird das bekannte fahrzeugtypische Beschleunigungspotential berücksichtigt. Die aktuellen und dann als konstant angenommenen Beschleunigungen der Fahrzeuge Fz₂-Fz₅ werden in dem hier beschriebenen Verfahren berücksichtigt, sind diese durch Fahrzeug-/Fahrzeugkommunikation nicht übertragbar, können diese zu jeweils 0 angenommen werden.

Das Einscheren vor oder hinter einem Fahrzeug erfordert das Einhalten eines Sicherheitsabstandes. Zudem ist eine Geschwindigkeitsanpassung an das nach Beendigung des Einschervorganges vorausfahrende sowie das nachfolgende Fahrzeug notwendig.

Wenn das vordere Führungsfahrzeug schneller fährt als das nachfolgende Fahrzeug genügt es, wenn eine relativ kleine Zeitlücke von etwa t_z = 1,5 s und ein geschwindigkeitsunabhängiger Mindestabstand von etwa 2 m eingehalten wird, da sich der Abstand wegen des schnelleren vorausfahrenden Fahrzeugs zunächst vergrößern wird. Ein kurzes ungefährliches Verringern des empfohlenen Folgeabstands beim Einscheren ist hinnehmbar. Ausreichende Sicherheit ist gegeben, wenn der reale Abstand größer ist als der innerhalb der Zeitlücke t_z zurückgelegte Weg zuzüglich des Mindestabstandes.

Wenn das Führungsfahrzeug langsamer fährt, muss das nachfolgende Fahrzeug seine Geschwindigkeit v_n um einen Betrag D_v verringern. Nach der Verzögerungsphase sind die Geschwindigkeiten beider Fahrzeuge gleich und die empfohlene Zeitlücke t_z = 1,8 s zwischen beiden Fahrzeugen. Über diesen empfohlenen Folgeabstand "f" hinaus benötigt das Folgefahrzeug eine verzögerungsabhängige Distanz, um seine Geschwindigkeit nach einer kurzen Reaktionszeit t_r = 0,5 s an die des gerade auf die Spur gewechselten Führungsfahrzeugs anzupassen. Eine zugemutete Verzögerung b_z liegt beispielsweise zwischen -0.5 m/s², dies entspricht einem spürbaren Gaswegnehmen und maximal -2,5 m/s2, dies entspricht einer heftigen Anpassung an den Verkehrsfluss. Dies führt zu der Bedingung, dass der reale Abstand größer sein muss als der für die Verzögerung notwendige Abstand zuzüglich des innerhalb t_z zurückgelegten Weges und des Mindestabstandes. Innerhalb des Verfahrens muss diese Bedingung immer erfüllt sein, die Möglichkeit diese einzuhalten ist insbesondere ein Maßstab zur Bewertung von in Frage kommenden Einscherlücken.

Das einscherende Fahrzeug muss neben dem Sicherheitsabstand nach hinten auch den Sicherheitsabstand nach vorne zu einem auf der Zielspur vorausfahrenden Fahrzeug überprüfen. Hier gelten die gleichen Regeln wie beim Sicherheitsabstand nach hinten, nur ist diesmal das einscherende Fahrzeug das nachfolgende. Ggf. kann die zugemutete Verzögerung leicht erhöht werden, da es sich hier um die akzeptierte Verzögerung des einscherenden Fahrzeugs handelt, das ein deutlich größeres Interesse am Gelingen des Spurwechsels hat.

Fig. 2 zeigt für ein Referenzfahrzeug Fz₁ die Bewegungszusammenhänge zur potentiellen Erreichbarkeit einer Einscherlücke i vor dem i-ten Fahrzeug Fz₁ mit der Geschwindigkeit v_i. Dabei bezeichnet t_e1 die bei beschleunigter Bewegung für den Einschervorgang benötigte Zeit, e₁ den dabei von dem einscherenden Fahrzeug zurückgelegten Weg, g die zum vorausfahrenden Fahrzeug einzuhaltende Geschwindigkeitsanpassungsdistanz, um dem Fahrzeug Fz₁ eine Anpassung seiner eigenen Geschwindigkeit an die des vorausfahrenden Fahrzeuges zu ermöglichen, e_i ist die von Fahrzeug Fz₁ während des Einschervorganges zurückgelegte Strecke, l_fz ist die Länge des Fahrzeuges Fz₁ und f der Geschwindigkeit v_i abhängige Folgeabstand ("Tacho halbe") zwischen den Fahrzeugen Fz₁ und Fz_i.

Für die Geschwindigkeitsanpassungsdistanz g muss die Geschwindigkeit des Referenzfahrzeugs Fz₁ nach dem Einscheren, dies ist die Einschergeschwindigkeit _rEND, berücksichtigt werden, sofern sie kleiner als v_i-1 ist.

Die i-te Einscherlücke vor einem Fahrzeug ist potentiell erreichbar, wenn die für den Einschervorgang verfügbare Zeit kleiner ist als die maximale Einscherzeit und die Einschergeschwindigkeit V_rEND kleiner als die momentan akzeptierte Höchstgeschwindigkeit, diese kann technisch oder durch Verkehrsbeschränkung bedingt sein, ist. Der Sicherheitsabstand nach vorne ist für die Fahrzeugposition des i-ten Lückenführers nach der Einscherzeit zu prüfen, somit ob Fahrzeug Fz₁ die wegen Fahrzeug i-1 eventuell notwendige Verzögerung nach dem Einscheren akzeptiert.

Eine Einscherlücke gilt folglich als potentiell erreichbar, wenn das maximale Beschleunigungsvermögen oder ein durch den Fahrer vorgebbares Beschleunigungsvermögen ausreicht, um die Einscherlücke vor Passieren des Einscherpunktes zu erreichen. Eine weitere Bedingung zur Nutzbarkeit einer Einscherlücke ist, dass das einscherende Fahrzeug Fz₁ nach dem Einscheren in der Lage ist, seine Geschwindigkeit an das vorausfahrende bzw. nachfolgende Fahrzeug anzupassen.

Neben der potentiellen Erreichbarkeit einer Einscherlücke durch das einscherende Fährzeug Fz₁ ist ebenso die reale Erreichbarkeit der Einscherlücke zu überprüfen. Diese Prüfung wird im folgenden anhand Fig. 3 erläutert. Trotz potentieller Erreichbarkeit einer Einscherlücke kann diese tatsächlich nicht erreichbar sein, wenn beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug den Weg zu der Einscherlücke versperrt. Ebenso ist es möglich, dass beispielsweise bei einem Spurende weitere Fahrzeuge einen Spurwechsel vornehmen müssen und sich für die gleiche potentielle erreichbare Einscherlücke wie das Fahrzeug Fz₁ entschieden haben. Mit Fahrzeug-/Fahrzeugkommunikation können die Entscheidungen für bestimmte Einscherlücken in anderen Fahrzeugen bekannt gemacht und bei der Prüfung auf Erreichbarkeit einer Fahrzeuglücke berücksichtigt werden. Ist eine Einscherlücke potentiell erreichbar, muss im nächsten Schritt die reale Erreichbarkeit geprüft werden. Dazu wird mindestens geprüft, ob ein unmittelbares Vorgängerfahrzeug Fz_vor auf der aktuellen Spur innerhalb der Einscherstrecke während der Einscherzeit wenigstens die Einscherstrecke e₁ verlassen und den empfohlenen Folgeabstand f für das Fahrzeug Fz₁, bezüglich der Einschergeschwindigkeit V_rEND des Fahrzeugs FZ₁ zurückgelegt hat. Die empfohlene Zeitlücke zwischen Referenzfahrzeug Fz₁ und Vorgängerfahrzeug Fz_vor wird dabei etwas höher angesetzt, beispielsweise 2 sec., damit in der Realität eine sichere, relativ unbeeinflusste Erreichbarkeit der Einscherlücke gewährleistet ist, ohne stark auf das Vorgängerfahrzeug Fz_vor auffahren zu müssen.

Da sich vor dem Fahrzeug Fz_vor noch weitere Fahrzeuge auf der aktuellen Spur befinden können, wird die Prüfung der realen Erreichbarkeit der angestrebten Einscherlücke erweitert auf die weiteren vorausfahrenden Fahrzeuge. Jedes der vorausfahrenden Fahrzeuge auf der aktuellen Spur muss innerhalb der Einscherzeit die Einscherstrecke verlassen haben und sich soweit vor dem jeweiligen Folgefahrzeug befinden, dass zwischen beiden eine empfohlene Zeitlücke von 2 sec. entsteht.

Das Einscheren hinter einem Fahrzeug wie in Fig. 4 dargestellt ist im Prinzip immer möglich, da man ggf. die Geschwindigkeit nur herabsetzen und abwarten muss, bis das Fahrzeug an dem einscherenden Fahrzeug vorbeigefahren ist. Deshalb ist eine derartige Einscherlücke potentiell immer erreichbar. Soll die maximal zur Verfügung stehende Einscherstrecke bis zum Einscherpunkt 4 ausgenutzt werden, ist sicherzustellen, dass sich keine weiteren Fahrzeuge in diesem Bereich befinden. Wenn das Fahrzeug Fz₁ so die Spur wechselt, dass das Fahrzeug Fz₁, hinter dem eingeschert werden soll, gerade den Einscherpunkt passiert und den von der Einschergeschwindigkeit v_rEND des Fahrzeugs FZ₁ abhängigen Folgeabstand für das Fahrzeug FZ₁ zurückgelegt hat, so steht dem einscherenden Fahrzeug die maximale Einscherstrecke zur Verfügung. Die Bedingungen werden so gewählt, dass das Fahrzeug Fz₁ möglichst spät, nah und schnell hinter einem Fahrzeug Fz₁ einscheren kann, so dass möglichst geringe Beschleunigungen in der Annäherungsphase auf der aktuellen Spur und definierte geringe Verzögerungen nach dem Spurwechsel notwendig werden. Wenn das Fahrzeug so die Spur wechselt, entsteht zusätzlich die größtmögliche Distanz zum in Fig. 4 nicht dargestellten Folgefahrzeug Fz_i+1 auf der Zielspur und kleinstmögliche Notwendigkeit der Geschwindigkeitsanpassung für das Fahrzeug Fz_i+1. Die maximale Einscherstrecke e_m wird vom Referenzfahrzeug komplett genutzt. Wenn es am Einscherpunkt die Spur wechselt, muss der i-te Lückenführer diesen Einscherpunkt ebenfalls passiert haben.

Potentielle Einscherlücken werden innerhalb des Verfahrens nach folgenden Kriterien durch eine Datenverarbeitungsanlage bewertet.

Sind die zugemuteten und akzeptierten Verzögerungen in der Nähe der vorgegebenen Grenzwerte (schlecht) oder deutlich kleiner (sehr gut).

Ist die i-te Einscherstrecke noch weit von der maximalen Einscherstrecke entfernt (sehr gut) oder bereits sehr dicht daran (schlecht).

Ist die Endgeschwindigkeit des Referenzfahrzeugs nahe an der typischen Fahrerhöchstgeschwindigkeit oder einer gültigen Geschwindigkeitsbegrenzung (schlecht) oder noch weit davon entfernt (sehr gut).

Sind die prognostizierten Zeitlücken der Vorgängerfahrzeuge auf der aktuellen Spur nach der Einscherzeit deutlich über 2 s (sehr gut) oder deutlich darunter (schlecht). Große prognostizierte Einscherlücken weisen darauf hin, dass bei unerwarteten größeren Zustandsänderungen bzw. Störungen immer noch Freiraum für das Referenzfahrzeug bleibt, die potentiell erreichbare Einscherlücke auch tatsächlich zu erreichen.

Die erreichbaren Einscherlücken werden mittels eines Bewertungsschemas in beispielsweise 4 Bewertungsklassen eingeteilt. Diese sind z. B.

a) Einscherlücke ist sehr gut oder gut erreichbar,
b) befriedigend oder ausreichend erreichbar,
c) schlecht erreichbar, d. h. sicher nur noch bei stark verringerten Sicherheitskriterien
d) unerreichbar aufgrund technischer Randbedingungen oder wegen eines gänzlich unvernünftigen Risikoeinsatzes.

Die Anzahl der Klassen kann größer oder kleiner als im hier gewählten Ausführungsbeispiel sein. Wenn alle Fahrzeuglücken geprüft sind wird der Fahrer sprachlich und graphisch über die Erreichbarkeit einer Einscherlücke informiert. Die Einscherlücke wird dabei einfach und unmissverständlich angegeben. Dazu dient ein im KFz angeordnetes Display wie es von Fahrzeugnavigationsanlagen bekannt ist.

Entgegen der bisherigen Zählweise wird die erste unmittelbare Einscherlücke auf der Zielspur mit 1 und vorderste Einscherlücke im Bereich des Einscherpunktes mit n bezeichnet.

Wenn mit Fzg/Fzg-Kommunikation auch visuelle Fahrzeugeigenschaften mit übertragen werden, z. B. Farbe, Typ, Hersteller, Fahrzeugart, kann dies zur Bezeichnung der Einscherlücke herangezogen werden. Eine Sprachmeldung des KFz könnte beispielsweise lauten "Nehmen Sie bitte die 3. vorausliegende Fahrzeuglücke hinter der blauen Mercedes A-Klasse und vor dem hellgrünen MAN-Lastzug, oder die 1. Einscherlücke hinter dem weißen Golf-Cabrio und vor dem graubraunen Mazda."

Darüber hinaus wird die Bewertung der Einscherlücke dem Fahrer bekanntgemacht. Bei sehr guter bis guter Gesamtbewertung einer Einscherlücke empfehle dem Fahrer diese graphisch und sprachlich wärmstens. Wenn bei dem ein oder anderen Bewertungskriterium Grenzwerte relativ nah berührt werden, kann der Fahrer darüber ebenfalls informiert werden. Eine Sprachmeldung des KFz könnte beispielsweise lauten "Die 3. Einscherlücke ist sehr bequem und sicher erreichbar, allerdings werden Sie dazu die zulässige Höchstgeschwindigkeit um 12 km/h überschreiten müssen."

Bei befriedigender bis ausreichender Gesamtbewertung wird der Fahrer über die kritischen Grenzwertkriterien informiert, aber ihm durchaus noch Mut gemacht. Eine Sprachmeldung des Kfz könnte beispielsweise lauten "Diese Einscherlücke ist noch sicher erreichbar, allerdings müssen Sie nach dem Einscheren relativ schnell und etwas stärker als normalerweise von Ihnen durchgeführt von etwa 136 km/h auf 110 km/h verzögern."

Bei schlechter aber immer noch möglicher sicherer Erreichbarkeit wird dem Fahrer abgeraten, die Einscherlücke anzustreben und ihm die Risikofaktoren deutlich grafisch oder akustisch gezeigt. Unerreichbare oder zu unsichere Einscherlücken werden auf dem Display kenntlich gemacht und entsprechend kommentiert.

Claims

1. Verfahren zur Leithilfe für einen Fahrspurwechsel eines Fahrzeuges (Fz₁₎ von einer momentanen Fahrspur (2) auf eine benachbarte Zielspur (1), wobei aus den Abständen und Geschwindigkeiten von dort befindlichen Objekten, insbesondere weiteren Fahrzeugen (Fz₂-Fz_n), mögliche Einscherlücken mittels einer Simulation der zukünftigen Bewegung identifiziert werden und dem Fahrer potentielle Einscherlücken signalisiert werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
Ort und Geschwindigkeit des Fahrzeuges (Fz₁) ermittelt werden,
die Orte aller weiteren Fahrzeuge (Fz₂-Fz_n) in der Umgebung des Fahrzeugs (Fz₁) diesem übermittelt werden,
die Geschwindigkeit der weiteren Fahrzeuge (Fz₂-Fz_n) entweder aus zeitlich aufeinanderfolgenden Ortsdaten durch das Fahrzeug (Fz₁) bestimmt oder zusätzlich an dieses übermittelt werden,
aus den Informationen zu Ort und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (Fz₁-Fz_n) eine mögliche Einscherlücke ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsbestimmung mittels eines Global Positioning Systems, vorzugsweise eines Differential Global Positioning Systems, erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Informationen zur Beschleunigung aller Fahrzeuge (Fz₂-Fz_n) in der Umgebung des Fahrzeugs (Fz₁) an dieses übermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung von Ort und ggf. Geschwindigkeit sowie Beschleunigung mittels einer Fzg/Fzg-Kommunikation erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung von Ort und ggf. Geschwindigkeit sowie Beschleunigung mittels eines ortsfesten Dienstes erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung potentieller Einscherlücken die Bewegung des Fahrzeuges (Fz₁) ausgehend von einem Anfangsort (A) bis zum erreichen der möglichen Einscherlücke berechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Bewegungsgleichungen der Fahrzeuge (Fz₁-Fz_n) mit Rand- und Anfangsbedingungen für Orte und Geschwindigkeiten sowie minimal einzuhaltender Abstände zu vorausfahrenden (Fz_i) und nachfolgenden Fahrzeugen (Fz_i+1) die Erreichbarkeit einer Einscherlücke (L_i,i-1) durch Vergleich der für den Einschervorgang benötigten Zeit (t_ei) mit einer maximal für den Einschervorgang zur Verfügung stehenden Zeit (t_m) ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Bewegungsgleichungen der Fahrzeuge (Fz₁-Fz_n) mit den Rand- und Anfangsbedingungen für Orte und Geschwindigkeiten sowie minimal einzuhaltender Abstände zu vorausfahrenden Fahrzeugen (F_vor) zusätzlich der zum Erreichen der Einscherlücke (L_i,i-1) erforderliche Fahrweg auf Hindernisse in Form von vorausfahrenden Fahrzeugen (F_vor) geprüft wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Bewegungsgleichungen der Fahrzeuge (Fz₁-Fz_n) mit den Rand- und Anfangsbedingungen für Orte und Geschwindigkeiten sowie minimal einzuhaltender Abstände zu nachfolgenden Fahrzeugen die nachfolgenden Fahrzeuge (Fz_i) auf notwendige Verzögerungen geprüft werden, die ein Grenzmaß überschreiten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zur Geschwindigkeitsanpassung zwischen zwei Fahrzeugen linearisiert berechnet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein potentielles Beschleunigungsvermögen mindestens des Fahrzeuges (Fz₁) berücksichtigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das potentielle Beschleunigungsvermögen mittels einer Zugkrafthyperbel ermittelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil, vorzugsweise etwa 70%, des ermittelten potentiellen Beschleunigungsvermögens als Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs (Fz₁) berücksichtigt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über einen bevorstehenden notwendigen Spurwechsel einer digitalen Karte entnommen werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer endenden Fahrspur eine Pufferstrecke e_pberücksichtigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerungsabhängige Pufferstrecke durch fahrerabhängige Verzögerungsvorgaben, je nach individuellem Sicherheitsbedürfnis, variiert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob eine potentielle Einscherlücke durch vorausfahrende oder nachfolgende Fahrzeuge versperrt ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mögliche Einscherlücken bezüglich ihrer Erreichbarkeit bewertet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung durch Einteilung möglicher Einscherlücken bezüglich ihrer Erreichbarkeit in Bewertungsklassen erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreichbarkeit möglicher Einscherlücken graphisch und/oder akustisch angezeigt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Daten zur visuellen Identifikation der weiteren Fahrzeuge (Fz₂-Fz_n) übermittelt werden.

22. Fahrzeug mit einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 befähigt ist.