DE102012001405A1 - Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur. Erfindungsgemäß wird eine Übergangstrajektorie von der Momentanfahrspur in die Zielfahrspur unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten für Fahrdynamikparameter ermittelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
• Aus der DE 100 12 737 B4 der Anmelderin, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird, ist ein Spurwechselassistent bekannt, der dem Fahrer eine Unterstützung bei der Querführung bietet. Dazu wird in Abhängigkeit von Positions- und Fahrspurinformationen eine Lateralpositionstrajektorie (y_soll) bestimmt und ein Eingriff in die Fahrzeugquerführung (Lenkeingriff) gemäß der ermittelten Lateralpositionstrajektorie durchgeführt. Die Lateralpositionstrajektorie (y_soll) wird dabei derart bestimmt, dass eine maximale Querbeschleunigung nicht überschritten wird. Die maximale Querbeschleunigung kann vom Fahrer vorgegeben werden.
• Aus der DE 43 13 568 C1 ist ein Verfahren zur Unterstützung der Fahrers eines Fahrzeugs bei einem Spurwechsel bekannt, bei dem Fahrzeuge auf der benachbarten Zielspur detektiert werden und deren Geschwindigkeiten und deren Abstände zum eigenen Fahrzeug sowie Sicherheitsabstände ermittelt werden und der Entscheidung zugrunde gelegt werden, ob eine für einen Spurwechsel geeignete Lücke vorhanden ist.
• Aus der DE 10 2011 016 770 A1 ist ein Verfahren zum Unterstützen des Fahrers eines Fahrzeugs bekannt, bei dem das Fahrzeug in einem ersten Schritt durch einen Eingriff in die Längs- und Querdynamik in eine für den Fahrspurwechsel vorteilhafte Ausgangsposition gebracht wird und bei dem das Fahrzeug in einem zweiten Schritt durch einen Eingriff in die Längs- und Querdynamik von der vorteilhaften Ausgangsposition in die Zielposition auf der Nachbarspur gebracht wird, wenn dort ein ausreichende Freiraum ermittelt werden konnte.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einem Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur wird erfindungsgemäß eine Übergangstrajektorie von der Momentanfahrspur in die Zielfahrspur unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten für Fahrdynamikparameter ermittelt.
• Auf diese Weise kann der Fahrspurwechsel auf für einen Fahrer und/oder andere Fahrzeuginsassen gewünschte Weise durchgeführt werden. Werden die Grenzwerte vom Fahrer vorgegeben, so kann der Fahrspurwechsel dadurch an einen Fahrstil des Fahrers angepasst werden. Dadurch ist die Akzeptanz für das Verfahren, d. h. für eine Planung und automatische Durchführung von Fahrspurwechseln erheblich gesteigert und der Fahrer wird durch die automatisierte Durchführung des Fahrspurwechsels unterstützt und entlastet. Um die Akzeptanz zu erhöhen, werden zweckmäßigerweise Grenzwerte sowohl für querdynamische als auch für längsdynamische Fahrdynamikparameter vorgegeben.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch eine Vorrichtung, mittels welcher ein Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur durchführbar ist,
• 2 schematisch ein Diagramm mit verschiedenen maximalen Beschleunigungsstufen,
• 3 schematisch ein Diagramm mit verschiedenen maximalen Beschleunigungsgradientenstufen,
• 4 schematisch ein Diagramm mit verschiedenen maximalen Querbeschleunigungsstufen,
• 5A schematisch ein erster Teil eines Ablaufs einer Planung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur,
• 5B schematisch ein zweiter Teil eines Ablaufs einer Planung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur,
• 5C schematisch ein dritter Teil eines Ablaufs einer Planung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur,
• 6 schematisch ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem dreieckförmigen Beschleunigungsprofil,
• 7 schematisch ein dreieckförmiges Beschleunigungsprofil,
• 8 schematisch ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem dreieckförmigen Verzögerungsprofil,
• 9 schematisch ein dreieckförmiges Verzögerungsprofil,
• 10 schematisch ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem trapezförmigen Beschleunigungsprofil,
• 11 schematisch ein trapezförmiges Beschleunigungsprofil,
• 12 schematisch ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem trapezförmigen Verzögerungsprofil und
• 13 schematisch ein trapezförmiges Verzögerungsprofil.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mittels welcher ein Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur durchführbar ist. Das Verfahren wird anhand der weiteren Figuren näher erläutert, wobei die 5A bis 5C einen Ablauf einer Planung des Fahrspurwechsels des Fahrzeugs von der Momentanfahrspur auf die benachbarte Zielfahrspur zeigen. Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen durch einen aktiven Eingriff in einen Antriebsstrang, eine Lenkvorrichtung und/oder eine Bremsvorrichtung des Fahrzeugs, d. h. durch deren automatische Steuerung und/oder Regelung, eine Unterstützung und Entlastung eines Fahrers des Fahrzeugs bei Spurwechseln, bei einem Einfädeln in eine benachbarte Zielfahrspur und beim Überholen anderer Fahrzeuge. Mittels des Verfahrens werden hierfür aufeinander abgestimmte Längs- und Querdynamiktrajektorien ermittelt, welche ein vom Fahrer vorgebbares und beeinflussbares dynamisches Fahrverhalten des Fahrzeugs berücksichtigen und technisch vom jeweiligen Fahrzeug realisiert werden können.
• Die Vorrichtung weist ein Lagebestimmungssystem 1 zur Erfassung einer relativen Lage des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn auf, zum Beispiel videobasierte Bildverarbeitungssysteme, bei denen mittels im Fahrzeug angebrachter Kameras Fahrbahnmarkierungen auf einer jeweiligen Straße gesucht werden. Ein daraus resultierendes Lageinformationsdatenvektorsignal z_e wird an eine Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9 übermittelt. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Umgebungserfassungseinheit 2 auf, welche auf einer Detektion einer Reflexion ausgesandter elektromagnetischer Strahlen, beispielsweise Radar oder Lidar, zur Erfassung eines befahrbaren Freiraums um das eigene Fahrzeug basiert. Ein daraus resultierendes Umgebungsvektorsignal z_u mit Umgebungsdaten und Freirauminformationen wird ebenfalls an die Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9 übermittelt.
• Zudem weist die Vorrichtung eine Objekterkennungseinheit 3 auf, basierend auf einem Radarsystemen und einem Stereovideokamerasystem mit nachgeschalteter Bildauswertung, welche mindestens eine longitudinale und laterale Positionen das Fahrzeug umgebender Objekte und Personen, d. h. anderer Verkehrsteilnehmer, relativ zum eigenen Fahrzeug und/oder zur Fahrspur bestimmt. In vorteilhafter Ausführung werden zusätzlich longitudinale und laterale Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen der das Fahrzeug umgebenden Objekte relativ zum eigenen Fahrzeug und/oder zur Fahrspur bestimmt. Ein daraus resultierendes Objektdatenvektorsignal z_o wird an die Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9 übermittelt.
• Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Fahrzustandserkennungseinheit 4 auf, welche einen Ist-Fahrzustand z_f, bestehend aus einer Fahrgeschwindigkeit v, einer Beschleunigung a, einer Querbeschleunigung, einer Giergeschwindigkeit sowie einem Lenkwinkel, ermittelt,
• Die Vorrichtung umfasst zudem eine Bedien- und Anzeigeeinheit 6, welche eine Möglichkeit vorsieht, dass vom Fahrer das fahrdynamische Verhalten, mit dem das automatisierte Fahrmanöver, zum Beispiel ein Spurwechsel-, Einfädel- oder Überholvorgang ausgeführt werden soll, vorgegeben werden kann und welches das vom Fahrer ausgewählte Fahrverhalten sowie den Zustand des Manövers anzeigt. Ein aus der Auswahl des Fahrers resultierendes Bedien- und Fahrverhaltensignal S_b wird an die Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9 übermittelt. Von dieser wird ein Anzeigesignal s_a an die Bedien- und Anzeigeeinheit 6 übermittelt.
• Das Fahrverhalten kann beispielsweise, wie in den 2 bis 4 dargestellt, in drei das fahrdynamische automatisierte Fahrmanöver kennzeichnende Stufen entsprechend dem gewünschten Fahrstil vorgegeben werden, nämlich in einer Komfortstufe S1, einer Standardstufe S2 und einer Schnellstufe S3. Diese Stufen S1, S2, S3 werden nachfolgend auch als Dynamikstufen S bezeichnet. Dabei sind in 2 für jede der drei Stufen S1, S2, S3 jeweils maximal zugelassene positive Längsbeschleunigungen a_max(S1), a_max(S2), a_max(S3) und minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung a_min(S1), a_min(S2), a_min(S3) dargestellt, welche entsprechend der Auswahl der jeweiligen Stufe S1, S2, S3 im Verfahren verwendet werden. In 3 sind für jede der drei Stufen S1, S2, S3 jeweils Beschleunigungsaufbaugradienten r_amax_auf(S1), r_amax_auf(S2), r_amax_auf(S3) und Verzögerungsaufbaugradienten r_amin_auf(S1), r_amin_auf(S2), r_amin_auf(S3) dargestellt, welche entsprechend der Auswahl der jeweiligen Stufe S1, S2, S3 im Verfahren verwendet werden. In 4 sind für jede der drei Stufen S1, S2, S3 jeweils maximal zugelassene Querbeschleunigungen ay_max(S1), ay_max(S2), ay_max(S3) dargestellt, welche entsprechend der Auswahl der jeweiligen Stufe S1, S2, S3 im Verfahren verwendet werden. Der Fahrer kann somit in einem Schritt durch die Auswahl einer der vorgegebenen Stufen sowohl das längsdynamische als auch das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs festlegen.
• Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5, welche aufgrund der Information über die Lage des Fahrzeugs auf der Fahrbahn, der Umgebungsinformation über den freien Verkehrsraum um das eigene Fahrzeug herum, der Information über die Lage und den Fahrzustand der Fahrzeuge auf der Momentanfahrspur, der Zielfahrspur bzw. Überholfahrspur und der Information des Fahrzustands des eigenen Fahrzeuges die Situation bewertet, eine erforderliche Zielfahrgeschwindigkeit v_ziel sowie einen erforderlichen Zielquerversatz y_ziel aus den Eingangsinformationen bestimmt. Die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 beinhaltet die Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9, welche abhängig von dem vom Fahrer vorgegebenen bzw. gewünschten Manöver-Fahrverhalten geeignete, das fahrdynamische Verhalten kennzeichnende Grenzwerte für eine Längsdynamiktrajektorie und eine Querdynamiktrajektorte bestimmt und diese Grenzwerte einer Längsdynamiktrajektorienplanungseinheit 7 und Querdynamiktrajektorienplanungseinheit 8 übermittelt und welche aus den Eingangsinformationen Zeitabstände zu relevanten anderen Fahrzeugen auf der Momentan- und auf der Zielfahrspur bzw. Überholfahrspur ermittelt und bewertet, ob das Fahrmanöver aufgrund erforderlicher längsdynamischer Übergangszeiten T_Idyn und querdynamische Übergangszeiten T_qdyn, die von den ermittelten Grenzwerten für die Längs- und Querdynamiktrajektorien abhängig sind, ausgeführt werden kann sowie zur Durchführung der Fahrmanöver ein Längsaktivierungssignal S_act_LDYN an eine Längsregelungseinheit 10 und ein Queraktivierungssignal S_act_QDYN an eine Querregelungseinheit 11 sendet.
• Die Vorrichtung umfasst zudem die bereits erwähnte Längsdynamiktrajektorienplanungseinheit 7, welche fahrsituationsabhängig nach Vorgabe der Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 eine fahrbare Längsdynamik-Trajektorie sowohl für die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 als auch für die Längsregelungseinheit 10 erzeugt. Des Weiteren berücksichtigt die Längsdynamiktrajektorienplanungseinheit 7 die zur Erreichung der für das Manöver erforderlichen Zielfahrgeschwindigkeit v_ziel das fahrdynamische Verhalten während des Manövers kennzeichnenden Grenzwerte, zum Beispiel bei einem erforderlichen Antrieb eine maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung a_max und deren Beschleunigungsaufbaugradient r_amax_auf und Beschleunigungsabbaugradient r_amax_ab bzw. bei einem erforderlichen Bremsen eine minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung a_min, d. h. eine maximal zugelassene Verzögerung, und deren Verzögerungsaufbaugradient r_amin_auf und Verzögerungsabbaugradient r_amin_ab, und generiert Zustandsgrößen wie eine Trajektorienlängsbeschleunigung a_trj, eine Trajektorienfahrgeschwindigkeit v_trj und gegebenenfalls ein Trajektorien-Wegposition bzw. einen Trajektorienlängsabstand s_trj als Sollgrößen für die Längsregelungseinheit 10.
• Des Weiteren umfasst die Vorrichtung die bereist erwähnte Querdynamiktrajektorienplanungseinheit 8, welche fahrsituationsabhängig nach Vorgabe der Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 eine fahrbare Querdynamik-Trajektorie sowohl für die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 als auch für die Querregelungseinheit 11 erzeugt. Die Querdynamiktrajektorienplanungseinheit 8 berücksichtigt zur Erreichung des für das Manöver erforderlichen Zielquerversatzes y_ziel das fahrdynamische Verhalten kennzeichnende Grenzwerte, zum Beispiel eine maximal zugelassene Querbeschleunigung ay_max bzw. eine maximal zugelassene Gierwinkelgeschwindikeit, und generiert die Zustandsgrößen wie beispielsweise eine Trajektorienkrümmung c_trj, einen Trajektorienkurswinkel ΔΨ_trj und eine Trajektorienlateralposition y_trj für die Erreichung der Ziellateralposition bzw. des Zielquerversatzes y_ziel.
• Zudem umfasst die Vorrichtung die bereits erwähnte Längsregelungseinheit 10, welche die von der Längsdynamiktrajektorienplanungseinheit 7 vorgegebene Längsdynamiktrajektorie durch Übermittlung eines Antriebsstellsignals u_m an ein Stellglied eines Antriebsstrang 12 und/oder durch Übermittlung eines Bremsstellsignals u_br an ein Stellglied einer Bremsvorrichtung 13 einregelt, wenn die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 das Längsaktivierungssignal S_act_LDYN zur Durchführung des Fahrmanövers gegeben hat. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung die bereits erwähnte Querregelungseinheit 11, welche die von der Querdynamiktrajektorienplanungseinheit 8 vorgebene Querdynamiktrajektorie durch Übermittlung eines Lenkstellsignals u_lenk an ein Stellglied einer Lenkvorrichtung 14 einregelt, wenn die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 das Queraktivierungssignal S_act_QDYN zur Durchführung des Fahrmanövers gegeben hat.
• Zudem umfasst die Vorrichtung das Stellglied zur Ansteuerung des Antriebsstrangs 12 des Fahrzeugs, das Stellglied zur Ansteuerung der Bremsvorrichtung 13 des Fahrzeugs und das Stellglied zur Ansteuerung der Lenkvorrichtung 14 des Fahrzeugs.
• Die 5A bis 5C zeigen den Ablauf der Planung des Fahrspurwechsels des Fahrzeugs von der Momentanfahrspur auf die benachbarte Zielfahrspur. Diese Planung wird zweckmäßigerweise fortlaufend durchgeführt, während sich das Fahrzeug bewegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass stets eine ermittelte Trajektorie zur Verfügung steht, wenn sich der Fahrer zu einem Fahrspurwechsel entscheidet und seine Spurwechselabsicht beispielsweise durch eine Betätigung eines Blinkerhebels anzeigt.
• Der Planungsablauf des Fahrspurwechsels wird beispielsweise sofort nach einer Abfahrt des Fahrzeugs gestartet. Somit kann die Entscheidungseinheit 5 zu jedem Zeitpunkt einen vom Fahrer angeforderten Spurwechsel, abhängig von der Fahrsituation entweder sofort oder zeitlich verzögert innerhalb eines definierten Zeitintervalls nach der Spurwechselanforderung, durchführen.
• Die Grundidee beim Entwurf von Längsdynamik-Trajektorien besteht darin, zeitoptimale und gleichzeitig auch im realen Fahrzeug fahrbare Längsdynamik-Trajektorien zu entwerfen, so dass alle Dynamikstufen S (Schnellstufe S3 bis Komfortstufe S1) mit dem gleichen Ansatz realisiert werden können. Insbesondere soll nach Möglichkeit eine Zielgeschwindigkeit mit einem der jeweiligen Dynamikstufe S zugrundeliegenden Beschleunigungsaufbaugradienten r_amax_auf(S) und einem Beschleunigungsabbaugradienten r_amax_ab(S) erreicht werden. Damit ergibt sich ein dreieckförmiges Beschleunigungsprofil mit der Beschleunigungsspitze a* im Scheitelpunkt des Dreieckprofils, wenn hierbei der der jeweiligen Dynamikstufe (3) zugrundeliegende Grenzwert für Längsbeschleunigungen a_max(S) nicht überschritten wird. Falls die Beschleunigungsspitze a* des Dreieckbeschleunigungsprofils die Längsbeschleunigungen a_max(S) überschreitet, wird als zeitoptimale Längsdynamik-Trajektorie ein trapezförmiges Beschleunigungsprofil entworfen.
• Dabei gelten für die folgenden Formeln die folgenden Zusammenhänge:
• Bei einem Beschleunigungsprofil gilt: a_max = a_max(S) r_{0_auf} = r_amax_auf r_{0_ab} = r_amax_ab T_{ad_auf} = T_amax_auf T_{ad_ab} = T_amax_ab T_{ad_const} = T_amax_const s_{ad_auf} = s_amax auf s_{ad_const} = s_amax_const s_{ad_ab} = s_amax_ab
• Bei einem Verzögerungsprofil gilt: a_max = a_min(S) r_{0_auf} = r_amin_auf r_{0_ab} = r_amin_ab T_{ad_auf} = T_amin_auf T_{ad_ab} = T_amin_ab T_{ad_const} = T_amin_const s_{ad_auf} = s_amin_auf s_{ad_const} = s_amin_const s_{ad_ab} = s_amin_ab
• Nach dem Planungsstart PS wird in einem ersten Ablaufschritt AS1 ausgehend von der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der aktuellen Anfangsfahrgeschwindigkeit v_{ist_0}, der aktuellen Anfangsbeschleunigung a_{ist_0} sowie der für das Fahrmanöver erforderlichen Zielfahrgeschwindigkeit v_ziel eine positive bzw. negative Beschleunigungsspitze a* für ein dreieckförmiges Beschleunigungsprofil entsprechend der Formel [1.1] bzw. [1.2] ermittelt, auf welche das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert werden muss, wenn die Zielgeschwindigkeit durch ein in 7 bzw. 9 dargestelltes dreieckförmiges Beschleunigungsprofil bzw. Verzögerungsprofil mit einem begrenzten Beschleunigungsgradienten, d. h. mit einer begrenzten Rampensteigung im Beschleunigungsprofil erreicht werden soll. Bei einer positiven Beschleunigung wird die Beschleunigungsgrenze wie folgt ermittelt:

  
• Bei einer Verzögerung wird die Beschleunigungsgrenze wie folgt ermittelt:

  
• In einem zweiten Ablaufschritt AS2 wird, wie in 5A dargestellt, überprüft, ob der Betrag der ermittelten Beschleunigungsgrenze a* größer ist als der Betrag einer maximal zugelassenen Beschleunigung a_max. |a*| > |a_max|? [2]
• Ist dies nicht der Fall, so wird die Planung entsprechend des linken Ablaufpfades unter Verwendung des dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofils fortgesetzt. Andernfalls wird die Planung entsprechend des rechten Ablaufpfades unter Verwendung eines trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofils fortgesetzt. In einem dritten Ablaufschritt wird nun eine Aufbauzeit T_{ad_auf} ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [3.1] ermittelt.
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• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [3.2] ermittelt.

  
• In einem vierten Ablaufschritt AS4 wird eine Abbauzeit T_{ad_ab} ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [4.1] ermittelt.
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• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [4.2] ermittelt.
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• In einem fünften Ablaufschritt AS5 wird eine Konstantbeschleunigungszeit T_ad ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil beträgt deren Wert Null, da sich an den Beschleunigungsaufbau sofort der Beschleunigungsablauf anschließt. T_{ad_const} = 0 [5.1]
• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [5.2] ermittelt.
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• In einem sechsten Ablaufschritt AS6 wird eine Teilwegstrecke s_{ad_auf} für den Beschleunigungs- oder Verzögerungsaufbau mittels Formel [6] ermittelt. Diese Formel ist sowohl für das dreieckförmige als auch für den trapezförmige Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig. s_{ad_auf} = V_{ist_0}·T_{ad_auf} + 1 / 2a_{ist_0}·T_{ad_auf} ² + 1 / 6r_{0_auf}·T_{ad_auf} ³ [6]
• In einem siebten Ablaufschritt AS7 wird eine vor dem Beschleunigungs- oder Verzögerungsabbau abhängige Geschwindigkeit mittels Formel [7.1] bzw. [7.2] ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [7.1] ermittelt. v*_trj = v_{ist_0} + a_{ist_0}·T_{ad_auf} + 1 / 2r_{0_auf}·T_{ad_auf} ² [7.1]
• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [7.2] ermittelt. v**_trj = v*_trj + a_max·T_{ad_const} = v_{ist_0} + a_{ist_0}·T_{ad_auf} + 1 / 2r_{0_auf}·T_{ad_auf} ² + a_max·T_{ad_const} [7.2]
• In einem achten Ablaufschritt AS8 wird eine Teilwegstrecke s_{ad_const} während einer konstanten Beschleunigungs- oder Verzögerungsphase ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil hat diese den Wert Null. s_{ad_const} = 0 [8.1]
• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [8.2] ermittelt. s_{ad_const} = v*_trj·T_{ad_const} + a_max· 1 / 2T_{ad_const} ² [8.2]
• In einem neunten Ablaufschritt AS9 wird eine Teilwegstrecke s_{ad_ab} während eines Beschleunigungs- oder Verzögerungsabbaus ermittelt. Bei einem dreieckförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [9.1] ermittelt. s_{ad_ab} = v*·T_{ad_ab} + 1 / 2a*·T_{ad_ab} ² + 1 / 6r_{0_ab}·T_{ad_ab} ³ [9.1]
• Bei einem trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil wird diese mittels Formel [9.2] ermittelt. s_{ad_ab} = v**_trj·T_{ad_ab} + 1 / 2a_max·T_{ad_ab} ² + 1 / 6r_{0_ab}·T_{ad_ab} ³ [9.2]
• In einem zehnten Ablaufschritt AS10 wird eine Gesamtwegstrecke s_ad mittels Formel [10] ermittelt. Diese Formel ist sowohl für den dreieckförmigen als auch für das trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig. s_ad = s_{ad_auf} + s_{ad_const} + s_{ad_ab} [10]
• In einem elften Ablaufschritt AS11 wird eine Gesamtzeit T_ad mittels Formel [11] ermittelt. Diese Formel ist sowohl für den dreieckförmigen als auch für das trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig. T_ad = T_{ad_auf} + T_{ad_const} + T_{ad_ab} [11]
• In einem zwölften Ablaufschritt AS12 wird mittels Formel [12] ein Verlauf der Beschleunigung oder Verzögerung während der Aufbauzeit ermittelt. Diese Forme! ist sowohl für den dreieckförmigen als auch für das trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig. a_trj(t) = r_{0_anf}·t + a_{ist_o} [12] mit 0 < t < T_{ad_auf} (lineare Beschleunigung)
• In einem dreizehnten Ablaufschritt AS13 wird für das trapezförmige Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil mittels Formel [13] ein Verlauf der Beschleunigung oder Verzögerung während der Konstantphase ermittelt. Für das dreieckförmige Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil entfällt dieser dreizehnte Ablaufschritt AS13, da es keine Konstantphase gibt.
  wenn T_{ad_const} > 0 und T_{ad_auf} < t ≤ T_{ad_auf} [13] dann ist a_trj(t) = a_max
• In einem vierzehnten Ablaufschritt AS14 wird ein Verlauf der Beschleunigung oder Verzögerung während der Abbauzeit ermittelt. Dabei nimmt die Beschleunigung linear ab.
• Die Ermittlung erfolgt für das dreieckförmige Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil mittels der Formeln [14], [14.1a] und [14.1b] und für das trapezförmige Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil mittels der Formeln [14], [14.2a] und [14.2b]. a_trj(t) = a_{ab_0} + r_{0_ab}·t [14] (T_{ad_auf} + T_{ad_const}) < t ≤ T_ad t ~ = t – T_{ad_auf} [14.1a] a_{ab_0} = a*_trj·T_{ad_auf} [14.1b] (T_{ad_auf} + T_{ad_const}) < t ≤ T_ad t ~ = t – T_{ad_auf} + T_{ad_const} [14.2a] a_{ab_0} = a_max [14.2b]
• In einem fünfzehnten Ablaufschritt AS15 wird mittels Formel [15] durch numerische Integration über den Beschleunigungsverlauf ein Geschwindigkeitsverlauf bestimmt. Diese Formal ist sowohl für das dreieckförmigen als auch für das trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig.
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• In einem sechzehnten Ablaufschritt AS16 wird mittels Formel [16] durch numerische Integration über den Geschwindigkeitsverlauf ein Positionsverlauf bestimmt. Diese Formel ist sowohl für das dreieckförmigen als auch für das trapezförmigen Beschleunigungs- oder Verzögerungsprofil gültig.
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• Nach dem sechzehnten Ablaufschritt AS16 startet die Planung von neuem mit dem Planungsstart PS, so dass die Planung fortlaufend durchgeführt wird.
• Durch die Vorrichtung und das Verfahren wird ein Spurwechselassistent realisiert, welcher den Fahrer des Fahrzeugs bei einem Fahrspurwechsel des Fahrzeugs von der Momentanfahrspur auf die benachbarte Zielfahrspur unterstützt. Dabei wird der längsdynamische und querdynamische Eingriff an den Fahrstil des Fahrers angepasst. Es werden mehrere das fahrdynamische Verhalten des Spurwechselassistenten kennzeichnende Dynamikparameter S1, S2, S3 definiert, insbesondere ein Dynamikparameter Komfortstufe S1, ein Dynamikparameter Standardstufe S2 und ein Dynamikparameter Schnellstufe S3, und jedem dieser Dynamikparameter wird ein vorgegebener Parametersatz mit Grenzwerten zugeordnet. Diese Grenzwerte betreffen die Längsbeschleunigung a_max, a_min, d. h. die maximale positive Beschleunigung beim Antrieb bzw. die minimale negative Beschleunigung oder maximale Verzögerung beim Bremsen, den Ruck in Längsrichtung r_amax_auf, r_amax_ab, d. h. die maximale Anstiegsrate der Beschleunigung beim Beschleunigungsaufbau bzw. die maximale Abbaurate der Beschleunigung beim Beschleunigungsabbau sowie die maximale Anstiegsrate r_amin_auf der Verzögerung beim Verzögerungsaufbau und die maximale Abbaurate r_amin_ab der Verzögerung beim Verzögerungsabbau, die Querbeschleunigung ay_max und die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._max. Der Ruck ist die zeitliche Ableitung der Beschleunigung, d. h. der Beschleunigungsgradient.
• Hierbei können die Grenzwerte prinzipiell von der Fahrgeschwindigkeit v und/oder von der Fahrsituation abhängig gemacht werden. Beispielsweise können für den Grenzwert Max. Querbeschleunigung ay_max generell bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten höhere Werte zugelassen werden. Die Grenzwerte können z. B. auch vom Fahrbahnzustand, beispielsweise je nach Nässezustand, und/oder des Fahrbahnverlaufes, zum Beispiel Geradeausfahrt oder Kurvenfahrt, abhängig gemacht werden. Auch können die zur Fahrerwunschinterpretation gebildeten Grenzwerte von der Art des automatisieren Manövers, beispielsweise Fahrspurwechsel, zum Einfädeln auf eine Zielfahrspur und zum Überholen, abhängig gemacht werden.
• Des Weitern können abhängig vom Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn die längsdynamischen und querdynamischen Grenzwerte so angepasst werden, dass das Manöver sicher durchgeführt werden kann.
• Beispielsweise muss beim Antrieb die Bedingung a_max·a_max + ay_max·ay_max < mue·mue·g·g bzw. beim Bremsen die Bedingung a_min·a_min + ay_max·ay_max < mue·mue·g·g erfüllt sein, wobei g die Erdbeschleunigung darstellt.
• Vorteil der Fahrerwunsch-Interpretationseinheit 9 ist, dass der Fahrer, obwohl das Fahrmanöver automatisch durch geführt wird, trotzdem das Fahrverhalten entsprechend seiner individuellen Fahrweise mit beeinflussen kann. Damit steigt die Fahrerakzeptanz von automatisch durchgeführten Fahrmanövern.
• Dem Fahrer wird die Möglichkeit geboten, über eine Bedien- und Anzeigeeinheit einen der vorgegebenen Dynamikparameter auszuwählen und damit die zugehörigen Grenzwerte festzulegen. Sowohl die Trajektorienplanung für die Längs- und Querbewegung als auch die Manöverdurchführung erfolgt dann unter Einhaltung der festgelegten Grenzwerte.
• Die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 bestimmt abhängig vom automatisch durchzuführenden Manöver (Spurwechsel, Einfädeln und Überholen) eine Ziel-Fahrgeschwindigkeit v_ziel und einen Zielquerversatz y_ziel. Bei homogenem Verkehr kann die für einen Spurwechsel die Fahrgeschwindigkeit der Zielspur sein. Beim Einfädeln kann die Ziel-Fahrgeschwindigkeit v_ziel größer oder auch kleiner als die Eigengeschwindigkeit v_ist sein.
• Um ein sicheres Manöver und gleichzeitig vom Fahrer akzeptiertes Fahrverhalten zu ermöglichen, ist sowohl eine Längsdynamik-Trajektorie als auch eine Querdynamik-Trajektorie zu planen, welche den Fahrerwunsch berücksichtigt und auch vom Fahrzeug realisierbar ist. Hinsichtlich der Querdynamik sind solche Trajektorien bekannt, welche zur Ereichung eines Zielquerversatzes y_ziel das querdynamische Fahrverhalten explizit über die maximale Querbeschleunigung ay_max berücksichtigen und auch die Übergangslänge bzw. Übergangszeit T_qdyn bestimmen. Diese Trajektorienplanung für die Querbewegung erfolgt gemäß dem in der DE 100 12 737 B4 der Anmelderin beschriebenen Verfahren, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird.
• Die Trajektorienplanung für die Längsbewegung wird, je nachdem, ob für die zeitoptimale Erreichung der Zielgeschwindigkeit v_ziel am Ende des Fahrmanövers ein antreibender oder bremsender Eingriff erforderlich ist, das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsprofil zugrunde gelegt, das entweder den dreieckförmigen oder den trapezförmigen Verlauf mit entsprechend den Grenzwerten des Rucks begrenzte Steigungen aufweist. Der Ruck ist der Beschleunigungs- oder Verzögerungsradient. Das dreieckförmige Profil wird dabei dann verwendet, wenn die Zielgeschwindigkeit v_ziel mit diesem Profil ohne Überschreitung des jeweiligen Grenzwertes a_max, a_min der Längsbeschleunigung erreicht werden kann. Andernfalls wird das trapezförmige Profil verwendet.
• Bei einer direkten Einregelung einer Ziel-Fahrgeschwindigkeit ist das längsdynamische Verhalten während des Übergangsvorganges abhängig von der sich verändernden Regeldifferenz (d. h. Differenz zwischen aktueller Eigengeschwindigkeit und zu erreichender Zielgeschwindigkeit). Im Gegensatz hierzu ist bei der Trajektorienregelung das längsdynamische Verhalten weitestgehend unabhängig von der Geschwindigkeitsregeldifferenz und damit unabhängig von der Ziel-Fahrgeschwindigkeit v_ziel. Mit einer Trajektorien-Regelung für die Längsdynamik und für die Querdynamik kann ein immer gleiches dynamisches Fahrverhalten entsprechend dem vorgegeben Fahrerwunsch realisiert werden. Die Reproduzierbarkeit der Fahrmanöver wird erhöht. Dies ist insbesondere für eine Voraussimulation bei Fahrsituationsbewertung vorteilhaft, da somit für die Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit 5 eine bessere Entscheidungsgrundlage für eine sichere Durchführung und Auslösung eines Fahrmanövers geschaffen wird.
• Eine weitere Ausprägung des vorgestellten Verfahrens sieht vor, dass die Längsdynamik-Trajektorie für den Fahrspurwechsel nicht nur eine Ziel-Fahrgeschwindigkeit v_ziel, sondern bei Vorhandensein eines Vorausfahrzeuges in der Zielfahrspur ausgehend von einem Anfangsabstand d_0 zu Beginn des Manövers auch zusätzlich einen Ziel-Abstand d_ziel zu einem in der Zielfahrspur vorausfahrenden Fahrzeug berücksichtigt. Als Ziel-Fahrgeschwindigkeit wird in diesem Fall die Fahrgeschwindigkeit des in der Zielfahrspur vorausfahrenden Fahrzeugs genommen.
• Der Ziel-Abstand d_ziel kann zum Beispiel so festgelegt werden, dass am Ende des Spurwechselmanövers derjenige Abstand erreicht wird, der üblicherweise auch von einem im Fahrzeug vorhandenen Fahrerassistenzsystem mit Abstandsregelung für den Normalbetrieb (z. B. Abstandsregeltempomat) eingeregelt würde, wenn als relevantes Objekt für die Abstandsregelung das Vorausfahrzeuges in der Zielfahrspur genommen wird. Damit ist nach Beendigung des Spurwechsels eine Komfortable Übergabe der Längsführungsaufgabe vom Spurwechselbetrieb auf den Abstandsregel-Normalbetrieb sichergestellt.
• Die Trajektorien für die Längs- und Querbewegung bilden zusammen eine Übergangstrajektorie, die den zeitlichen Verlauf der Aufenthaltsorte des Fahrzeugs in Längs- und Querrichtung und damit das längs- und querdynamische Verhalten des Fahrzeugs bestimmen.
• Nach der Ermittlung der Trajektorien für die Längs- und Querbewegung wird bewertet, ob ein gemäß diesen Trajektorien geplantes Fahrmanöver unter Berücksichtigung der Bewegung der relevanten Umgebungsfahrzeuge gefahrlos durchführbar ist. Das Fahrmanöver wird dabei dann als gefahrlos durchführbar bewertet, wenn eine Prädiktion ergibt, dass die Zeitabstände, die nach Beendigung des geplanten Fahrmanövers zwischen dem eigenen Fahrzeug und den relevanten Umgebungsfahrzeugen verbleiben, ausreichend groß sind, d. h. größer als vorgebbare Sicherheitszeitabstände. Wenn das Fahrmanöver als gefahrlos durchführbar bewertet worden ist und der Fahrer seine Spurwechselabsicht zum Beispiel durch die Blinkerbetätigung angezeigt hat, werden eine Längsregeleinrichtung und eine Querregeleinrichtung aktiviert, um das Fahrzeug durch eine längsdynamische Trajektorienregelung und durch eine querdynamische Trajektorienregelung geregelt auf die benachbarte Zielfahrspur zu führen.
• Bezugszeichenliste

1

Lagebestimmungssystem

2

Umgebungserfassungseinheit

3

Objekterkennungseinheit

4

Fahrzustandserkennungseinheit

5

Situationsbewertung- und Entscheidungseinheit

6

Bedien- und Anzeigeeinheit

7

Längsdynamiktrajektorienplanungseinheit

8

Querdynamiktrajektorienplanungseinheit

9

Fahrerwunsch-Interpretationseinheit

10

Längsregelungseinheit

11

Querregelungseinheit

12

Antriebsstrang

13

Bremsvorrichtung

14

Lenkvorrichtung

a

Beschleunigung

a*

Beschleunigungsspitze bei einem Dreieckbeschleunigungsprofil

a_max

maximal zugelassene Beschleunigung

AS1 bis AS16

Ablaufschritte

a_ist

aktuelle Beschleunigung

a_max

maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung

a_max(S1)

maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung erste Stufe

a_max(S2)

maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung zweite Stufe

a_max(S3)

maximal zugelassene positive Längsbeschleunigung dritte Stufe

a_min

minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung

a_min(S1)

minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung erste Stufe

a_min(S2)

minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung zweite Stufe

a_min(S3)

minimal zugelassene negative Längsbeschleunigung dritte Stufe

a_trj

Trajekorienlängsbeschleunigung

ay_max

maximal zugelassene Querbeschleunigung

ay_max(S1)

maximal zugelassene Querbeschleunigung erste Stufe

ay_max(S2)

maximal zugelassene Querbeschleunigung zweite Stufe

ay_max(S3)

maximal zugelassene Querbeschleunigung dritte Stufe

c_trj

Trajekorienkrümmung

PS

Planungsstart

r_amax_ab

Beschleunigungsabbaugradient

r_amax_auf

Beschleunigungsaufbaugradient

r_amax_auf(S1)

Beschleunigungsaufbaugradient erste Stufe

r_amax_auf(S2)

Beschleunigungsaufbaugradient zweite Stufe

r_amax_auf(S3)

Beschleunigungsaufbaugradient dritte Stufe

r_amin_ab

Verzögerungsabbaugradient

r_amin_auf

Verzögerungsaufbaugradient

r_amin_auf(S1)

Verzögerungsaufbaugradient erste Stufe

r_amin_auf(S2)

Verzögerungsaufbaugradient zweite Stufe

r_amin_auf(S3)

Verzögerungsaufbaugradient dritte Stufe

S1

Komfortstufe

S2

Standardstufe

S3

Schnellstufe

s_a

Anzeigesignal

s_b

Bedien- und Fahrverhaltensignal

S_act_LDYN

Längsaktivierungssignal

S_act_QDYN

Queraktivlerungssignal

s_trj

Trajekorienlängsabstand

t_act

aktueller Zeitpunkt

T_amax_ab

Abbauzeit

T_amin_ab

Abbauzeit

T_amax_auf

Aufbauzeit

T_amin_auf

Aufbauzeit

T_amax_const

Konstantbeschleunigungszeit

T_amin_const

Konstantbeschleunigungszeit

T_Idyn

erforderliche längsdynamische Übergangszeit

T_qdyn

erforderliche querdynamische Übergangszeit

u_br

Bremsstellsignals

u_lenk

Lenkstellsignals

u_m

Antriebsstellsignals

v

Fahrgeschwindigkeit

v_ist

aktuelle Geschwindigkeit

v_trj

Trajekorienfahrgeschwindigkeit

v_ziel

Zielfahrgeschwindigkeit

y_trj

Trajekorienlateralposition

y_ziel

Zielquerversatz

VS

V

z_e

Lageinformationsdatenvektorsignal

z_o

Objektdatenvektorsignal

z_u

Umgebungsvektorsignal

z_f

Ist-Fahrzustand

ΔΨ_trj

Trajekorienkurswinkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 10012737 B4 [0002, 0077]
• DE 4313568 C1 [0003]
• DE 102011016770 A1 [0004]

Claims (9)

1. Verfahren zur Durchführung eines Fahrspurwechsels eines Fahrzeugs von einer Momentanfahrspur auf eine benachbarte Zielfahrspur, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergangstrajektorie von der Momentanfahrspur in die Zielfahrspur unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten für Fahrdynamikparameter ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer aus einer Mehrzahl von Grenzwertsätzen einen Grenzwertsatz mit vorgegebenen Grenzwerten auswählt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdynamikparameter, deren Grenzwerte bei der Planung der Übergangstrajektorie berücksichtigt werden, eine Längsbeschleunigung, ein Längsbeschleunigungsgradient, eine Querbeschleunigung und/oder eine Gierwinkelgeschwindigkeit sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung von Bewegungen von anderen Verkehrsteilnehmern bewertet wird, ob ein Fahrspurwechsel des Fahrzeugs entlang der ermittelten Übergangstrajektorie gefahrlos durchführbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrspurwechsel als gefahrlos durchführbar bewertet wird, wenn prädizierte Zeitabstände zwischen dem Fahrzeug und den anderen Verkehrsteilnehmern nach Beendigung des geplanten Fahrspurwechsels größer sind als vorgegebene Sicherheitszeitabstände.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitszeitabstände durch den Fahrer vorgegeben werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrspurwechsel entlang der ermittelten Übergangstrajektorie durch eine automatische Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs (12), einer Lenkvorrichtung (14) und/oder einer Bremsvorrichtung (13) durchgeführt wird, wenn er als gefahrlos durchführbar bewertet wurde und der Fahrzeugführer seine Spurwechselabsicht anzeigt.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend zumindest Mittel zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs, um Fahrspuren und andere Verkehrsteilnehmer im Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen und eine Position des Fahrzeugs relativ zu den erfassten Fahrspuren und anderen Verkehrsteilnehmern zu ermitteln, Mittel zur Erfassung von Fahrdynamikparametern des Fahrzeugs, Mittel zur Planung einer Übergangstrajektorie von einer Momentanfahrspur in eine benachbarte Zielfahrspur unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten für Fahrdynamikparameter und Mittel zur Steuerung und/oder Regelung einer Lenkvorrichtung (14), einer Bremsvorrichtung (13) und/oder eines Antriebsstrangs (12) des Fahrzeugs.

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