DE102006037993B4

DE102006037993B4 - Verfahren zum Voraussagen des Pfads eines Host-Fahrzeugs in Bezug auf ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug

Info

Publication number: DE102006037993B4
Application number: DE102006037993.4A
Authority: DE
Inventors: Upali Priyantha Mudalige; Carroll C. Kellum
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2026-08-15
Also published as: CN1916991A; US20070043506A1; US7920969B2; DE102006037993A1; US7729857B2; US20070043502A1; CN100555357C

Abstract

Verfahren zum Vorhersagen des Pfads eines fahrenden Host-Fahrzeugs (12) in Bezug auf mindestens ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug (16) durch einen Controller (36), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:a) Ermitteln und Speichern mehrerer Wegkoordinaten, einer Koordinate einer momentanen Position und einer Fahrtrichtung für mindestens ein fahrendes entferntes Fahrzeug (16);b) Ermitteln einer Koordinate einer momentanen Position und einer Fahrtrichtung für das Host-Fahrzeug (12);c) Vergleichen der Koordinaten der momentanen Position und der Fahrtrichtungen für das Host-Fahrzeug (12) und das mindestens eine fahrende entfernte Fahrzeug (16), um mindestens ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug zu ermitteln, das sich vor dem Host-Fahrzeug (12) befindet und in die gleiche Richtung fährt, wobei das mindestens eine entfernte Fahrzeug (16) auf der Grundlage der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Koordinaten der momentanen Position des Fahrzeugs in eine von mehreren Kategorien kategorisiert wird, wobei die Kategorien aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus einer anderen Fahrbahnhöhe, Gegenverkehr, Kreuzen von links, Kreuzen von rechts, voraus liegender Host-Spur, voraus liegender benachbarter Spur, voraus liegender versetzter Spur, zurück liegender Host-Spur, zurück liegender benachbarter Spur und zurück liegender versetzter Spur besteht, wobei die Spurposition in Bezug auf die Spur des Host-Fahrzeugs für jedes entfernte Fahrzeug (16) durch Analysieren eines Richtungsvektors ermittelt wird, der sequenziell von einem parametrisch inneren Punkt a des Host-Fahrzeugs zu einem vordersten Punkt b des Host-Fahrzeugs und zu einem parametrisch inneren Wegpunkt S eines entfernten Fahrzeugs abgeleitet wird, so dass nur ein Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn positiv ist, und das entfernte Fahrzeug (16) sich auf einer linken Spur befindet, wenn die folgende Ungleichung:(bx−ax)(sy−ay)−(sx−ax)(by−ay)>0wahr ist, und ax, ayKoordinaten des Punkts a sind, bx, byKoordinaten des Punkts b sind und sx, syKoordinaten des Punkts S sind; undd) Ermitteln mehrerer Koordinaten eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug (12), wobei die mehreren Koordinaten des projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug (12) so ermittelt werden,dass entwederalle Pfadkoordinaten mit einer entsprechenden Wegkoordinate des entfernten Fahrzeugs deckungsgleich sind, wenn das entfernte Fahrzeug (16) in die voraus liegende Host-Spur kategorisiert wird,oderalle Pfadkoordinaten mit einem konstanten seitlichen Versatz rechtwinklig von einer entsprechenden Wegkoordinate des entfernten Fahrzeugs beabstandet sind, wenn das entfernte Fahrzeug (16) in die voraus liegende benachbarte Spur oder voraus liegende versetzte Spur kategorisiert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Voraussagen eines Pfads eines fahrenden Host-Fahrzeugs in Bezug auf ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug.
2. Hintergrund
Es wurden Kollisionssteuersysteme entwickelt, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zwischen Beförderungseinrichtungen, wie beispielsweise Booten, Luftfahrzeugen und Kraftfahrzeugen, zu reduzieren. In Bezug auf Fahrzeuge beruhen diese herkömmlichen Sicherheitsanwendungen auf der Fähigkeit, die genaue relative Positionierung und vorhersehbare Fahrverläufe der Host-Fahrzeuge und der Umgebungsfahrzeuge zu ermitteln, um eine Vorwärtskollisionswarnung bereitzustellen und in einigen Fällen ein automatisches Bremsen zu bewirken. Im Allgemeinen verwenden Ansätze des Stands der Technik Eingaben von einer Mehrzahl von externen Fahrzeugsensoren, die Fahrzeuge und andere Objekte in der Umgebung detektieren, um die Zielfahrzeuge zu identifizieren, die eine Kollisionsgefahr darstellen. Diese Sensoreingaben werden dann durch einen Controller verwendet, um eine projektierte Kollision zu ermitteln.
Obwohl diese multisensorbasierten Systeme häufig verwendet werden, bringen sie allgemeine Probleme und Leistungsschwächen mit sich. Um z.B. eine Dreihundertsechzig-Grad-Detektion bereitzustellen, sind zahlreiche Sensoren erforderlich, was die gesamten Produkt- und Reparaturkosten des Fahrzeugs erheblich erhöht. Die zahlreichen Sensoren sind aufgrund der zusätzlichen Komplexität, die mit dem Interpretieren und Zusammenbringen der Sensoreingaben in den Algorithmen zur Fällung von Endentscheidungen einhergeht, unzuverlässig. Ferner erhöht die Komplexität dieser herkömmlichen Systeme die mit Fortbildungen, der Herstellung und dem Entwurf in Verbindung stehenden Arbeitskosten.
Der Betrieb dieser Systeme ist aufgrund der unflexiblen fahrzeugspezifischen Ausgestaltungen beschränkt. Ein Hauptproblem besteht darin, dass diese Systeme durch die Fähigkeiten der Sensoren beschränkt sind. Zum Beispiel kann es sein, dass ein sich schnell näherndes Fahrzeug von außerhalb der Reichweite des verwendbaren Sensors/der verwendbaren Sensoren aufgrund einer mangelnden Detektion außerhalb einer ausreichenden Zeitdauer vom Aufprall mit dem Host-Fahrzeug kollidiert. Die geeignete Sensorleistung wird auch zunehmend durch komplexe und überbelastete Fahrzeugkommunikationsnetzwerke beeinflusst. In diesem Fall verwendet jeder separat arbeitende Sensor, der eine elektrische Steuereinheit darstellt, eine verfügbare Bandbreite für eine Zwischenknotenkommunikation. Wenn Baud-Raten oder die Kapazität nicht mehr ausreichen, kann ein Ansammeln von Sensoreingängen eine schlechte Leistung oder das Versagen des herkömmlichen Systems verursachen.
Schließlich sind Kollisionssteuersysteme auch in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, den zukünftigen Fahrpfad des Host-Fahrzeugs vorherzusagen. Diesbezüglich werden herkömmlich Giergeschwindigkeits- und Lenkwinkelsensoren verwendet, um den zukünftigen Pfad des Fahrzeugs dadurch vorherzusagen, dass angenommen wird, dass das Fahrzeug in der unmittelbaren Zukunft die gleichen Fahrtrichtungsänderungen unternimmt, die momentan befohlen werden. Die Vorhersagefähigkeiten dieser Systeme sind jedoch durch die Fähigkeit des Bedieners eingeschränkt, Lenkwinkel- und Fahrtrichtungsschwankungen zu minimieren, die verursachen, dass sich der vorhergesagte Pfad stark ändert. Ferner folgt der Fahrpfad des Fahrzeugs oftmals der Form der Fahrbahn. Aus diesem Grund versuchen viele Systeme, die Fahrbahn- oder Spurform zu identifizieren, um eine Pfadvorhersage aufzuführen, und setzen viele Systeme für diesen Zweck oft Kartendatenbanken und Sichtsysteme ein. Kartensysteme sind jedoch teuer, und bei Sichtsystemen kann es aufgrund einer beschränkten Sicht auf die Fahrbahn Schwierigkeiten geben, herausfordernde Umgebungszustände zu überwinden.
Die DE 100 30 932 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung, Prüfung, Ergänzung und/oder Aktualisierung von Straßenkartendaten, bei dem während der Fahrt eines Fahrzeugs die aktuelle Fahrzeugposition erfasst und gespeichert wird. Die gemessenen Trajektorien werden an eine Datenbank übertragen, die mittels einer Datenverarbeitungseinheit ausgewertet wird, um eine digitale Straßenkarte zu erzeugen, zu prüfen, zu ergänzen oder zu aktualisieren.
Die DE 103 34 203 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines interaktiven Verkehrsabwicklungssystems, bei dem die Standort- und Bewegungsdaten verschiedener Verkehrsteilnehmer zur Unfallverhinderung miteinander koordiniert werden.
Die US 2004/0193372 A1 beschreibt ein System zur Bestimmung der relativen Position von Fahrzeugen zueinander unter Verwendung von GPS und Bluetooth.
Die JP H11-20 499 A beschreibt ein System zum automatischen Führen eines Fahrzeugs hinter einem vorausfahrenden Fahrzeug, bei dem die Fahrwege des vorausfahrenden und des folgenden Fahrzeugs anhand der GPS-Daten der Fahrzeuge, der Fahrzeuggeschwindigkeiten und der Gierbeschleunigen der Fahrzeuge bestimmt werden.
Die DE 199 56 288 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorhersehen eines Fahrzeugzusammenstoßereignisses.
Die DE 101 33 283 A1 beschreibt ein Warnsystem zur Kollisionsvermeidung im Straßenverkehr.
Die DE 198 18 473 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs.
Ferner sei an dieser Stelle auf die Druckschriften US 2002 / 0 049 539 A1 und DE 694 26 916 T2 verwiesen, die beide Verfahren zum Voraussagen eines Pfads eines fahrenden Host-Fahrzeugs in Bezug auf ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug beschreiben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mittels der in verbesserter Weise zur Kollisionsvermeidung ein Pfad eines Fahrzeugs vorhersagbar ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vorhersagen eines Pfades mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es ist zu verstehen und es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik darstellt, die zum Beispiel umfassen, dass einem Bediener des Host-Fahrzeugs eine bevorstehende sich annähernde Kollision vorhersagend mitgeteilt wird. Diese Erfindung erhöht die Effizienz von Kollisionssteuersystemen durch Beseitigen der Verwendung von Sensoren, um die Umgebungen von Host-Fahrzeugen zu detektieren. Die Verwendung einer V2V-Kommunikation stellt eine größere Reichweite und mehr Funktionen bereit als die herkömmlicher sensorbasierter Systeme. Die vorliegende Erfindung ist auch nützlich, um ein Verfahren zum Verfolgen eines Führungsfahrzeugs bei Zuständen mit versperrter Sicht bereitzustellen.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend detailliert in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 ein Aufriss eines Host-Fahrzeugs und eines entfernten Fahrzeugs ist, das kommunikativ mit dem Host-Fahrzeug gekoppelt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1a ein Aufriss der in 1 gezeigten Host- und entfernten Fahrzeuge ist, die über eine dritte Zwischeneinrichtung kommunizieren;
2 ein Aufriss des Armaturenbretts des Host-Fahrzeugs und des in 1 gezeigten Kollisionssteuersystems ist, wobei insbesondere der Monitor und eine Kartenaufzeichnung gezeigt sind;
2a ein Aufriss des Monitors ist, der ein Kollisionswarnsignal anzeigt;
2b ein Aufriss des Monitors ist, der ein Pfadabweichsignal anzeigt;
3 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und der Wegkoordinaten, des Wegpolygons und des Polygons des unmittelbaren dynamischen Pfads für das Host-Fahrzeug ist, das über eine Durchfahrtsstraße fährt;
4 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und zwei entfernter Fahrzeuge ist, die auf benachbarten Spuren fahren, wobei insbesondere Spurermittlungsvektoren dargestellt sind;
5 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und eines entfernten Fahrzeugs ist, die auf benachbarten Spuren fahren, wobei insbesondere seitliche Versetzungen dargestellt sind;
6 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und eines entfernten Führungsfahrzeugs ist, das in der Spur des Host-Fahrzeugs fährt, wobei insbesondere mehrere Koordinaten eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug gezeigt sind; und
7 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und eines entfernten Führungsfahrzeugs ist, das auf einer Spur fährt, die zu der Spur des Host-Fahrzeugs benachbart ist, wobei insbesondere die Ermittlung mehrerer Koordinaten eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug gezeigt ist; und
8 eine Draufsicht eines Host-Fahrzeugs und zwei entfernter Führungsfahrzeuge ist, die in den Spuren fahren, die links und rechts zu der Spur des Host-Fahrzeugs benachbart sind, wobei insbesondere die anfänglichen mehreren Koordinaten des projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug in Bezug auf die Führungsfahrzeuge gezeigt sind.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Wie es in 1 gezeigt ist, betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Kollisionssteuer- und Pfadvorhersagesystem 10, das zur Verwendung bei einem Host-Fahrzeug 12 und durch einen Bediener 14 geeignet ist. Das System 10 ist hierin in Bezug auf Fahrzeuge, wie beispielsweise Autos, Geländewagen, Lastwagen etc. erläutert und beschrieben. Es kann jedoch auch bei Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, einer Fortbewegung eines Menschen oder anderen Beförderungsarten verwendet werden, bei denen eine Vorhersage eines projektierten Pfads oder eine Kollisionsvermeidung erwünscht ist. Das System 10 ist ausgestaltet, um mehrere Wegkoordinaten 12t, eine Koordinate 12c einer momentanen Position und mehrere Koordinaten 12i eines unmittelbaren dynamischen Pfads (IDP-Koordinaten von immediate dynamic path coordinates) für das Host-Fahrzeug 12 und einen ähnlichen Satz von Koordinaten 16t, 16c, 16i für mindestens ein entferntes Fahrzeug 16 zu ermitteln (siehe 2). Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend außer an den Stellen, an denen für eine Erläuterung mehrere entfernte Fahrzeuge notwendig sind, in Bezug auf ein entferntes Fahrzeug 16 beschrieben, wobei zu verstehen ist, dass die erfinderischen Aspekte der Erfindung gleichzeitig in Bezug auf mehrere entfernte Fahrzeuge ausgeführt werden können.
Es wird von Fachleuten erkannt, dass viele Aktivsicherheitsanwendungen für Umgebungen, in denen eine V2V-Kommunikation, wie beispielsweise das bevorzugte System 10, möglich ist, eine Positionierung in Bezug auf Spurniveaus und vorhergesagte Fahrpfade für Fahrzeuge in der Nähe erfordern, was durch eine V2V-Kommunikation vereinfacht wird. Somit sind gemäß der vorliegenden Erfindung das Host-Fahrzeug 12 und das entfernte Fahrzeug 16 durch eine geeignete Drahtlostechnologie kommunikativ gekoppelt. Zum Beispiel können die Fahrzeuge 12, 16 durch ein Funk-LAN, HF-Technologie oder ein anderes herkömmliches Mittel gekoppelt sein, das eine gemeinsame Nutzungen von Informationen zwischen Fahrzeugen in Echtzeit ermöglicht. Alternativ können die Fahrzeuge 12, 16 über eine dritte Zwischeneinrichtung 18 (siehe 1a) kommunikativ gekoppelt sein, die die relevanten Koordinatendaten kontinuierlich erfasst, die hierin beschriebenen Ermittlungen ausführt und kontinuierliche Daten eines projektierten Pfads, Signale und/oder Befehle zu dem Host-Fahrzeug 12 zurück überträgt. Es sei ferner angemerkt, dass die Zuverlässigkeit der Sicherheitsanwendung von der Genauigkeit des umfassten V2V-Kommunikationssystems abhängt.
Im Allgemeinen ist das System 10 ausgestaltet, um Informationen zu dem Bediener zu übertragen, die dem Bediener dabei helfen können, eine mögliche Kollision der Fahrzeuge 12, 16 zu vermeiden und ist vorzugsweise ausgestaltet, um selbständig zu veranlassen, dass das Fahrzeug 12 seinen Pfad und/oder seine Geschwindigkeit ändert, wenn eine Kollision vorhergesagt wird. Das bevorzugte System 10 ermöglicht auch durch Ermitteln mehrerer Koordinaten 12p des projektierten Pfades des Host-Fahrzeugs in Bezug auf die Wegkoordinaten 16t des entfernten Fahrzeugs, dass das entfernte Fahrzeug 16 für das Host-Fahrzeug 12 als ein Führungsfahrzeug wirkt.
Insbesondere ist eine Lokalisierereinrichtung 20 zur Verwendung durch das Host-Fahrzeug 12 geeignet. Die Einrichtung 20 ist ausgestaltet, um für mindestens eine Zeitdauer für die Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 die Koordinaten 12c, 16c der momentanen Position und mehrere Wegkoordinaten 12t, 16t zu ermitteln und zu speichern. Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine bevorzugte Lokalisierereinrichtung 20 ausgestaltet, um Längengrad-, Breitengrad- und Höhenkoordinaten unter Verwendung eines weltweiten Navigationssatellitensystems (GNSS von Global Navigation Satellite System) zu speichern, und umfasst beispielsweise ferner einen GNSS-Empfänger 22, der in dem Fahrzeug 12 angeordnet ist, und einen Satz von zugeordneten Satelliten 24, 26, 28, 30, die kommunikativ mit dem Empfänger 22 gekoppelt sind. Somit kann die Lokalisierereinrichtung 20 in einem absoluten Koordinatensystem arbeiten. Alternativ könnten andere an Steuerpunkten angeordnete Signalquellen kommunikativ mit dem Empfänger 22 gekoppelt sein, und andere Koordinatensysteme, die auf einer Vielzahl von geodätischen Messwerten, Einheiten, Projektionen und Referenzen, wie beispielsweise dem Military Grid Reference System (MGRS) oder ECEF X, Y, Z basieren, könnten verwendet werden.
Die bevorzugte Einrichtung 20 ist auch ausgestaltet, um die Fahrzeugpositionen in Korrelation zu bringen, um die relativen Koordinaten zwischen den Fahrzeugen 12, 16 in einem relativen Koordinatensystem zu ermitteln, wobei sich das System aktualisiert, wenn die Fahrzeuge 12, 16 fahren. In dem relativen Koordinatensystem könnten die empfangene Signalstärke oder die Übertragungszeit für Nachrichten, die zwischen Fahrzeugen gesendet werden, oder rohe GNSS-Empfängerreichweitendaten, wie beispielsweise eine Reichweite zu Satelliten, verwendet werden, um die relativen Positionen zwischen Fahrzeugen festzustellen, die dann verwendet werden könnten, um Weginformationen zu erzeugen.
Die bevorzugte Lokalisierereinrichtung 20 kann auch eine Kartendatenbank 32 mit mindestens einer Kartenaufzeichnung 32a umfassen, die aus Punkten einer globalen Positionsbestimmung besteht. Die Einrichtung 20 ist ausgestaltet, um die Koordinaten der momentanen Position und die Wegkoordinaten der Host- und entfernten Fahrzeuge mit entsprechenden Punkten an der Kartenaufzeichnung 32a in Übereinstimmung zu bringen, wie in 2 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung umfasst das bevorzugte System 10 ferner einen Monitor 34 zum Anzeigen der Kartenaufzeichnung 32a. Die Datenbank 32 kann durch ein herkömmliches Speichermittel, wie beispielsweise eine DVD-ROM, eine interne Festplatte oder eine entfernbare Speicherkarte, gespeichert sein.
Ein erfinderischer Controller 36 ist kommunikativ mit der Einrichtung 20 gekoppelt und ausgestaltet, um selbständig eine Fahrtrichtung, eine Geschwindigkeit V und einen Weg und IDP-Polygone für jedes der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 und Koordinaten 12p eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug 12 auf der Grundlage der erfassten vergangenen Positionsdaten zu ermitteln. Der bevorzugte Controller 36 ist ferner ausgestaltet, um ein Signal 34a zu erzeugen, wenn sich gleichzeitig kreuzende Pfade (d.h. eine räumliche und zeitliche Kongruenz) detektiert werden. Alternativ kann, wenn keine Polygone ermittelt werden, das Signal 34a erzeugt werden, wenn eine im Allgemeinen gleichzeitige Kreuzung von Pfadkoordinaten detektiert wird, wobei der Begriff „im Allgemeinen gleichzeitig“ innerhalb einer Zeitdauer basierend auf den Geschwindigkeiten und Abmessungen der Fahrzeuge 12, 16 bedeutet. Schließlich ist der Controller 36 vorzugsweise ausgestaltet, um mindestens einer Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt), die eine Geschwindigkeitszunahme- oder Geschwindigkeitsabnahmekomponente des Fahrzeugs 12 steuert, einen Befehl zu übermitteln. Zum Beispiel kann auf die Ermittlung von sich gleichzeitig kreuzenden Pfaden ein bevorzugter Controller einen Befehl an ein Bremsmodul übermitteln, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern.
Wie in 2a gezeigt, kann ein beispielhaftes Kollisionsdetektionssignal 34a die Anzeige eines Stoppzeichens an dem Monitor 34 umfassen. Alternativ oder zusätzlich zu einem Anzeigesignal kann eine von mehreren hörbaren Ansagen, wie beispielsweise „Gefahr, Fahrzeug nähert sich von hinten“, in Abhängigkeit der Koordinaten und Fahrtrichtungen der Fahrzeuge 12, 16 erzeugt werden. Das Signal 34a kann auch über ein haptisches Kommunikationsmittel oder eine Kombination von einem oder mehreren hörbaren, visuellen oder haptischen Medien weitergeleitet werden.
Der bevorzugte Controller 36 ist auch ausgestaltet, um ein separates Signal 34b zu übermitteln, wenn die Koordinate 12c der momentanen Position und die Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs 12 um mehr als einen minimalen Schwellenwert von dem projektierten Weg abweichen. Wie in 2b gezeigt, kann ein beispielhaftes Pfadabweichsignal 34b eine Anzeige eines oder mehrerer Pfeile bilden, die den Bediener 14 zu der nächsten sich nähernden Koordinate 12p des projektierten Pfads führen.
Vorzugsweise ist der Controller 36 ausgestaltet, um eines mehrerer Signale, die variierende Grade eines Abweichens liefern, oder eine Warnung zu übermitteln. Zum Beispiel kann jedes der Signale 34a, b eines mehrerer Signale sein, die sich in ihrer Farbe, Schriftgröße, Lautstärke, Anordnung, Schriftart, ihrem Wortklang, ihren Blinkgeschwindigkeiten etc. unterscheiden. Schließlich werden die Signale 34a, b für eine vorbestimmte und vorzugsweise modifizierbare Zeitdauer bereitgestellt, die ausreicht, um den Bediener 14 zufriedenstellend zu warnen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Ermitteln einer relativen Positionierung eines Fahrzeugs und zum Vorhersagen eines projektierten Pfads eines Host-Fahrzeugs umfasst, dass Weg- und IDP-Koordinaten des Host-Fahrzeugs ermittelt werden. Ein Host-Fahrzeug-Wegpolygon 38 wird dann auf der Grundlage der Wegkoordinaten 12t und der Breite des Host-Fahrzeugs ermittelt (siehe 3). Ein anderes Polygon 40 wird für den Host-Fahrzeug-IDP ermittelt. Zum Beispiel können 10 Sekunden an Wegkoordinaten bei Einsekunden-Intervallen für das Wegpolygon 38 verwendet werden, und 2 Sekunden an zukünftigen Daten können für das IDP-Polygon 40 berechnet werden. Ähnlich werden für jedes entfernte Fahrzeug 16 ein Wegpolygon 42 des Pfads eines entfernten Fahrzeugs und ein Polygon 44 des unmittelbaren dynamischen Pfads eines entfernten Fahrzeugs ermittelt. Unter Verwendung der Koordinaten des Wegs und der momentanen Position und von relativen Fahrtrichtungen der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 wird dann ermittelt, ob sich das entfernte Fahrzeug 16 in der gleichen Richtung, der entgegengesetzten Richtung oder auf einem sich mit dem Pfad des Host-Fahrzeugs 12 kreuzenden Pfad befindet. Das entfernte Fahrzeug 16 wird in eine von mehreren Spurniveau- und Positionskategorien klassifiziert, welche die voraus liegende Host-Spur, die voraus liegende benachbarte Spur, die voraus liegende versetzte Spur, die zurück liegende Host-Spur, die zurück liegende benachbarte Spur und die zurück liegende versetzte Spur umfassen. Als Nächstes wird durch Analysieren der Pfad- und Wegkreuzungen zwischen den Host- und entfernten Fahrzeugen 12, 16 ermittelt, ob das entfernte Fahrzeug die Spur wechselt und die Host-Fahrzeugspur verlässt. Schließlich wird der projektierte Fahrpfad des Host-Fahrzeugs unter Verwendung von Wegen von mindestens einem entfernten Führungsfahrzeug ermittelt, das sich vor dem Host-Fahrzeug 12 auf der gleichen oder einer benachbarten Spur bewegt. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfinderischen Algorithmen und Funktion des Controllers 36, um diese Aufgaben zu erfüllen, ist nachfolgend genau beschrieben:
I. Identifiziere in die gleiche Richtung fahrende Fahrzeuge
Entfernte Fahrzeuge 16, die in die gleiche Richtung wie das Host-Fahrzeug 12 fahren, werden durch Vergleichen der relativen Fahrtrichtungen ermittelt. Ungleichung (1) liefert die Teilmenge solcher Fahrzeuge: $Cos θ_{h} Cos θ_{s} + Sin θ_{h} Sin θ_{s} > 0,5$
wobei θ_h die Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs ist, θ_s die Fahrtrichtung des entfernten Fahrzeugs ist und ein wahrer Wert für die Ungleichung eine gleiche relative Fahrtrichtung liefert. Umgekehrt liefert eine Summe der Produkte, die kleiner als 0,5 ist, eine entgegengesetzte relative Fahrtrichtung für die Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16. Um den Prozess zu vereinfachen, wird die Fahrtrichtung θ_h des Host-Fahrzeugs vorzugsweise für das gewählte Koordinatensystem auf Null gesetzt.
II. Klassifiziere in die gleiche Richtung fahrende Fahrzeuge
Entfernte Fahrzeuge 16, die in die im Wesentlichen gleiche Richtung wie das Host-Fahrzeug 12 fahren, werden durch Vergleichen der Koordinaten der momentanen Position der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 in eine von mehreren relativen Positionen kategorisiert. Durch Betrachten der Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs können diese entfernten Fahrzeuge 16 anfänglich in „hintere“ und „vordere“ Sätze geteilt werden, wobei im Allgemeinen hintere entfernte Fahrzeuge 16 ermittelt werden, wenn das Host-Fahrzeug dabei ist, den Abstand zwischen den beiden zu erhöhen. Vorzugsweise werden die entfernten Fahrzeuge 16, die sich hinter dem Host-Fahrzeug 12 befinden, rechnerisch durch Ungleichung (2): $(x_{s} - x_{h}) Cos θ_{h} + (y_{s} - y_{h}) Sin θ_{h} < 0$
ermittelt, wobei x_s, y_s Koordinaten des entfernten Fahrzeugs 16 sind und x_h, y_h Koordinaten des Host-Fahrzeugs 12 sind, und entfernte Fahrzeuge 16, die sich vor dem Host-Fahrzeug 12 befinden, werden rechnerisch durch Ungleichung (2b): $(x_{s} - x_{h}) Cos θ_{s} + (y_{s} - y_{h}) Sin θ_{s} > 0$
ermittelt. Höhenkoordinaten z_x werden vorzugsweise nicht betrachtet, um eine vereinfachte Analyse in einer Ebene darzustellen. Es sei angemerkt, dass das Außerachtlassen von Höhenkoordinaten in Bezug auf eine Kollisionsdetektion bezüglich der Höhendifferenz zwischen den Host- und entfernten Fahrzeugen 12, 16 einen Sicherheitsfaktor liefert. Es sei jedoch auch angemerkt, dass, wenn die V2V-Kommunikatin nicht auf im Allgemeinen planare Fahrzeuge beschränkt ist, eine Höhenanalyse notwendig sein kann, um eine falsche Signalisierung während eines Überfahrens einer Überführung zu vermeiden.
Das entfernte Fahrzeug 16 befindet sich direkt hinter dem Host-Fahrzeug 12, wenn die Fahrzeuge in die gleiche Richtung fahren und das Wegpolygon 38 des Host-Fahrzeugs 12 das IDP-Polygon 44 des entfernten Fahrzeugs 16 kreuzt. Umgekehrt, wenn das IDP-Polygon 44 des Host-Fahrzeugs 12 das Wegpolygon 38 des entfernten Fahrzeugs kreuzt, und die Fahrzeuge 12, 16 in die gleiche Richtung fahren, befindet sich das entfernte Fahrzeug 16 vor dem Host-Fahrzeug und auf der gleichen Spur.
III. Klassifiziere Fahrzeuge in Spurniveauverkehr
Eine Spurposition (d.h. benachbarte Spur rechts/versetzte Spur rechts, benachbarte Spur links/versetzte Spur links) in Bezug auf die Spur des Host-Fahrzeugs wird durch Berechnen des Vorzeichens eines dreieckigen Bereichs, der von einem Richtungsvektor umschlossen ist, der sequenziell von einem parametrisch inneren Punkt des Host-Fahrzeugs, a, wie beispielsweise seinem Punkt des GPS Empfängers 22, einem vordersten Punkt an dem Host-Fahrzeug 12, b, wie beispielsweise dem vordersten mittleren Punkt, und einem parametrisch inneren Punkt des entfernten Fahrzeugs 16, s, wie beispielsweise der vergangenen GPS-Wegposition, die der momentanen Position des Host-Fahrzeugs am nächsten liegt, abgeleitet wird, und der relativen Koordinaten der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 ermittelt. Wie es in 4 gezeigt ist, und zu Zwecken der Berechnung von Ungleichung (3) werden Vektoren entgegen dem Uhrzeigersinn als positive Bereiche bildend betrachtet und treten auf, wenn sich das entfernte Fahrzeug 16 auf einer relativ links liegenden Spur befindet. Vektoren im Uhrzeigersinn werden als negative Bereiche bildend betrachtet und treten auf, wenn sich das entfernte Fahrzeug 16 auf einer relativ rechts liegenden Spur befindet. Zum Beispiel weist das Dreieck 46 abs1 in 4 einen positiven Bereich auf, während das Dreieck 48 abs2 einen negativen Bereich darstellt.
Ungleichung (3) ermittelt das Vorhandensein eines entfernten Fahrzeugs 16 auf einer linken Spur: $(b_{x} - a_{x}) (s_{y} - a_{y}) - (s_{x} - a_{x}) (b_{y} - a_{y}) > 0$
wobei a_x, a_y die Koordinaten des Punkts a sind, b_x, b_y die Koordinaten des Punkts b sind, und s_x, s_y die Koordinaten eines Punkts S sind. Ähnlich befindet sich das entfernte Fahrzeug 16 auf einer rechten Spur, wenn die Differenz der Produkte kleiner als Null (< 0) ist. Es sei jedoch angemerkt, dass für bestimmte Abstände zwischen den Fahrzeugen 12, 16 in einer Kurve in Bezug auf den Kurvenradius das Richtungsvektorverfahren zum Ermitteln der Spurposition aufgrund davon, dass die stromaufwärtigen linken und rechten Spuren auf der gleichen Seite des Host-Fahrzeugs 12 liegen, ungeeignet werden kann.
Somit kann eine relative Spurposition alternativ durch Berechnen eines seitlichen Versatzes zwischen den Wegkoordinaten und den Koordinaten der momentanen Position der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 ermittelt werden. Bei diesem Verfahren, das in 5 gezeigt ist, können Schwellenwerte verwendet werden, um Spurversetzungen zu definieren. Zum Beispiel kann ein seitlicher Versatz zwischen minus Eins und plus Eins angeben, dass die Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16 die gleiche Spur teilen (minus Eins bis minus Zwei kann angeben, dass sich ein entferntes Fahrzeug auf der linken benachbarten Spur befindet, plus Eins bis plus Zwei für die rechte benachbarte Spur etc.). Es sei angemerkt, dass dieses Verfahren durch Verwenden eines rechtwinkligen seitlichen Versatzes an einer gegebenen Koordinate bei geraden und kurvigen Durchfahrtsstraßen gleichermaßen funktioniert. In 5, in der das entfernte Fahrzeug 16 als das Führungsfahrzeug wirkt, ist D_A (früherer Abstand) der orthogonale Abstand zwischen den Wegen der Host- und entfernten Fahrzeuge 12, 16, D_C (momentaner Abstand) ist der Abstand zwischen der Koordinate 12c der momentanen Position des Host-Fahrzeugs und dem Weg des entfernten Fahrzeugs, und D_F (zukünftiger Abstand) ist der Abstand zwischen einer Koordinate des zukünftigen Pfads des Host-Fahrzeugs 12 und der momentanen Position des entfernten Fahrzeugs 16.
IV. Ermittele die Spur wechselnde und verlassende Fahrzeuge
Wenn ein entferntes Fahrzeug 16 von hinten auf die Spur des Host-Fahrzeugs wechselt, beginnt das IDP-Polygon 44 des entfernten Fahrzeugs, das WegPolygon 38 des Host-Fahrzeugs zu kreuzen, um einen Überlappungsbereich (A) (nicht gezeigt) einer Kreuzungsfläche zu bilden. Diese Situation wird durch die Änderungsrate des Überlappungsbereichs (A) mit Ungleichung (4) detektiert. $\frac{dA}{dt} > 0$
Ähnlich stellt ein Fahrzeug 16, das die Spur des Host-Fahrzeugs verlässt, einen kleiner werdenden Bereich dar, so dass die Änderungsrate kleiner als Null (< 0) ist.
Somit kann jedes entfernte Fahrzeug 16 in Bezug auf das Host-Fahrzeug 12 auf der Grundlage der Fahrzeugfahrtrichtung und den Koordinaten der momentanen Position in eine von mehreren Kategorien kategorisiert werden, wobei die Kategorien aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus einer anderen Fahrbahnhöhe (wobei eine Höhenanalyse ausgeführt wird), Gegenverkehr, Kreuzen von links, Kreuzen von rechts, auf eigener Spur vorne, auf eigener Spur hinten, voraus liegender benachbarter Spur, voraus liegender versetzter Spur, zurück liegender benachbarter Spur und zurück liegender versetzter Spur besteht. Vorzugsweise ist jedes entfernte Fahrzeug 16 ferner ausgestaltet, um auf der Grundlage der Positionskoordinaten und der Fahrtrichtung des entfernten Fahrzeugs 16 eine Spuränderung zu detektieren und die Koordinaten und Zeit der Spuränderung zu dem Host-Fahrzeug 12 zu übertragen. Demgemäß ist das Host-Fahrzeug 12 vorzugsweise ausgestattet, um die Spurwechselinformationen des entfernten Fahrzeugs zu verwenden, um die Klassifikation und Berechung des seitlichen Versatzes wie in Teil (V) beschrieben zu modifizieren.
V. Vorhersagen eines Host-Fahrzeugpfads
Wie oben beschrieben wird der projektierte Pfad des Host-Fahrzeugs 12 vorzugsweise in Bezug auf mindestens ein Führungsfahrzeug 16 ermittelt. Insbesondere bestimmt, sobald mindestens ein entferntes Fahrzeug 16 als ein erwünschtes Führungsfahrzeug betrachtet wird, eines von drei Szenarios die Ermittlung der Koordinaten 12p des projektierten Pfads. Zuerst können, wenn sich das Führungsfahrzeug 16 auf der gleichen Spur wie das Host-Fahrzeug 12 befindet, die Koordinaten 12p des zukünftigen Pfads festgelegt werden, um die Wegkoordinaten 16t des Führungsfahrzeugs 16 im Allgemeinen in Übereinstimmung zu bringen, wie in 6 gezeigt.
Wenn sich ein Führungsfahrzeug 16 auf einer benachbarten Spur befindet, können die Koordinaten 12p des zukünftigen Pfads in einem Abstand mit konstantem Versatz, D_O, von den Wegkoordinaten 16t festgelegt werden, der rechtwinklig von dem Wegpolygon des Führungsfahrzeugs 16 gemessen wird, wie in 7 gezeigt. Der bevorzugte Versetzungsabstand wird ermittelt und gleich einem tatsächlichen rechtwinkligen Abstand d_j zwischen einer IDP-Koordinate 12i des Host-Fahrzeugs und der durch die nächstliegenden Wegkoordinaten 16t des Führungsfahrzeugs gezogene Linie festgelegt, wie auch in 7 gezeigt.
Schließlich wird, wenn sich mehrere Führungsfahrzeuge 16 auf den linken und rechten benachbarten Spuren befinden, wie in 8 gezeigt, ebenso ein separater Pfad in Bezug auf jedes der mehreren Führungsfahrzeuge 16 ermittelt. Die sich ergebenden vorhergesagten Pfade werden verglichen, um eine Diskrepanz und/oder einen anderweitigen Fehler zu detektieren. Wenn keine Diskrepanz oder kein Fehler gefunden wird, wird der längere der vorbestimmten Pfade als der vorhergesagte Pfad des Host-Fahrzeugs 12 hergenommen. Alternativ kann der vorhergesagte Pfad des Host-Fahrzeugs 12 aus einem Durchschnitts- oder mittleren Pfad erhalten werden, der aus den separaten Pfaden ermittelt wird.

Claims

Verfahren zum Vorhersagen des Pfads eines fahrenden Host-Fahrzeugs (12) in Bezug auf mindestens ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug (16) durch einen Controller (36), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Ermitteln und Speichern mehrerer Wegkoordinaten, einer Koordinate einer momentanen Position und einer Fahrtrichtung für mindestens ein fahrendes entferntes Fahrzeug (16); b) Ermitteln einer Koordinate einer momentanen Position und einer Fahrtrichtung für das Host-Fahrzeug (12); c) Vergleichen der Koordinaten der momentanen Position und der Fahrtrichtungen für das Host-Fahrzeug (12) und das mindestens eine fahrende entfernte Fahrzeug (16), um mindestens ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug zu ermitteln, das sich vor dem Host-Fahrzeug (12) befindet und in die gleiche Richtung fährt, wobei das mindestens eine entfernte Fahrzeug (16) auf der Grundlage der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Koordinaten der momentanen Position des Fahrzeugs in eine von mehreren Kategorien kategorisiert wird, wobei die Kategorien aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus einer anderen Fahrbahnhöhe, Gegenverkehr, Kreuzen von links, Kreuzen von rechts, voraus liegender Host-Spur, voraus liegender benachbarter Spur, voraus liegender versetzter Spur, zurück liegender Host-Spur, zurück liegender benachbarter Spur und zurück liegender versetzter Spur besteht, wobei die Spurposition in Bezug auf die Spur des Host-Fahrzeugs für jedes entfernte Fahrzeug (16) durch Analysieren eines Richtungsvektors ermittelt wird, der sequenziell von einem parametrisch inneren Punkt a des Host-Fahrzeugs zu einem vordersten Punkt b des Host-Fahrzeugs und zu einem parametrisch inneren Wegpunkt S eines entfernten Fahrzeugs abgeleitet wird, so dass nur ein Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn positiv ist, und das entfernte Fahrzeug (16) sich auf einer linken Spur befindet, wenn die folgende Ungleichung: $(b_{x} - a_{x}) (s_{y} - a_{y}) - (s_{x} - a_{x}) (b_{y} - a_{y}) > 0$
wahr ist, und a_x, a_y Koordinaten des Punkts a sind, b_x, b_y Koordinaten des Punkts b sind und s_x, s_y Koordinaten des Punkts S sind; und d) Ermitteln mehrerer Koordinaten eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug (12), wobei die mehreren Koordinaten des projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug (12) so ermittelt werden, dass entweder alle Pfadkoordinaten mit einer entsprechenden Wegkoordinate des entfernten Fahrzeugs deckungsgleich sind, wenn das entfernte Fahrzeug (16) in die voraus liegende Host-Spur kategorisiert wird, oder alle Pfadkoordinaten mit einem konstanten seitlichen Versatz rechtwinklig von einer entsprechenden Wegkoordinate des entfernten Fahrzeugs beabstandet sind, wenn das entfernte Fahrzeug (16) in die voraus liegende benachbarte Spur oder voraus liegende versetzte Spur kategorisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte a), b) und c) ferner die Schritte umfassen, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit V für sowohl das Host- als auch zumindest ein entferntes Fahrzeuge (12, 16) ermittelt wird, für sowohl das Host- als auch das zumindest eine entfernte Fahrzeuge (12, 16) mehrere IDP-Koordinaten auf der Grundlage der entsprechenden mehreren Wegkoordinaten, der Koordinaten der momentanen Position, der Fahrtrichtung und der Geschwindigkeit ermittelt und gespeichert werden, und die Koordinaten der momentanen Position, die Fahrtrichtungen, die Geschwindigkeiten und die IDP-Koordinaten für das Host-Fahrzeug (12) mit dem mindestens einen fahrenden entfernten Fahrzeug (16) verglichen werden, um mindestens ein fahrendes entferntes Führungsfahrzeug zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schritte a) und b) ferner die Schritte umfassen, dass eine Fahrzeugbeschleunigung f, eine Giergeschwindigkeit und ein Lenkradwinkel für sowohl das Host- als auch das zumindest eine entfernte Fahrzeuge (12, 16) ermittelt werden und die mehreren IDP-Koordinaten ermittelt werden, so dass die IDP-Koordinaten auf der Grundlage von V, f, der Giergeschwindigkeit und/oder dem Lenkradwinkel des entsprechenden Fahrzeugs eine Länge L darstellen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schritte a) und b) ferner die Schritte umfassen, dass eine Fahrzeugbeschleunigung f für sowohl das Host- als auch das zumindest eine entfernte Fahrzeuge (12, 16) ermittelt wird und für sowohl das Hostals auch das zumindest eine entfernte Fahrzeuge (12, 16) die IDP-Koordinaten ermittelt werden, so dass die IDP-Koordinaten eine IDP-Länge L gemäß der folgenden Gleichung: $L = 2 (V + f)$
darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass die Fahrtrichtung für das mindestens eine entfernte Fahrzeug (16) in Bezug auf das Host-Fahrzeug (12) auf der Grundlage der relativen Fahrtrichtung zwischen den Fahrzeugen (12, 16) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass die Fahrtrichtung für das mindestens eine entfernte Fahrzeug (16) in Bezug auf das Host-Fahrzeug (12) gemäß der folgenden Ungleichung: $Cos θ_{h} Cos θ_{s} + Sin θ_{h} Sin θ_{s} > 0,5$
ermittelt wird, wobei θ_h die Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs ist, θ_s die Fahrtrichtung des entfernten Fahrzeugs ist und ein wahrer Wert für die Ungleichung die gleiche relative Fahrtrichtung liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass der Voraus- oder Zurück-Zustand des mindestens einen entfernten Fahrzeugs (16) in Bezug auf das Host-Fahrzeug (12) auf der Grundlage der Fahrtrichtungen und Koordinaten der momentanen Position der Fahrzeuge (12, 16) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass der Zustand des mindestens einen entfernten Fahrzeugs (16) in Bezug auf das Host-Fahrzeug (12) gemäß der folgenden Ungleichung: $(x_{s} - x_{h}) Cos θ_{h} + (y_{s} - y_{h}) Sin θ_{h} < 0$
ermittelt wird, wobei θ_h die Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs ist, x_s, y_s Koordinaten des entfernten Fahrzeugs (16) sind, x_h, y_h Koordinaten des Host-Fahrzeugs (12) sind und ein wahrer Wert für die Ungleichung auftritt, wenn sich das entfernte Fahrzeug (16) hinter dem Host-Fahrzeug (12) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Führungsfahrzeug ferner ausgestaltet ist, um eine Spuränderung zu detektieren und die Koordinaten und die Zeit der Spuränderung zu dem Host-Fahrzeug (12) zu übertragen, und das Host-Fahrzeug (12) ferner ausgestaltet ist, um die Kategorisierung oder den seitlichen Versatz auf der Grundlage der Spuränderungsinformationen des entfernten Fahrzeugs zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere entfernte Fahrzeuge (16) in die voraus liegende benachbarte Spur und voraus liegende versetzte Spur kategorisiert werden, wobei anfänglich mehrere Koordinaten eines projektierten Pfads für das Host-Fahrzeug (12) in Bezug auf jedes der mehreren entfernten Fahrzeuge (16) ermittelt und verglichen werden und eine schließliche Mehrzahl von Koordinaten eines projektierten Pfads aus der längsten der anfänglichen Mehrzahl der Pfadkoordinaten ermittelt wird.